AVR單片機的應用經驗

AVR與傳統(tǒng)類型的單片機相比,除了必須能實現原來的一些基本的功能,其在結構體系、功能部件、性能和可靠性等多方面有很大的提高和改善。

但使用更好的器件只是為設計實現一個好的系統(tǒng)創(chuàng)造了一個好的基礎和可能性,如果還采用和沿襲以前傳統(tǒng)的硬件和軟件設計思想和方法的話,是不能用好AVR的,甚至也不能真正的了解AVR的特點和長處。
功能越好的器件,需要具備更高技術和能力的人來使用和駕馭它。就象一部好的F1賽車,只有具備高超技術的駕駛員才能充分體會到車的特點,并能最大限度的發(fā)揮出車的性能。

AVR具有上手入門快,開發(fā)方便簡單的特點,但要充分體會和發(fā)揮AVR的優(yōu)點,還需要應用工程師本身的硬軟件設計開發(fā)能力的不斷學習、實踐提高。

“外行看熱鬧,內行看門道”,對于有一定基礎的嵌入式和單片機系統(tǒng)設計開發(fā)的工程師,不妨先簡單嘗試一下AVR。

開發(fā)環(huán)境與工具：PC+下載線+實際的系統(tǒng)板
PC上的開發(fā)軟件：
AVR Studio（Free）匯編+匯編調試+高級語言調試+軟件仿真
ICC、CVAVR、BASCOM-AVR 高級語言程序開發(fā)+程序下載。其中一個購買正版全功能,作為主要的開發(fā)環(huán)境,其它使用DEMO版,作為輔助及參考。
AVR ISP下載線：
STK200 and STK200+ and STK300 ISP programmer。通過PC的打印機口,采用ISP技術將系統(tǒng)運行代碼（HEX、BIN）和數據寫入AVR芯片的Flash和EEProm中,編程AVR的配置熔絲位和加密位。支持決大多數的AVR芯片、以及ATMEL的51兼容芯片89S8252、89S52等。在ICC、CVAVR、BASCOM-AVR、BASCOM-8051中都內含對該下載線的支持程序。免費專用的下載程序：SLISP、PonyProg2000等。

盡量不使用仿真器的建議：
在開發(fā)和調試系統(tǒng)程序時,有許多人完全依賴于仿真器,一旦離開了仿真器時就感覺無從下手。其實,由于AVR的Flash存貯器可方便的使用ISP技術在線的多次擦寫,因此建議盡量不使用（依賴）仿真器來開發(fā)和調試程序。
在實際開發(fā)過程中,程序的調試可以從下幾方面入手：
現在的高級語言編譯器（如C編譯器）可以產生效率很高的機器代碼,因此建議大家盡量使用高級語言編寫系統(tǒng)程序。
使用Atmel公司提供AVR Studio軟件模擬仿真環(huán)境,以及其他的軟件模擬仿真環(huán)境（BASCOM-AVR）。
盡可能使用高級語言編寫系統(tǒng)程序。
利用目標板上的LED、LCD或異步串口。見附件“沒有仿真器的情況下如何開發(fā)AVR”的介紹。

提高硬件設計的合理性：
盡量合理和充分使用AVR片內的資源,如EEPROM、A/D、內部的RC振蕩源。
盡量采用串口通信連接的外圍器件,大容量的存儲器、LCD控制器、打印機、不用8279（LED數碼管+鍵盤）而使用7279等。除了必須外擴RAM（如語音和圖象）,一般不提倡使用并行擴展（573+譯碼電路）,減小硬件和連線以及PCB板上錯誤的出現概率,同時也提高了系統(tǒng)的可靠性。并行擴展向串行擴展是發(fā)展趨勢。現在有大量的新的外圍器件采用高速的串行接口,如A/D、D/A、RTC、存儲器等。
盡量使用以及在目標板上預留ISP程序下載接口,或使用IAP技術。
優(yōu)點：ISP接口與I/O的兼容性比JETAG好。
缺點：不能在線調試

注意和掌握AVR配置熔絲位的使用：
. 系統(tǒng)晶振的選擇
.BOD的使用
.啟動延時.Mega8的PC6引腳,RESET與通用I/O的轉換
.JETAG接口和通用I/O的轉換
.啟動向量的轉換,BOOT-LOAT區(qū)大小的設置

提高硬件可靠性的考慮:
.盡量采用片內晶體、采用低頻率的系統(tǒng)時鐘、振蕩電路的輸出小幅度。
.選擇合適的啟動延時參數
.使用BOD、片內的看門狗
.合理休眠方式的使用
.不用I/O口設定輸出低電平
.利用內部的EEProm和寄存器MCUCSR判斷復位標志,進行不同的處理

提高軟件設計的能力和水平:
盡量合理采用高級語言設計編寫系統(tǒng)程序。有許多人認為使用匯編寫程序比較精簡,而用高級語言開發(fā)會浪費很多程序空間,其實這是一種誤解。對一個有經驗的,而且非常熟悉某種單片機的匯編高手而言,他是能寫出比高級語言更精簡的代碼。而對匯編不是很熟的開發(fā)者、或突然更換了一種新的單片機,您能保證一定可以寫出比高級語言更簡練的代碼嗎？
高級語言的優(yōu)越性是匯編語言不能比的：
.程序移植方便
.程序的堅固性
.數學運算的支持
.條理清晰的結構化編程,程序的可維護性。
.可協(xié)同開發(fā)軟件,開發(fā)周期短。
現在的高級語言編譯器（如C編譯器）已可以產生代碼效率很高的機器代碼,因此建議大家能用高級語言實現的程序盡可能使用高級語言寫,在對速度和時序要求特嚴的場合可以采用混合編程的方法來解決。

更深入和全面的掌握各種串行通信協(xié)議的規(guī)程:
嵌入式系統(tǒng)目前以大量的使用串行接口外圍芯片和各種通信接口,如RS232、兩線（I2C）、三線（SPI）、單總線、USB、CAN、TCP/IP等。開發(fā)人員和程序員應了解低層協(xié)議,熟悉硬件怎樣和如何實現低層協(xié)議,如何定義可靠的上層應用協(xié)議,以及低層協(xié)議驅動同上層應用協(xié)議之間的接口設計（中間層軟件的實現）等。
硬件工程師的軟件編寫能力要提高,采用標準程序編寫方式、完善的軟件整體框架的設計、良好的數據結構和程序結構系統(tǒng)。（計算機軟件專業(yè)的程序設計員對硬件不熟悉、大部分是在操作系統(tǒng)支持下編寫軟件,對低層接口和協(xié)議的驅動層以及接口也不了解,往往也編寫不出好的單片機系統(tǒng)程序。）
通信接口的編寫應盡量
.采用中斷+緩沖區(qū),
.分層+結構化設計,
.盡量不使用輪循方式(降低AVR的效率)。參見URAT（RS232）驅動+中間層軟件示例。

采用好的系統(tǒng)設計模式：
盡量不使用傳統(tǒng)的前后臺（中斷）系統(tǒng)設計模式,任務之間相互影響和干擾,無法定時操作。如設計一個采用動態(tài)掃描方式驅動的8位LED數碼管顯示+動態(tài)掃描的4*4矩陣鍵盤。
采用TimeTip+狀態(tài)機設計+CASE結構,實現多任務并行運行系統(tǒng)設計方法?；驎r間觸發(fā)式的系統(tǒng)設計。（見：《時間觸發(fā)嵌入式系統(tǒng)設計模式》中國電力出版社 2004.6）
移植小型嵌入式操作系統(tǒng),如UCOS-II。在網上有些免費的基于AVR的簡潔的操作系統(tǒng)。

提高C語言的編程能力和軟件應用水平：
熟悉和用好C中的數據結構體、指針應用、內存管理等較高級的應用。
熟悉和了解你所使用的高級語言開發(fā)平臺的特點。這些平臺是針對某一類處理器的,包含許多特殊的不兼容的語句和擴展的結構、語句、函數等。盡管使用方便,但由于其不透明性和時間的不確定性,因此要合理使用。如C中的getchar()、putchar()等。AVR有多個開發(fā)平臺,每個都有其特點和不足。能夠綜合使用這些平臺,相互互補,能夠提高開發(fā)效率。如通過ICC、CVAVR的程序生成器CodeWizard學習和了解AVR的硬件設置,簡化計算,快速的生成程序基本模塊,如“一個URAT（RS232）低層驅動+中間層軟件示例”。