ATmega128在開發(fā)應(yīng)用中應(yīng)注意的問題

ATmega128是AVR系列中功能最強(qiáng)的單片機(jī),具有如下主要特點(diǎn):

　　(1)先進(jìn)的RISC精簡指令集結(jié)構(gòu):ATmega128具有133條功能強(qiáng)大的指令,大部分指令在單時鐘周期內(nèi)執(zhí)行;有32b×8個通用工作寄存器;片內(nèi)帶有執(zhí)行時間為2個時鐘周期的硬件乘法器。

　　(2)非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲器:ATmega128具有128KB在線可重復(fù)編程Flash、4KB的E2PROM以及4KB內(nèi)部SRAM。在其BOOT區(qū)具有獨(dú)立的加密位,可通過片內(nèi)的引導(dǎo)程序?qū)崿F(xiàn)在系統(tǒng)編程,寫操作時真正可讀。

　　(3)具有JTAG接口:通過JTAG接口對Flash、E2PROM熔絲位和加密位編程。

　　(4)增強(qiáng)的硬件功能:ATmega128具有2個帶預(yù)分頻器和一種比較模式的8位定時/計數(shù)器;2個擴(kuò)充的帶預(yù)分頻器和比較模式、捕獲模式的16位定時/計數(shù)器;獨(dú)立振蕩器的實(shí)時計數(shù)器;2通道8位PWM;6通道2~16位精度PWM;8通道10位A/D轉(zhuǎn)換;輸出比較調(diào)節(jié)器;8個單端通道;7個微分通道;2個增益為1x、10x或200x的微分通道;二線(I2C)串行接口;2路可編程串行UART接口;主/從SPI串　行接口;帶內(nèi)部振蕩器的可編程看門狗定時器等。

　　(5)獨(dú)有的特點(diǎn):上電復(fù)位和可編程的低電壓檢測;內(nèi)部可校準(zhǔn)的RC振蕩器;5種睡眠模式,即空閑模式、ADC噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式、待命模式和擴(kuò)展待命模式;可通過軟件選擇時鐘頻率;通過1個熔絲選定ATmega103兼容模式;全局上拉禁止。

　　筆者通過使用ATmega128單片機(jī),總結(jié)出在使用ATmega128過程中應(yīng)注意的問題,希望能給即將使用該單片機(jī)的讀者提供有用的信息。

1?ATmega128的開發(fā)工具及其應(yīng)注意問題

　　隨著用戶對編譯器的要求越來越高,開發(fā)商也在不斷地提高編譯器對用戶的方便程度。目前的大趨勢是從用匯編語言開發(fā)單片機(jī)發(fā)展到用C語言開發(fā)。筆者在對開發(fā)ATmega128編譯器的選擇時,考慮到時間上的局限以及開發(fā)的方便性等問題,最終選擇了ImageCraft的ICCAVR工具。

　　ICCAVR是一種使用符合ANSI標(biāo)準(zhǔn)的C語言開發(fā)微控制器程序的工具。它集合了編譯器和工程管理器的集成工作環(huán)境(IDE),可以編譯生成INTEL HEX格式文件。

　　ICCAVR和人們通常所用的編譯器的使用的方法大同小異,故本文不再詳述。本文主要對使用中應(yīng)當(dāng)注意的問題作一介紹。

????(1)該編譯器在設(shè)置中有一項(xiàng)“Return Stack Size”,默認(rèn)值為16,但在程序量很大而且子函數(shù)較多的情況下,該默認(rèn)值就不適合了,編譯時會出錯。碰到這種情況建議將該選項(xiàng)的值改大。

????(2)在經(jīng)過一段時間的使用后,發(fā)現(xiàn)該編譯器對C語言的編譯效率不是很理想。但設(shè)置當(dāng)中有一編譯優(yōu)化選擇項(xiàng)“Enable Code Compression”,使用它在一定情況下可以減少程序所占的空間。不過當(dāng)程序在“default”編譯優(yōu)化選擇的情況下所占的程序空間達(dá)到95%以上時,使用“Enable Code Compression”編譯就會出錯。所以筆者認(rèn)為,雖然ATmega128具有128KB的程序空間,但在使用過程中也應(yīng)當(dāng)考慮到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方面的問題。

　　應(yīng)用ICCAVR生成hex文件以后,下一步就是將hex文件燒錄到ATmega128中去。筆者選用的軟件是PonyProg2000。這是一款操作簡單但功能強(qiáng)大的燒錄軟件,它支持包括AVR、PIC在內(nèi)的多種單片機(jī)型。作者是通過PC機(jī)的并口以串行方式連接到ATmega128的JTAG接口的。在燒錄的整個過程當(dāng)中,最關(guān)鍵的問題是芯片晶振的選擇以及熔絲的配置。晶振的選擇較為簡單,只要注意使用外部晶振還是內(nèi)部晶振,并設(shè)置好相應(yīng)的選項(xiàng)就可以了。由于ATmega128具有IAP(應(yīng)用中編程)及用戶可以在應(yīng)用程序中對Flash塊、加密位等實(shí)現(xiàn)擦除和編程等操作功能,而熔絲位的設(shè)置正是實(shí)現(xiàn)IAP功能的必要條件,因此可以通過ATmega128的用戶手冊再根據(jù)自己需要的實(shí)際情況來進(jìn)行設(shè)置。正確的晶振和熔絲設(shè)置都是必不可少的,否則不能正確下載。這一步非常重要應(yīng)特別注意,以免走彎路。下面介紹使用晶振和熔絲的設(shè)置方法。

　　這里采用PonyProg2000中“configruation and security bits”菜單命令來進(jìn)行設(shè)置,其界面如圖1所示。

(1)晶振的設(shè)置方法

　　菜單中CKSEL0～CKSEL3是設(shè)置晶振的選項(xiàng)。ATmega128由于有內(nèi)部晶振,所以首先要確定是外部晶振還是內(nèi)部晶振。表1給出了內(nèi)、外部晶振的范圍。表2和表3給出了內(nèi)、外部晶振頻率的設(shè)置方法。

　　(2)熔絲位的設(shè)置方法

　　通過JTAG接口來實(shí)現(xiàn)對熔絲的設(shè)置,只要設(shè)置好如圖1所示的相應(yīng)位,就可以實(shí)現(xiàn)不同的功能。關(guān)于熔絲每一位的功能,首先需要說明的是,在對熔絲位進(jìn)行設(shè)置時,如果讀出該位為“0”,說明該位已被設(shè)置;該位為“1”則未被設(shè)置。ATmega128中一共有3個字節(jié)是有關(guān)熔絲的設(shè)置。其中第1個字節(jié)只用到了低2位,分別是WDTON(看門狗始終開)和M103C(ATmega103兼容模式);第2個字節(jié)的低4位是CLK0~CLK3,高4位分別是SUT0、SUT1(啟動時間選擇)、BODEN(低功耗檢測使能)、BODLEVEL(低功耗檢測觸發(fā)程度);第3個字節(jié)的每一位分別是:BOOTRST(復(fù)位向量選擇)、BOOTSZ0、BOOTSZ1(BOOT區(qū)大小選擇)、EESAVE(芯片擦除過程中E2PROM內(nèi)容保持)、CKOPT(選擇晶振操作)、SPIEN(串行下載程序使能,在PonyProg2000中沒有這一位是因?yàn)镻onyProg2000本身通過串行下載程序,故不能修改)、JTAGEN(JTAG使能)、OCDEN(OCD使能,OCD即ON CHIP DEBUG)。

　　ATmega128有6個位鎖位,其中BOOTLOCK12、BOOTLOCK11、BOOTLOCK02、BOOTLOCK01是關(guān)于BOOT區(qū)的4個位鎖位,而LOCK2和LOCK1則是熔絲位的位鎖位。可以通過設(shè)置熔絲位鎖位來選擇使用相應(yīng)的功能。所以在使用熔絲位功能以前一定要先設(shè)置相應(yīng)的“解鎖”,即將LOCK2和LOCK1都設(shè)置為“1”。

　　若用ICCAVR來開發(fā)編譯軟件,再通過PonyProg2000將程序直接下載到ATmega128芯片中去,可以即時地將程序思想反映到要實(shí)現(xiàn)的功能上來,便于即時地修改程序中的錯誤,大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)時間。

2?使用ATmega128芯片本身應(yīng)注意的問題

　　ATmega128和51系列單片機(jī)基本上是2種不同的開發(fā)方式,在筆者使用過程中,總結(jié)出了以下一些常見的但必須重視的問題。

　　(1)管? 腳

　　ATmega128具有豐富的管腳資源,一共有8個端口共53個I/O引腳,而且每一個I/O引腳都可以通過編程來設(shè)置輸入、輸出方式。ATmega128的每一個端口都有3個寄存器與之對應(yīng),現(xiàn)以PA口為例來說明管腳的設(shè)置。①方向寄存器DDRA。DDRA的每一位對應(yīng)于PA口的1個I/O管腳,相應(yīng)的位為1,則將該管腳設(shè)置為輸出引腳;為0則設(shè)置為輸入引腳。②是輸出寄存器PORTA。用來存放ATmega128輸出的數(shù)據(jù)。③輸入寄存器PINA,用來存放ATmega128輸入的數(shù)據(jù)。在對PA口進(jìn)行具體操作時,首先應(yīng)該設(shè)置好DDRA,然后根據(jù)DDRA來選用PORTA或者PINA(注意一定不要搞錯方向)。

此外,ATmega128自帶輸入上拉電阻功能,通過設(shè)置即可以實(shí)現(xiàn)其功能。例如將PA口設(shè)為輸入口并且加上拉電阻,可以如下設(shè)置:

　　DDRA=0x00;　　//將PA口設(shè)置為輸入端口

　　PORA=0xff;　　//將PA輸入口加上拉電阻

　　(2)位操作的使用方法

　　采用ICCAVR對ATmega128的位操作的使用方法比較麻煩,不像51系列那樣可以直接對某一個引腳進(jìn)行置0或置1,而是要通過如下的方法進(jìn)行位操作:

　　如要對PA端口的第1位置1,則用C語言必須按PORTA|=(1<

　　這樣就可以單獨(dú)對某一位操作而不影響其他位。位操作對其他寄存器也同樣適合,例如若要對某個口的幾位設(shè)為輸入,某幾位設(shè)為輸出,就可以通過上面的置1、置0方法來實(shí)現(xiàn)。

　　(3)中? 斷

　　ATmega128中斷資源豐富,一共有35個中斷源,在ICCAVR的iom128v.h頭文件中給出了這些中斷源對應(yīng)的中斷向量表。當(dāng)用到相應(yīng)的中斷時,首先應(yīng)設(shè)置好對應(yīng)的中斷向量。用ICCAVR設(shè)置ATmega128中斷的方法與Keil51設(shè)置中斷的方法截然不同,例如若需要將ATmega128的串口0設(shè)置為中斷接收,就必須在程序中做如下設(shè)置:

　　#pragma interrupt_handler uart0_rx_isr:iv_USART0_RXC

　　否則程序不能中斷接收,延長開發(fā)過程。

　　ATmega128作為一種功能強(qiáng)大的芯片,相信會在不同的領(lǐng)域發(fā)揮不同的作用,為此需要人們不斷地提高對ATmega128的認(rèn)識。而且ATmega128與AVR等其他單片機(jī)如ATmega8、ATmega103、AT90S8535系列有相同的開發(fā)方法,掌握了ATmega128就可以在開發(fā)其他AVR類型的單片機(jī)時應(yīng)用自如。

參考文獻(xiàn)

1? USA:Atmel Corporation.ATmega128(L)Datasheet,2001

2? 丁化成.AVR單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2002