AVR硬件設(shè)計(jì)（內(nèi)含最小系統(tǒng)電路圖）

　　最小系統(tǒng)：

　　采用了在ATmega16引腳XTAL1和XTAL2上外接由石英晶體和電容組成的諧振回路，并配合片內(nèi)的OSC(Oscillator)振蕩電路構(gòu)成的振蕩源作為系統(tǒng)時(shí)鐘源的。更簡(jiǎn)單的電路是直接使用片內(nèi)的4M的RC振蕩源，這樣就可以將C1、C2、R2和4M晶體省掉，引腳XTAL1和XTAL2懸空，當(dāng)然此時(shí)系統(tǒng)時(shí)鐘頻率精準(zhǔn)度不如采用外部晶體的方式，而且也易受到溫度變化的影響。

　　AVR的復(fù)位源和復(fù)位方式：

　　復(fù)位是單片機(jī)芯片本身的硬件初始化操作，例如，單片機(jī)在上電開(kāi)機(jī)時(shí)都需要復(fù)位，以便CPU以及其它內(nèi)部功能部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)初始狀態(tài)開(kāi)始工作。

　　AVR單片機(jī)的復(fù)位操作，其主要功能是把程序計(jì)數(shù)器PC初始化為$0000(指非BOOT LOAD方式啟動(dòng))，使單片機(jī)從$0000單元開(kāi)始執(zhí)行程序。同時(shí)決大部分的寄存器(通用寄存器和I/O寄存器)也被復(fù)位操作清零。

　　ATmega16單片機(jī)共有5個(gè)復(fù)位源，它們是：

　　1、上電復(fù)位。當(dāng)系統(tǒng)電源電壓低于上電復(fù)位門(mén)限Vpot時(shí)，MCU復(fù)位。

　　2、外部復(fù)位。當(dāng)外部引腳RESET為低電平，且低電平持續(xù)時(shí)間大于1.5us時(shí)，MCU復(fù)位。

　　3、掉電檢測(cè)(BOD)復(fù)位。BOD使能時(shí)，且電源電壓低于掉電檢測(cè)復(fù)位門(mén)限(4.0v或2.7v)時(shí)，MCU復(fù)位。

　　4、看門(mén)狗復(fù)位。WDT使能時(shí)，并且WDT超時(shí)溢出時(shí)，MCU復(fù)位。

　　5、JTAG AVR復(fù)位。當(dāng)使用JTAG接口時(shí)，可由JTAG口控制MCU復(fù)位。

　　AVR復(fù)位啟動(dòng)后，由于程序計(jì)數(shù)器PC置為$0000，因此CPU取出的第一條指令就是在Flash空間的$0000處，即復(fù)位后系統(tǒng)程序從地址$0000處開(kāi)始執(zhí)行(指非BOOT LOAD方式啟動(dòng))。通常在$0000地址中放置的指令為一條相對(duì)轉(zhuǎn)移指令RJMP或JMP指令，跳到主程序的開(kāi)始。這樣，系統(tǒng)復(fù)位啟動(dòng)后，首先執(zhí)行$0000處的跳轉(zhuǎn)指令，然后轉(zhuǎn)到執(zhí)行主程序的指令。

　　AVR內(nèi)部的MCU控制和狀態(tài)寄存器MCUCSR還將引起復(fù)位的復(fù)位源進(jìn)行了記錄，用戶(hù)程序啟動(dòng)后，可以讀取MCUCSR中的標(biāo)記，查看復(fù)位是由于何種情況造成的，是正常復(fù)位還是異常復(fù)位，從而根據(jù)實(shí)際情況執(zhí)行不同的程序，實(shí)現(xiàn)不同的處理。

　　對(duì)AVR的編程下載：串行編程方式(ISP)。

　　mega16的熔絲位：

　　ATmega16單片機(jī)在售出時(shí)，片內(nèi)的Flash 存儲(chǔ)器和EEPROM 存儲(chǔ)器陣列是處在擦除的狀態(tài)(即內(nèi)容 = $FF)，且可被編程。同時(shí)其器件配置熔絲位的缺省值為使用內(nèi)部1M的RC振蕩源作為系統(tǒng)時(shí)鐘!

　　1.存儲(chǔ)器加密鎖定位

　　ATmage16有2個(gè)加密鎖定位LB1和LB2，用于設(shè)定對(duì)片內(nèi)存儲(chǔ)器的加密方式，用戶(hù)可在編程方式下，對(duì)LB1、LB2不編程(1)，或編程(0)，從而獲得對(duì)片內(nèi)存儲(chǔ)器不同的加密保護(hù)方式，見(jiàn)表2.3。

　　需要進(jìn)一步說(shuō)明是：

　　在AVR的器件手冊(cè)中，使用已編程(Programmed)和未編程(Unprogrammed)定義加密位和熔絲位的狀態(tài)。“Unprogrammed”表示熔絲狀態(tài)為“1”(禁止)，“Programmed”表示熔絲狀態(tài)為“0”(允許)，即

　　1：未編程

　　0：編程

　　AVR的加密位和熔絲位可多次編程，不是OPT熔絲。

　　AVR芯片加密鎖定后(LB2/LB1 = 1/0，0/0)，在外部不能通過(guò)任何方式讀取芯片內(nèi)部Flash和EEPROM中的數(shù)據(jù)，但熔絲位的狀態(tài)仍然可以讀取，不能修改配置。

　　需要重新下載程序時(shí)，或芯片被加密鎖定后，或發(fā)現(xiàn)熔絲位配置不對(duì)，都必須先在編程狀態(tài)使用芯片擦除命令，清除芯片內(nèi)部存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)，同時(shí)解除加密鎖定。然后重新下載運(yùn)行代碼和數(shù)據(jù)，修改和配置相關(guān)的熔絲位，最后再次配置芯片的加密鎖定位。

　　編程狀態(tài)的芯片擦除命令是將Flash和EEPROM中的數(shù)據(jù)清除，并同時(shí)將兩位鎖定位狀態(tài)配置成無(wú)鎖定狀態(tài)(LB2/LB1 = 1/1)。但芯片擦除命令并不改變其它熔絲位的狀態(tài)。

　　下載編程的正確的操作程序是：在芯片無(wú)鎖定狀態(tài)下，下載運(yùn)行代碼和數(shù)據(jù)，配置相關(guān)的熔絲位，最后配置芯片的加密鎖定位。

　　2.系統(tǒng)時(shí)鐘類(lèi)型的配置

　　ATmega16可以使用多種類(lèi)型的系統(tǒng)時(shí)鐘源，最常用的為2種：使用內(nèi)部的RC振蕩源(1M/2M/4M/8M)和外接晶體(晶體可在0-16MHz之間選擇)配合內(nèi)部振蕩放大器構(gòu)成的振蕩源。具體系統(tǒng)時(shí)鐘類(lèi)型的配置由CKOPT和CKSEL[3-0]共5個(gè)熔絲設(shè)定，表2.4、表2.5給出了具體的配置值。用戶(hù)在使用中，首先要根據(jù)實(shí)際使用情況進(jìn)行正確的設(shè)置，而且千萬(wàn)注意不要對(duì)這些熔絲位誤操作!

　　在表2.5中，當(dāng)CKOPT = 0時(shí)，振蕩器的輸出振幅較大，容易起振，適合在干擾大的場(chǎng)合以及使用的晶體超過(guò)8M時(shí)的情況下使用。而CKOPT = 1時(shí)，振蕩器的輸出振幅較小，這樣可以減小對(duì)電源的消耗，對(duì)外的電磁幅射也較小。

　　尤其需要說(shuō)明的是，一旦RESET腳的電平被外部拉低，當(dāng)滿(mǎn)足某些特殊條件后，芯片將進(jìn)入編程狀態(tài)。例如，如果芯片帶有SPI接口，支持SPI串行編程，則通過(guò)以下方式將使芯片進(jìn)入SPI編程狀態(tài)：

　　外部將SPI口的SCK引腳拉低，然后外部在RESET引腳上施加一個(gè)至少為2個(gè)系統(tǒng)周期以上低電平脈沖;

　　延時(shí)等待20ms后，由外部通過(guò)AVR的SPI口向芯片下發(fā)允許SPI編程的指令;

　　如果外圍連接在上電情況時(shí)表現(xiàn)為強(qiáng)上拉或強(qiáng)下拉(最極端情況為接高電平或GND)，那么為了保證AVR的SPI功能的正常工作，應(yīng)該如圖2-20中所示，串入3個(gè)隔離電阻，阻值在2K左右。

　　AVR熔絲位的配置:

　　對(duì)于剛開(kāi)始學(xué)習(xí)使用AVR的讀者，建議改變的熔絲位有：

　　系統(tǒng)時(shí)鐘采用內(nèi)部4M的RC振蕩源。其優(yōu)點(diǎn)是速度適中，且應(yīng)用于RS-232通信時(shí)，分頻產(chǎn)生的9600bps速率與標(biāo)準(zhǔn)值的誤差最小(0.2%)。

　　禁止片內(nèi)的JTAG口功能。不使用JTAG在線(xiàn)仿真，將4個(gè)引腳PC2-PC5釋放，作為普通的I/O使用。

　　啟用低電壓檢測(cè)復(fù)位功能。檢測(cè)電平設(shè)置為4.0V。