O 引言

由于嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)于核心處理器性能的要求越來越高，一些傳統(tǒng)的51系列控制芯片已經(jīng)難以勝任許多復(fù)雜的任務(wù)。因此，我們通過調(diào)研分析，自行開發(fā)了一套基于ATmega8高性能系列單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)。ATMEL公司的ATmegs8單片機(jī)是一種具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)的8-bit RISC CPU，其在線自編程Flash和單時(shí)鐘指令，為C語言、Basic語言優(yōu)化的指令系統(tǒng)設(shè)置，以及豐富的片載外圍接口電路，使功能強(qiáng)大的ATmegs8單片機(jī)成為一款高度靈活和高性價(jià)比的芯片，為許多高端嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了優(yōu)秀的解決方案。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)中ATmega8 MCU核心模塊通過RS-232與PC上位機(jī)進(jìn)行通信，充分利用PC機(jī)的資源。電源部分采用USB與PC機(jī)進(jìn)行連接，采用上位機(jī)的電源。另外，該實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)有下載器，只需一條下載線即可開始工作，不需購(gòu)買昂貴的編程器，使用方便，節(jié)約了成本?？梢员ＷC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有較高的性價(jià)比。

在實(shí)驗(yàn)軟件上，既可以使用C語言也可以使用BASCOM-AVR編程軟件。BASCOM-AVR編程軟件為開發(fā)AVR單片機(jī)提供了功能強(qiáng)大、簡(jiǎn)潔方便的軟件平臺(tái)，其與QB高度兼容的BASIC語言易懂好學(xué)；功能齊備的硬件仿真平臺(tái)，使單片機(jī)的學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)、開發(fā)，顯得簡(jiǎn)單、容易而富有樂趣，許多設(shè)計(jì)在計(jì)算機(jī)仿真中就可得知結(jié)果。有了BASCOM-AVR，使大規(guī)模地推廣普及AVR單片機(jī)成為可能，為許多高端嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了優(yōu)秀的解決方案。

2 硬件電路的設(shè)計(jì)

2．1 CPU模塊的設(shè)計(jì)

ATmegs8是ATMEL公司在2002年第一季度推出的一款新型AVR高檔單片機(jī)。ATmegs8內(nèi)部集成有豐富的硬件接口電路，2個(gè)具有比較模式的預(yù)分頻器(Separate Prescale)的8位定時(shí)／計(jì)數(shù)器。1個(gè)預(yù)分頻器(Separat Prescale)，具有比較和捕獲模式的16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器，1個(gè)具有獨(dú)立振蕩器的異步實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)，3個(gè)PWM通道，可實(shí)現(xiàn)任意<16位、相位和頻率可調(diào)的PWM脈寬調(diào)制輸出，8通道A／D轉(zhuǎn)換(TQFP、MLF封裝)，6路10位A／D+2路8位A／D，6通道A／D轉(zhuǎn)換(PDIP封裝)，4路10位A／D+2路8位A／D，1個(gè)I2C的串行接口，支持主／從、收發(fā)四種工作方式，支持自動(dòng)總線仲裁，1個(gè)可編程的串行USART接口，支持同步、異步以及多機(jī)通信自動(dòng)地址識(shí)別，1個(gè)支持主／從(Master／Slave)、收／發(fā)的SPI同步串行接口，帶片內(nèi)RC振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器，片內(nèi)模擬比較器。圍繞核心芯片所設(shè)計(jì)的CPU模塊如圖2所示。

圖中的復(fù)位電路RESET有二種選擇：外部復(fù)位，J10必須插上短路塊；或PC6作I／O口用，J10拔出短路塊。

圖中的晶振電路XTAL1和XTAL2分別是片內(nèi)振蕩器的反向放大器的輸入、輸出端，外接一個(gè)晶體振蕩器，通過對(duì)熔絲位CKOPT編程和設(shè)定C9、C10的取值范圍(12μm～22 μm)使ATmega8有較寬的工作頻率范圍(3．O MHz～8．0 MHz)。晶振有兩種選擇：外接8 MHz無源晶振，(也可外接8 MHz有源晶振，當(dāng)外接無源晶振不能起振時(shí)，用有源晶振就能解決問題，超頻也能起振)，或用內(nèi)部RC振蕩器。當(dāng)J11與J12插上短路塊時(shí)，為用外接無源晶振；當(dāng)J11與J12不插短路塊時(shí)，則用ATmega8內(nèi)部振蕩器。

另外，模塊還設(shè)計(jì)有JTAG接口和ISP編程接口(ISP即in-System Programmable)。JTAG接口可以通過下載器將單片機(jī)與微型計(jì)算機(jī)的并行接口連接。ISP編程接口是在線下載或讀取芯片內(nèi)部程序時(shí)用的，各引腳的含義如圖3所示。其中l(wèi)腳與ATmega8的PB3連接。4、6、8、lO接地，5腳與ATmega8的PC6連接，7腳與ATmesa8的PB5連接，9腳與ATmega8的PB4連接。

2．2 下載器模塊

下載器由接口板和連接電纜組成。接口板的原理圖見圖4。圖中U201是8緩沖器74HC244電路，用作計(jì)算機(jī)并口和單片機(jī)的緩沖隔離。連接器CN202是通用的DB25針插頭，與上位機(jī)連接，進(jìn)行通信；其中4、5腳控制U201芯片，在其低電平時(shí)允許數(shù)據(jù)正常傳輸，高電平時(shí)74HC244的輸出呈高阻狀態(tài)；7腳輸出數(shù)據(jù)到單片機(jī)；6腳是時(shí)鐘信號(hào)；9腳是輸出復(fù)位信號(hào)；10腳是接收從單片機(jī)讀出的數(shù)據(jù)。下載電纜采用10芯扁平電纜，兩頭壓有IDC插頭。一端接下載器，另一端接最小系統(tǒng)板上的ISP口JP1。