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发表于:2007-2-18 16:37:52
标签:AVR  ISP  

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AVR芯片的ISP全攻略

AVR芯片的ISP全攻略
 
并行编程,最早的编程方法,功能最强大,但需要连接较多的引脚,通常需要12V~24V的高压
ISP(In System Programmability)  在系统编程,简称为 串行下载
IAP(In Application Programing)  在应用编程,BootLoader也是类似的意思

1 ISP虽然利用了SPI接口(M64/M128除外),但只在复位时起作用,而且下载完成后合格的下载器会自动断开端口的连接,对正常工作时没有影响的( 在产品应用中,下载器一定是不会一直粘在上面的)。
2 虽然高压并行下载能修复任何熔丝位,但对于贴片封装来说是很不现实的,所以ISP接口是最常用的下载方式了
3 虽然IAP是一种新的升级方法,但IAP程序本身也是要先用高压并行下载或ISP来烧进芯片里面才行

所以,产品上一般都留有ISP接口插座,或更省位置的----留6个焊盘就行了


ISP的工作前提 
    1 芯片没有物理损坏
    2 芯片的SPIEN熔丝位=0    使能ISP功能
    3 芯片的RSTDISBL熔丝位=1 RESET引脚有效 (假如芯片有这个熔丝位)
    4 线路正常---------接错线? 短路?
    5 下载器正常-------特别要考虑 连线的接触不良问题
    6 电源


   运行时钟      ISP时钟(必须低于运行时钟的1/4)
    4096Hz        <1024Hz       //很变态的用法,外接32.768KHz晶体+CKDIV8 ,不过AVRISP还是提供了603Hz这个速度了
                                //另一简易解决办法是 下载时在32.768KHz晶体并联一个1MHz晶体,双龙的下载线就配有一个8MHz的石英晶体
   32768Hz        <8192Hz
     128KHz       < 32KHz       //内部RC128KHz
     1.0MHz       <250KHz       //默认值(包括8MHz+CKDIV8),所以AVRISP的ISP速度多为230KHz
     8.0MHz      <2000KHz
    16.0MHz      <4000KHz
运行时钟不等于震荡器的频率,因为部分AVR芯片有系统时钟预分频器,可以对震荡器进行1~256分频
CKDIV8熔丝位决定CLKPS位的初始值。
若CKDIV8未编程,CLKPS位复位为“0000”;若CKDIV8 已编程,CLKPS 位复位为“0011”,给出启动时分频因子为8

AVRISP可提供的ISP时钟 921.6KHz,230.4KHz, 57.6KHz,28.8KHz,4.0KHz, 603Hz
STK500可提供的ISP时钟 1.845MHz,460.8KHz,115.2KHz,57.6KHz,4.0KHz,1206Hz

   时钟设定      ISP方案
   内部RC        选择合适的ISP速度
   外部RC        接上合适的电阻和电容,选择合适的ISP速度。------补救: 外部时钟源接到XTAL1
                 外部RC 根本就没有什么意义,频率精度/稳定度不高,成本也没有降低,所以新的AVR芯片已经没有这个选项了。
                 各位网友要注意的是错误设定后补救方法
   外部晶体      接上合适的晶体,选择合适的ISP速度。      ------补救: 外部时钟源接到XTAL1
   外部时钟      接上合适的时钟源,选择合适的ISP速度。    ------补救: 外部时钟源接到XTAL1
外部时钟源可以是 外部(4MHz)有源晶体输出,其他MCU的XTAL2脚,各种方波振荡电路(NE555)输出等


大部分AVR芯片的ISP端口是  SCK,MOSI,MISO,RESET
而M64/M128的ISP端口是     SCK, PDI, PDO,RESET

     而且M64/M128出厂默认兼容M103----熔丝位M103C=0,很多新特性不能使用,程序也可能不能正常运行


AVR的所有熔丝位均是: 
   1 未编程,多为不起作用的意思。 
   0   编程,多为  起作用的意思。 

  基于可编程工艺的都是这样: 
  PROM/EEPROM/FLASH都是出厂时和擦除后变为全1(0xFF)的,要编程才能变成0。 
反过来就是了,跟CE/OE/INT都是[低电平有效]一样,都是很常见。


在ISP模式下永远不能访问(修改)SPIEN位,这是AVR芯片的硬件保护
有独立RESET脚的M16/M32/M64/M128等,在ISP模式下根本就就不会令ISP无效,无论如何修改熔丝位,都能恢复正常。
M8/M48/M88/M168/Tiny系列有RSTDISBL熔丝位可以令导致RESET失效而令ISP无法工作外,其他情况都能恢复正常。

一般来说,只要满足ISP的工作前提,再把XTAL1接到一个4MHz有源晶体的输出,基本是万试万灵的。

不要忘记,并行高压编程的时钟信号也是从XTAL1导入方波信号的。
如果有源晶振的方法不行(除了ISPEN=0,RSTDISBL=0情况外),恐怕高压编程也未必能奏效。

JTAG的影响(M16,M32,M128等):
   JTAG能访问 SPIEN 和 JTAGEN,要是不小心同时改成SPIEN=1,JTAGEN=1,将会导致MCU锁死,需要高压并行编程才能恢复。

DebugWIRE的影响:(M48,M88,M168,T2313等)
   由于DebugWIRE使用RESET脚来通讯,所以跟ISP有所冲突
   可以通过ISP或并行高压编程来使能DebugWIRE功能[即DWEN=0],使能DebugWIRE功能后,ISP功能失效。
   可以通过DebugWIRE来关闭DebugWIRE功能[即DWEN=1],使能DebugWIRE功能后,如果RSTDISBL=1,SPIEN=0,ISP功能有效。
   比较特殊的是 DebugWIRE调试中,断点的使用会降低Flash 数据记忆时间调试用的器件不能发给最终客户。
   JTAG MKII同时具备JTAG/DeubgWIRE/ISP三种功能,可以轻松实现DebugWIRE/ISP的切换。
     (软件需要升级到1.09版以后 即对应AVRstudio 4.12以后版本)
   最新版本 JTAG MK2使用说明中文pdf(20051125)
   设计使用debugWIRE 的系统时,必须进行下面的检查:
   • dW/(RESET) 的上拉电阻不得小于10kΩ。debugWIRE 并不需要上拉电阻
   • 将 RESET 引脚与 VCC 直接连接将无法工作
   • 使用debugWIRE 时必须断开与RESET 引脚连接的电容
   • 必须断开所有的外部复位源

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发表于:2007-2-18 16:24:10
标签:AVR  

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AVR单片机的主要特性

AVR单片机的主要特性

AVR单片机是1997年由ATMEL公司研发出的增强型内置Flash的RISC(Reduced Instruction Set CPU) 精简指令集高速8位单片机。AVR的单片机可以广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域。

AVR的主要特性

  高可靠性、功能强、高速度、低功耗和低价位 , 一直是衡量单片机性能的重要指标,也是单片机占领市场、赖以生存的必要条件。


  早期单片机主要由于工艺及设计水平不高、功耗高和抗干扰性能差等原因,所以采取稳妥方案:即采用较高的分频系数对时钟分频,使得指令周期长,执行速度慢。以后的 CMOS单片机虽然采用提高时钟频率和缩小分频系数等措施,但这种状态并未被彻底改观(51以及51兼容)。此间虽有某些精简指令集单片机(RISC)问世,但依然沿袭对时钟分频的作法。


  AVR单片机的推出,彻底打破这种旧设计格局,废除了机器周期,抛弃复杂指令计算机(CISC)追求指令完备的做法;采用精简指令集,以字作为指令长度单位,将内容丰富的操作数与操作码安排在一字之中(指令集中占大多数的单周期指令都是如此),取指周期短,又可预取指令,实现流水作业,故可高速执行指令。当然这种速度上的升跃,是以高可靠性为其后盾的。


  AVR单片机硬件结构采取8位机与16位机的折中策略,即采用局部寄存器存堆(32个寄存器文件)和单体高速输入/输出的方案(即输入捕获寄存器、输出比较匹配寄存器及相应控制逻辑)。提高了指令执行速度(1Mips/MHz),克服了瓶颈现象,增强了功能;同时又减少了对外设管理的开销,相对简化了硬件结构,降低了成本。故AVR单片机在软/硬件开销、速度、性能和成本诸多方面取得了优化平衡,是高性价比的单片机。


  AVR单片机内嵌高质量的Flash程序存储器,擦写方便,支持ISP和IAP,便于产品的调试、开发、生产、更新。内嵌长寿命的EEProm可长期保存关键数据,避免断电丢失。片内大容量的RAM不仅能满足一般场合的使用,同时也更有效的支持使用高级语言开发系统程序,并可像MCS-51单片机那样扩展外部 RAM。


  AVR单片机的I/O线全部带可设置的上拉电阻、可单独设定为输入/输出、可设定(初始)高阻输入、驱动能力强(可省去功率驱动器件)等特性,使的得I/O口资源灵活、功能强大、可充分利用。


  AVR单片机片内具备多种独立的时钟分频器,分别供URAT、I2C、SPI使用。其中与8/16位定时器配合的具有多达10 位的预分频器,可通过软件设定分频系数提供多种档次的定时时间。AVR单片机独有的“以定时器/计数器(单)双向计数形成三角波,再与输出比较匹配寄存器配合,生成占空比可变、频率可变、相位可变方波的设计方法(即脉宽调制输出PWM)”更是令人耳目一新。


  增强性的高速同/异步串口,具有硬件产生校验码、硬件检测和校验侦错、两级接收缓冲、波特率自动调整定位(接收时)、屏蔽数据帧等功能,提高了通信的可靠性,方便程序编写,更便于组成分布式网络和实现多机通信系统的复杂应用,串口功能大大超过MCS-51/96单片机的串口,加之AVR单片机高速,中断服务时间短,故可实现高波特率通讯。


  面向字节的高速硬件串行接口TWI、SPI。TWI与I2C接口兼容,具备ACK信号硬件发送与识别、地址识别、总线仲裁等功能,能实现主/从机的收/发全部4种组合的多机通信。SPI支持主/从机等4种组合的多机通信。


  AVR单片机有自动上电复位电路、独立的看门狗电路、低电压检测电路BOD,多个复位源(自动上下电复位、外部复位、看门狗复位、BOD复位),可设置的启动后延时运行程序,增强了嵌入式系统的可靠性。


  AVR单片机具有多种省电休眠模式,且可宽电压运行(5-2.7V),抗干扰能力强,可降低一般8位机中的软件抗干扰设计工作量和硬件的使用量。


  AVR单片机技术体现了单片机集多种器件(包括FLASH程序存储器、看门狗、EEPROM、同/异步串行口、TWI、SPI、A/D模数转换器、定时器/计数器等)和多种功能(增强可靠性的复位系统、降低功耗抗干扰的休眠模式、品种多门类全的中断系统、具输入捕获和比较匹配输出等多样化功能的定时器/计数器、具替换功能的I/O端口…… )于一身,充分体现了单片机技术的从“片自为战”向“片上系统SoC”过渡的发展方向。 综上所述,AVR单片机博采众长,又具独特技术,不愧为8位机中的佼佼者。

AVR系列单片机的选型

 AVR单片机系列齐全,可适用于各种不同场合的要求。AVR单片机有3个档次:

低档Tiny系列AVR单片机: 主要有Tiny11/12/13/15/26/28等;

中档AT90S系列AVR 单片机: 主要有AT90S1200/2313/8515/8535等; (正在淘汰或转型到Mega中)

高档ATmega系列AVR单片机: 主要有ATmega8/16/32/64/128( 存储容量为8/16/32/64/128 KB)以及ATmega8515/8535等。

 AVR器件引脚从8脚到64脚, 还有各种不同封装供选择。

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发表于:2007-2-18 15:44:14
标签:AVR  单片机  定时器  计数器  PWM  

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使用AVR定时/计数器的PWM功能设计要点

使用AVR定时/计数器的PWM功能设计要点

作者:马潮老师 / 整理:armok / 2005-01-17/ www.OurAVR.com

取自《M128》上。供参考。

一、定时/计数器PWM设计要点

根据PWM的特点,在使用ATmega128的定时/计数器设计输出PWM时应注意以下几点:

1.首先应根据实际的情况,确定需要输出的PWM频率范围,这个频率与控制的对象有关。如输出PWM波用于控制灯的亮度,由于人眼不能分辨42Hz以上的频率,所以PWM的频率应高于42Hz,否则人眼会察觉到灯的闪烁。

2.然后根据需要PWM的频率范围确定ATmega128定时/计数器的PWM工作方式。AVR定时/计数器的PWM模式可以分成快速PWM和频率(相位)调整PWM两大类。

3.快速PWM可以的到比较高频率的PWM输出,但占空比的调节精度稍微差一些。此时计数器仅工作在单程正向计数方式,计数器的上限值决定PWM的频率,而比较匹配寄存器的值决定了占空比的大小。PWM频率的计算公式为:

PWM频率 = 系统时钟频率/(分频系数*(1+计数器上限值))

4.快速PWM模式适合要求输出PWM频率较高,但频率固定,占空比调节精度要求不高的应用。

5.频率(相位)调整PWM模式的占空比调节精度高,但输出频率比较低,因为此时计数器仅工作在双向计数方式。同样计数器的上限值决定了PWM的频率,比较匹配寄存器的值决定了占空比的大小。PWM频率的计算公式为:

PWM频率 = 系统时钟频率/(分频系数*2*计数器上限值))

6.相位调整PWM模式适合要求输出PWM频率较低,但频率固定,占空比调节精度要求高的应用。当调整占空比时,PWM的相位也相应的跟着变化(Phase Correct)。

7.频率和相位调整PWM模式适合要求输出PWM频率较低,输出频率需要变化,占空比调节精度要求高的应用。此时应注意:不仅调整占空比时,PWM的相位会相应的跟着变化;而一但改变计数器上限值,即改变PWM的输出频率时,会使PWM的占空比和相位都相应的跟着变化(Phase and Frequency Correct)。

8.在PWM方式中,计数器的上限值有固定的0xFF(8位T/C);0xFF、0x1FF、0x3FF(16位T/C)。或由用户设定的0x0000-0xFFFF,设定值在16位T/C的ICP或OCRA寄存器中。而比较匹配寄存器的值与计数器上限值之比即为占空比。

二、 PWM应用设计参考

  下面给出一个设计示例,在示例中使用PWM方式来产生一个1KHz左右的正弦波,幅度为0-Vcc/2。

  首先按照下面的公式建立一个正弦波样本表,样本表将一个正弦波周期分为128个点,每点按7位量化(127对应最高幅值Vcc/2):

f(x) = 64 + 63 * sin(2πx/180) x∈[0…127]

   如果在一个正弦波周期中采用128个样点,那么对应1KHz的正弦波PWM的频率为128KHz。实际上,按照采样频率至少为信号频率的2倍的取样定理来计算,PWM的频率的理论值为2KHz即可。考虑尽量提高PWM的输出精度,实际设计使用PWM的频率为16KHz,即一个正弦波周期(1KHz)中输出16个正弦波样本值。这意味着在128点的正弦波样本表中,每隔8点取出一点作为PWM的输出。

  程序中使用ATmega128的8位T/C0,工作模式为相位调整PWM模式输出,系统时钟为8MHz,分频系数为1,其可以产生最高PWM频率为: 8000000Hz / 510 = 15686Hz。每16次输出构成一个周期正弦波,正弦波的频率为980.4Hz。PWM由OC0(PB4)引脚输出。参考程序如下(ICCAVR)。

//ICC-AVR application builder : 2004-08
// Target : M128
// Crystal: 8.0000Mhz

#i nclude <iom128v.h>
#i nclude <macros.h>

#pragma data:code
// 128点正弦波样本表
const unsigned char auc_SinParam[128] = {
64,67,70,73,76,79,82,85,88,91,94,96,99,102,104,106,109,111,113,115,117,118,120,121,
123,124,125,126,126,127,127,127,127,127,127,127,126,126,125,124,123,121,120,118,
117,115,113,111,109,106,104,102,99,96,94,91,88,85,82,79,76,73,70,67,64,60,57,54,51,48,
45,42,39,36,33,31,28,25,23,21,18,16,14,12,10,9,7,6,4,3,2,1,1,0,0,0,0,0,0,0,1,1,2,3,4,6,
7,9,10,12,14,16,18,21,23,25,28,31,33,36,39,42,45,48,51,54,57,60};
#pragma data:data

unsigned char x_SW = 8,X_LUT = 0;

#pragma interrupt_handler timer0_ovf_isr:17
void timer0_ovf_isr(void)
{
   X_LUT += x_SW; // 新样点指针
   if (X_LUT > 127) X_LUT -= 128; // 样点指针调整
   OCR0 = auc_SinParam[X_LUT]; // 取样点指针到比较匹配寄存器
}

void main(void)
{
   DDRB |= 0x10; // PB4(OC0)输出
   TCCR0 = 0x71; // 相位调整PWM模式,分频系数=1,正向控制OC0
   TIMSK = 0x01; // T/C0溢出中断允许
   SEI(); // 使能全局中断
   while(1)
      {……};
}

 

  每次计数器溢出中断的服务中取出一个正弦波的样点值到比较匹配寄存器中,用于调整下一个PWM的脉冲宽度,这样在PB4引脚上输出了按正弦波调制的PWM方波。当PB4的输出通过一个低通滤波器后,便得到一个980.4Hz的正弦波了。如要得到更精确的1KHz的正弦波,可使用定时/计数器T/C1,选择工作模式10,设置ICR1=250为计数器的上限值。

  在ATMEL公司网站上,给出了使用一个定时/计数器实现双音频拨号的应用设计参考(AVR314.pdf),读者可以从中学习到如何更好设计和使用PWM的功能。

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