ATmega128在開發應用中應注意的問題

ATmega128是AVR系列中功能最強的單片機,具有如下主要特點:

　　(1)先進的RISC精簡指令集結構:ATmega128具有133條功能強大的指令,大部分指令在單時鐘周期內執行;有32b×8個通用工作寄存器;片內帶有執行時間為2個時鐘周期的硬件乘法器。

　　(2)非易失性程序和數據存儲器:ATmega128具有128KB在線可重復編程Flash、4KB的E2PROM以及4KB內部SRAM。在其BOOT區具有獨立的加密位,可通過片內的引導程序實現在系統編程,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)增強的硬件功能:ATmega128具有2個帶預分頻器和一種比較模式的8位定時/計數器;2個擴充的帶預分頻器和比較模式、捕獲模式的16位定時/計數器;獨立振蕩器的實時計數器;2通道8位PWM;6通道2~16位精度PWM;8通道10位A/D轉換;輸出比較調節器;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;帶內部振蕩器的可編程看門狗定時器等。

　　(5)獨有的特點:上電復位和可編程的低電壓檢測;內部可校準的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,總結出在使用ATmega128過程中應注意的問題,希望能給即將使用該單片機的讀者提供有用的信息。

1?ATmega128的開發工具及其應注意問題

　　隨著用戶對編譯器的要求越來越高,開發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單片機發展到用C語言開發。筆者在對開發ATmega128編譯器的選擇時,考慮到時間上的局限以及開發的方便性等問題,最終選擇了ImageCraft的ICCAVR工具。

　　ICCAVR是一種使用符合ANSI標準的C語言開發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當注意的問題作一介紹。

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

????(2)在經過一段時間的使用后,發現該編譯器對C語言的編譯效率不是很理想。但設置當中有一編譯優化選擇項“Enable Code Compression”,使用它在一定情況下可以減少程序所占的空間。不過當程序在“default”編譯優化選擇的情況下所占的程序空間達到95%以上時,使用“Enable Code Compression”編譯就會出錯。所以筆者認為,雖然ATmega128具有128KB的程序空間,但在使用過程中也應當考慮到數據結構方面的問題。

　　應用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大的燒錄軟件,它支持包括AVR、PIC在內的多種單片機型。作者是通過PC機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中,最關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部晶振,并設置好相應的選項就可以了。由于ATmega128具有IAP(應用中編程)及用戶可以在應用程序中對Flash塊、加密位等實現擦除和編程等操作功能,而熔絲位的設置正是實現IAP功能的必要條件,因此可以通過ATmega128的用戶手冊再根據自己需要的實際情況來進行設置。正確的晶振和熔絲設置都是必不可少的,否則不能正確下載。這一步非常重要應特別注意,以免走彎路。下面介紹使用晶振和熔絲的設置方法。

　　這里采用PonyProg2000中“configruation and security bits”菜單命令來進行設置,其界面如圖1所示。

(1)晶振的設置方法

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

　　(2)熔絲位的設置方法

　　通過JTAG接口來實現對熔絲的設置,只要設置好如圖1所示的相應位,就可以實現不同的功能。關于熔絲每一位的功能,首先需要說明的是,在對熔絲位進行設置時,如果讀出該位為“0”,說明該位已被設置;該位為“1”則未被設置。ATmega128中一共有3個字節是有關熔絲的設置。其中第1個字節只用到了低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(低功耗檢測觸發程度);第3個字節的每一位分別是:BOOTRST(復位向量選擇)、BOOTSZ0、BOOTSZ1(BOOT區大小選擇)、EESAVE(芯片擦除過程中E2PROM內容保持)、CKOPT(選擇晶振操作)、SPIEN(串行下載程序使能,在PonyProg2000中沒有這一位是因為PonyProg2000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是關于BOOT區的4個位鎖位,而LOCK2和LOCK1則是熔絲位的位鎖位。可以通過設置熔絲位鎖位來選擇使用相應的功能。所以在使用熔絲位功能以前一定要先設置相應的“解鎖”,即將LOCK2和LOCK1都設置為“1”。

　　若用ICCAVR來開發編譯軟件,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現的功能上來,便于即時地修改程序中的錯誤,大大縮短產品的開發時間。

2?使用ATmega128芯片本身應注意的問題

　　ATmega128和51系列單片機基本上是2種不同的開發方式,在筆者使用過程中,總結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,現以PA口為例來說明管腳的設置。①方向寄存器DDRA。DDRA的每一位對應于PA口的1個I/O管腳,相應的位為1,則將該管腳設置為輸出引腳;為0則設置為輸入引腳。②是輸出寄存器PORTA。用來存放ATmega128輸出的數據。③輸入寄存器PINA,用來存放ATmega128輸入的數據。在對PA口進行具體操作時,首先應該設置好DDRA,然后根據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,通過設置即可以實現其功能。例如將PA口設為輸入口并且加上拉電阻,可以如下設置:

　　DDRA=0x00;　　//將PA口設置為輸入端口

　　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行置0或置1,而是要通過如下的方法進行位操作:

　　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為輸入,某幾位設為輸出,就可以通過上面的置1、置0方法來實現。

　　(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的中斷向量表。當用到相應的中斷時,首先應設置好對應的中斷向量。用ICCAVR設置ATmega128中斷的方法與Keil51設置中斷的方法截然不同,例如若需要將ATmega128的串口0設置為中斷接收,就必須在程序中做如下設置:

　　#pragma interrupt_handler uart0_rx_isr:iv_USART0_RXC

　　否則程序不能中斷接收,延長開發過程。

　　ATmega128作為一種功能強大的芯片,相信會在不同的領域發揮不同的作用,為此需要人們不斷地提高對ATmega128的認識。而且ATmega128與AVR等其他單片機如ATmega8、ATmega103、AT90S8535系列有相同的開發方法,掌握了ATmega128就可以在開發其他AVR類型的單片機時應用自如。

參考文獻

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

2? 丁化成.AVR單片機應用設計.北京:北京航空航天大學出版社,2002