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[導(dǎo)讀]ATmel 挪威設(shè)計中心的A先生與V先生,于97年設(shè)計出一款使用RISC指令集的8位單片機,起名為AVR。高可靠性、功能強、高速度、低功耗和低價位, 一直是衡量單片機性能的重要指標(biāo),也是單片機占領(lǐng)市場、賴以生存的必要條件。早期單片機主要由于工藝及設(shè)計水平不高、功耗高和抗干擾性能差等原因,所以采取穩(wěn)妥方案:即采用較高的分頻系數(shù)對時鐘分頻,使得指令周期長,執(zhí)行速度慢。以后的CMOS單片機雖然采用提高時鐘頻率和縮小分頻系數(shù)等措施,但這種狀態(tài)并未被徹底改觀(51以及51兼容)。此間雖有某些精簡指令集單片機(RISC)問世,但依然沿襲對時鐘分頻的作法。AVR單片機的推出,徹底打破這種舊設(shè)計格局,廢除了機器周期,拋棄復(fù)雜指令計算機(CISC)追求指令完備的做法;采用精簡指令集,以字作為指令長度單位,將內(nèi)容豐富的操作數(shù)與操作碼安排在一字之中(指令集中占大多數(shù)的單周期指令都是如此),取指周期短,又可預(yù)取指令,實現(xiàn)流水作業(yè),故可高速執(zhí)行指令。當(dāng)然這種速度上的升躍,是以高可靠性為其后盾的。

ATmel 挪威設(shè)計中心的A先生與V先生,于97年設(shè)計出一款使用RISC指令集的8位單片機,起名為AVR。高可靠性、功能強、高速度、低功耗和低價位, 一直是衡量單片機性能的重要指標(biāo),也是單片機占領(lǐng)市場、賴以生存的必要條件。早期單片機主要由于工藝及設(shè)計水平不高、功耗高和抗干擾性能差等原因,所以采取穩(wěn)妥方案:即采用較高的分頻系數(shù)對時鐘分頻,使得指令周期長,執(zhí)行速度慢。以后的CMOS單片機雖然采用提高時鐘頻率和縮小分頻系數(shù)等措施,但這種狀態(tài)并未被徹底改觀(51以及51兼容)。此間雖有某些精簡指令集單片機(RISC)問世,但依然沿襲對時鐘分頻的作法。AVR單片機的推出,徹底打破這種舊設(shè)計格局,廢除了機器周期,拋棄復(fù)雜指令計算機(CISC)追求指令完備的做法;采用精簡指令集,以字作為指令長度單位,將內(nèi)容豐富的操作數(shù)與操作碼安排在一字之中(指令集中占大多數(shù)的單周期指令都是如此),取指周期短,又可預(yù)取指令,實現(xiàn)流水作業(yè),故可高速執(zhí)行指令。當(dāng)然這種速度上的升躍,是以高可靠性為其后盾的。

AVR 芯片型號的解釋, 以 ATmega48V-10AI 為例:

ATmega48 代表產(chǎn)品.

V 代表低/寬電壓版本。新出的AVR(M48/88/168,Tiny13/2313……)產(chǎn)品系列來說, -V 是1.8-5.5V 工作范圍。 不帶”V”是2.7-5.5V 工作范圍 。 老的系列以L表示, 2.7-5.5V 工作范圍 , 不帶”L”是4.5-5.5V 工作范圍 。

-10, 表示最高工作頻率, 10MHz

A, 表示封裝 。AVR芯片有四種封裝: (如果你不熟悉封裝,請參考我們?yōu)槟銣?zhǔn)備的資料: AVR封裝圖例)

AVR基本硬件電路的設(shè)計與分析

基本的AVR硬件線路,包括幾部分: 復(fù)位線路,晶振線路, AD轉(zhuǎn)換濾波線路 , ISP下載接口 ,JTAG仿真接口,電源電路。

下面以本網(wǎng)站推薦的AVR入門芯片 ATmega16L-8AI 分析上述基本線路。(-8AI表示8M頻率的TQFP貼片封裝,工業(yè)級,更詳細(xì)的型號含義資料,請參考:AVR芯片入門知識)

Mega16已經(jīng)內(nèi)置了上電復(fù)位設(shè)計。并且在熔絲位里,可以控制復(fù)位時的額外時間,故AVR外部的復(fù)位線路在上電時,可以設(shè)計得很簡單:直接拉一只10K的電阻到VCC即可(R0)。

為了可靠,再加上一只0.1uF的電容(C0)以消除干擾、雜波。

D3(1N4148)的作用有兩個:作用一是將復(fù)位輸入的最高電壓鉗在Vcc+0.5V 左右,另一作用是系統(tǒng)斷電時,將R0(10K)電阻短路,讓C0快速放電,讓下一次來電時,能產(chǎn)生有效的復(fù)位。

當(dāng)AVR在工作時,按下S0開關(guān)時,復(fù)位腳變成低電平,觸發(fā)AVR芯片復(fù)位。

重要說明:實際應(yīng)用時,如果你不需要復(fù)位按鈕,復(fù)位腳可以不接任何的零件,AVR芯片也能穩(wěn)定工作。即這部分不需要任何的外圍零件。

Mega16已經(jīng)內(nèi)置RC振蕩線路,可以產(chǎn)生1M、2M、4M、8M的振蕩頻率。不過,內(nèi)置的畢竟是RC振蕩,在一些要求較高的場合,比如要與RS232通信需要比較精確的波特率時,建議使用外部的晶振線路。

早期的90S系列,晶振兩端均需要接22pF左右的電容。Mega系列實際使用時,這兩只小電容不接也能正常工作。不過為了線路的規(guī)范化,我們?nèi)越ㄗh接上。

重要說明:實際應(yīng)用時,如果你不需要太高精度的頻率,可以使用內(nèi)部RC振蕩。即這部分不需要任何的外圍零件。

為減小AD轉(zhuǎn)換的電源干擾,Mega16芯片有獨立的AD電源供電。官方文檔推薦在VCC串上一只10uH的電感(L1),然后接一只0.1uF的電容到地(C3)。

Mega16內(nèi)帶2.56V標(biāo)準(zhǔn)參考電壓。也可以從外面輸入?yún)⒖茧妷?,比如在外面使用TL431基準(zhǔn)電壓源。不過一般的應(yīng)用使用內(nèi)部自帶的參考電壓已經(jīng)足夠。習(xí)慣上在AREF腳接一只0.1uF的電容到地(C4)。

重要說明:實際應(yīng)用時,如果你想簡化線路,可以將AVCC直接接到VCC,AREF懸空。即這部分不需要任何的外圍零件。

AVR前幾年已經(jīng)顯示了進(jìn)軍中國市場的決心。幾乎所有的AVR主流芯片,都已經(jīng)有了官方正規(guī)翻譯的中文 DataSheet(數(shù)據(jù)手冊)。我們網(wǎng)站整理了國內(nèi)最完整的中文datasheet供大家下載學(xué)習(xí):點擊打開AVR單片機中文數(shù)據(jù)手冊下載界面。雖然我們網(wǎng)站也收錄了雙龍翻譯的一些舊芯片資料,但建議大家不要使用,錯誤較多,并且嚴(yán)重的偷工減料。官方翻譯的中文手冊比較嚴(yán)謹(jǐn),但仍可能存在一些小缺陷。有需要時,請參考英文版本:點擊打開AVR英文數(shù)據(jù)手冊下載界面。

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