ATmega16最小系统板硬件电路设计与分析.docx
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ATmega16最小系统板硬件电路设计与分析
ATmega16最小系统板硬件电路设计与分析
1、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。
2、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。
3、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。
4、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。
5、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。
6、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－ADJ1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－ADJ1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）。
7、总设计图
总设计图
Mega16功能小板正面图：
晶振可以使用螺丝固定的方法更换，方便做实验，并达到一定的可靠性。
VCC，GND均有一测试针。
Mega16功能小板底部图：
为了方便实验，我们将这块小板的输出脚，按直插ATmega16的管脚排列定义。
为防止不小心掉到地上导致插针折断，加装了一只40脚的圆孔IC座做保护。
如果不小心折断，可以方便地更换圆孔IC座。
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