AVR042AVR硬件设计..doc

精选AVR应用笔记 AVR042: AVR硬件设计 翻译：邵子扬 2006年6月7日 shaoziyang@ 主要内容 数字和模拟部分充分供电 RESET 信号线的连接 SPI 接口的在系统编程 使用外部晶体振荡器或陶瓷振荡器 介绍 这篇应用笔记是为了回答一些问题和开始设计 AVR 单片机时面对的一些疑问而写的，从每章的标题可以知道说明的问题。文章介绍了在设计中可能遇到的问题，而不是说明怎样使用使用 AVR 单片机。这篇文档的问题是从已有的 AVR 文档中收集出来的，并结合了一些现在的新资料。 在开始新设计之前高度推荐阅读应用笔记 AVR040 - “EMC 设计参考”，特别是对于需要开发针对有EMC需求的商业应用（或类似有此要求的欧洲国家）。此应用笔记可以在 ATMEL 的官方网站 上找到。 电源供电 电源供电设计有两点要考虑：AVR的离散/数字元件；ESD 保护和噪声。两者在应用笔记 AVR040 中都详细说明了，这里只是简单概括。 1数字电路供电 查看AVR单片机的数据手册，没有人会相信电源供电是不重要的。芯片有一个宽的电压范围，并且只从电源中汲取很少的电流。但是和所有的数字电路一样，电流是一个平均值。在时钟的沿有非常短的尖峰汲取电流，如果 I/O 口进行开关，尖峰电流会更大。如果所有的 IO 端口同时改变，电源线上的电流脉冲可能达到几百毫安。如果 I/O 端口没有使用，那么脉冲可能只有几个纳安。 这种尖峰电流不能通过长电源线进行传送，所以主电源需要使用退耦电容。 图2-1. 不正确的退耦 图2-1 显示了一个不好的退耦的例子。电容离单片机太远了，产生了一个大电流回路。这里的电源层和地线层就是大电流回路的一部分，因此噪声更容易传导到其他芯片，电磁辐射也增加了，整个地线层还成为了噪声信号的天线。当单片机的电源和地引脚直接连接到电源和地线层就会出现这个情况（典型是过孔安装的元件），退耦电容的连接也是同样的。同样的情况经常在表面安装的元件的电路板上经常看到，如果整个电路放在电路板的一边而退耦电容在另外一边。 图2-2 显示了电容更好的放置方法，大电流回路不是电源或地线层的一部分。这很重要，因为电源和地线层会传导大量的噪声。图中也显示了退耦的另外一种改进，一个电感用于减少电源的开关噪声。电感的等效电阻要足够小，保证没有大的直流压降。 图2-2. 使用电感退耦 通常，AVR 单片机的电源和地线引脚相互靠近（如 ATmega8535），这样比标准引脚的芯片（如 ATmega8515）有更好的退耦效果，标准封装的电源和地线引脚在DIP的对角线。这个缺点可以使用 TQFP 封装来克服，它可以使得退耦电容非常靠近。对于有多个电源和地的芯片，基本上每对电源和地都需要自己的退耦电容。 主电源需要使用容量有数uF的钽电容进行稳定。 2模拟电路供电 AVR 单片机内置的 ADC 有独立的模拟供电引脚 Avcc，这个分开的供电使模拟部分减少了数字电路部分的开关噪声影响。同样，模拟地 AGND 也是独立与数字地的。 为了使 ADC 获得更好的精度，模拟电源必须单独退耦。模拟地应当和数字地分开，它们应当只在一点连接，例如电源的地。 RESET 引脚的连接 AVR 单片机的 RESET（复位）脚在低电平时有效，设置这个为低电平将使得单片机复位。复位有两个目的： 释放所有端口成为三态（除了 XTAL 引脚），初始化所有端口寄存器和设置程序指针为0。 进入编程模式。此外，上拉 RESET 到很高电压可以进入高电压/并行编程模式，很高电压指 11.5 – 12.5V （参考数据手册）。 Reset 引脚有内部上拉电阻，但是如果有很强的环境噪声可能会偶然引起复位。参考数据手册中指定型号的上拉电阻参数。 可以使用不同方式来避免意外的复位，可以使用外部管理或外部监控电路来控制 RESET 管脚。如果外部管理电路如应用笔记AVR180中说明的，可以不用再考虑怎样连接 RESET 引脚。如果AVR单片机有内置的电压监视电路，那么可以省去外部电路。 连接 RESET 是为了能既进入高电压编程，也能通过上拉电阻进入普通的低电压复位，这个上拉电阻保证了复位引脚不会意外变为低电平。上拉电阻理论上可以是任意大小，但是为了能使用如 STK500/AVRISP 等编程工具，上拉电阻不能太小，以免不能将 RESET 信号拉低。推荐使用 4.7k 的电阻或更大的（使用 STK500 编程时）。 为了减少 RESET 上的噪声，最好通过一个电容连接 RESET 到地线。自从AVR 内置了低通滤波器消除尖峰和噪声后这已经不是必须的了，但外部电容可以提供额外的保护。如果不使用高电压编程，推荐添加一个 ESD