AVR基本硬件電路的設計與分析

基本的AVR硬件線路，包括幾部分： 復位線路,晶振線路,AD轉換濾波線路,ISP下載接口,JTAG仿真接口,電源電路。

　　下面以本網站推薦的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

　　Mega16已經內置了上電復位設計。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，能產生有效的復位。

　　當AVR在工作時，按下S0開關時，復位腳變成低電平，觸發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芯片也能穩定工作。即這部分不需要任何的外圍零件。

晶振電路的設計

　　Mega16已經內置RC振蕩線路，可以產生1M、2M、4M、8M的振蕩頻率。不過，內置的畢竟是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。不過為了線路的規范化，我們仍建議接上。

重要說明：實際應用時，如果你不需要太高精度的頻率，可以使用內部RC振蕩。即這部分不需要任何的外圍零件。

AD轉換濾波線路的設計

　　為減小AD轉換的電源干擾，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內帶2.56V標準參考電壓。也可以從外面輸入參考電壓，比如在外面使用TL431基準電壓源。不過一般的應用使用內部自帶的參考電壓已經足夠。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

　　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內的軟件。

JTAG仿真接口設計

　　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

　　AVR單片機最常用的是5V與3.3V兩種電壓。本線路以開關切換兩種電壓，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，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。

當SW開關打向右邊時，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。

　　使用1%精度的電阻，可以控制整個輸出電壓誤差在3%以內。

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）。