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[推薦]AVR基本硬件線路設計與分析

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ID:3395 發(fā)表于 2009-11-19 16:13 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
基本的AVR硬件線路,包括以下幾部分:


1。復位線路
2。晶振線路
3。AD轉(zhuǎn)換濾波線路
4。ISP下載接口
5。JTAG仿真接口
6。電源


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,更詳細的型號含義資料,請參考:AVR芯片入門知識)


復位線路的設計




             圖1


Mega16已經(jīng)內(nèi)置了上電復位設計。并且在熔絲位里,可以控制復位時的額外時間,故AVR外部的復位線路在上電時,可以設計得很簡單: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)生有效的復位。


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


重要說明:實際應用時,如果你不需要復位按鈕,復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。


晶振電路的設計




              圖2


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。


AD轉(zhuǎn)換濾波線路的設計




              圖3


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標準參考電壓。也可以從外面輸入?yún)⒖茧妷海热缭谕饷媸褂肨L431基準電壓源。不過一般的應用使用內(nèi)部自帶的參考電壓已經(jīng)足夠。習慣上在AREF腳接一只0.1uF的電容到地(C4)。


重要說明:實際應用時,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。


ISP下載接口設計




              圖4


ISP下載接口,不需要任何的外圍零件。使用雙排2*5插座。由于沒有外圍零件,故PB5(MOSI)、PB6(MISO)、PB7(SCK)、復位腳仍可以正常使用,不受ISP的干擾。


重要說明:實際應用時,如果你想簡化零件,可以不焊接2*5座。但在PCB設計時最好保留這個空位,以便以后升級AVR內(nèi)的軟件。


JTAG仿真接口設計




              圖5


仿真接口也是使用雙排2*5插座。需要四只10K的上拉電阻。


重要說明:實際應用時,如果你不想使用JTAG仿真,并且不想受四只10K的上拉電阻的影響,可以將JP1-JP4斷開。


電源設計




              圖6


AVR單片機最常用的是5V與3.3V兩種電壓。本線路以開關(guān)切換兩種電壓,并且以雙色二極管指示(5V時為綠燈,3.3V時為紅燈)。


二極管D1防止用戶插錯電源極性。D2可以允許用戶將電壓倒灌入此電路內(nèi),不會損壞1117-ADJ。


1117-ADJ的特性為1腳會有50uA的電流輸出,1-2腳會有1.25V電壓。利用這個特點,可以計算出輸出電壓:


當SW開關(guān)打向左邊時,R6上的電流為 1.25/0.33 = 3.78ma 。R8上的電流為1117-ADJ 1腳電流加上R6上的電流,即0.05+3.78=3.83ma. 可以計算得R8上的電壓為3.84V。 于是得出VCC=1.25+3.83=5.08V。誤差在2%以內(nèi)。


當SW開關(guān)打向右邊時,R6上的電流為 1.25/0.62 = 2.02ma 。R8上的電流為1117-ADJ 1腳電流加上R6上的電流,即0.05+2.02=2.07ma. 可以計算得R8上的電壓為2.07V。 于是得出VCC=1.25+2.07=3.32V。誤差在1%以內(nèi)。


使用1%精度的電阻,可以控制整個輸出電壓誤差在3%以內(nèi)。


重要說明:實際應用時,視乎使用1117-ADJ的品牌,輸入電壓可以低至7伏甚至更低。(也可以同時使用低壓降的二極管代替1N4007)。
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