AVR基本硬件电路的设计与分析

AVR基本硬件电路的设计与分析

基本的AVR硬件线路，包括几部分： 复位线路,晶振线路,AD转换滤波线路,ISP下载接口,JTAG仿真接口,电源电路。

　　下面以本网站推荐的AVR入门芯片 ATmega16L-8AI 分析上述基本线路。(-8AI表示8M频率的TQFP贴片封装，工业级，更详细的型号含义资料，请参考：AVR芯片入门知识)

复位线路的设计

　　Mega16已经内置了上电复位设计。并且在熔丝位里，可以控制复位时的额外时间，故AVR外部的复位线路在上电时，可以设计得很简单：直接拉一只10K的电阻到VCC即可(R0)。

　　为了可靠，再加上一只0.1uF的电容(C0)以消除干扰、杂波。

　　D3(1N4148)的作用有两个：作用一是将复位输入的最高电压钳在Vcc+0.5V 左右，另一作用是系统断电时，将R0(10K)电阻短路，让C0快速放电，让下一次来电时，能产生有效的复位。

　　当AVR在工作时，按下S0开关时，复位脚变成低电平，触发AVR芯片复位。

重要说明：实际应用时，如果你不需要复位按钮，复位脚可以不接任何的零件，AVR芯片也能稳定工作。即这部分不需要任何的外围零件。

晶振电路的设计

　　Mega16已经内置RC振荡线路，可以产生1M、2M、4M、8M的振荡频率。不过，内置的毕竟是RC振荡，在一些要求较高的场合，比如要与RS232通信需要比较精确的波特率时，建议使用外部的晶振线路。

　　早期的90S系列，晶振两端均需要接22pF左右的电容。Mega系列实际使用时，这两只小电容不接也能正常工作。不过为了线路的规范化，我们仍建议接上。

重要说明：实际应用时，如果你不需要太高精度的频率，可以使用内部RC振荡。即这部分不需要任何的外围零件。

AD转换滤波线路的设计

　　为减小AD转换的电源干扰，Mega16芯片有独立的AD电源供电。官方文档推荐在VCC串上一只10uH的电感（L1），然后接一只0.1uF的电容到地（C3）。

Mega16内带2.56V标准参考电压。也可以从外面输入参考电压，比如在外面使用TL431基准电压源。不过一般的应用使用内部自带的参考电压已经足够。习惯上在AREF脚接一只0.1uF的电容到地（C4）。

重要说明：实际应用时，如果你想简化线路，可以将AVCC直接接到VCC，AREF悬空。即这部分不需要任何的外围零件。

ISP下载接口设计

　　ISP下载接口，不需要任何的外围零件。使用双排2＊5插座。由于没有外围零件，故PB5（MOSI）、PB6（MISO）、PB7（SCK）、复位脚仍可以正常使用，不受ISP的干扰。

重要说明：实际应用时，如果你想简化零件，可以不焊接2＊5座。但在PCB设计时最好保留这个空位，以便以后升级AVR内的软件。

JTAG仿真接口设计

　　仿真接口也是使用双排2＊5插座。需要四只10K的上拉电阻。

重要说明：实际应用时，如果你不想使用JTAG仿真，并且不想受四只10K的上拉电阻的影响，可以将JP1－JP4断开。

电源设计

　　AVR单片机最常用的是5V与3.3V两种电压。本线路以开关切换两种电压，并且以双色二极管指示（5V时为绿灯，3.3V时为红灯）。

　　二极管D1防止用户插错电源极性。D2可以允许用户将电压倒灌入此电路内，不会损坏1117－ADJ。

　　1117－ADJ的特性为1脚会有50uA的电流输出，1－2脚会有1.25V电压。利用这个特点，可以计算出输出电压：

当SW开关打向左边时，R6上的电流为 1.25/0.33 = 3.78ma 。R8上的电流为1117－ADJ 1脚电流加上R6上的电流，即0.05+3.78=3.83ma. 可以计算得R8上的电压为3.84V。 于是得出VCC=1.25+3.83=5.08V。误差在2%以内。

当SW开关打向右边时，R6上的电流为 1.25/0.62 = 2.02ma 。R8上的电流为1117－ADJ 1脚电流加上R6上的电流，即0.05+2.02=2.07ma. 可以计算得R8上的电压为2.07V。 于是得出VCC=1.25+2.07=3.32V。误差在1%以内。

　　使用1%精度的电阻，可以控制整个输出电压误差在3%以内。

重要说明：实际应用时，视乎使用1117－ADJ的品牌，输入电压可以低至7伏甚至更低。（也可以同时使用低压降的二极管代替1N4007）。