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AVR单片机经典使用经验

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【经验】AVR单片机经典使用经验

AVR具有上手入门快,开发方便简单的特点,但要充分体会和发挥AVR的优点,还需要应用工程师本身的硬软件设计开发能力的不断学习、实践提高。

AVR与传统类型的单片机相比,除了必须能实现原来的一些基本的功能,其在结构体系、功能部件、性能和可靠性等多方面有很大的提高和改善。

640.jpg

功能越好的器件,需要具备更高技术和能力的人来使用和驾驭它。就象一部好的F1赛车,只有具备高超技术的驾驶员才能充分体会到车的特点,并能最大限度的发挥出车的性能。


“外行看热闹,内行看门道”,对于有一定基础的嵌入式和单片机系统设计开发的工程师,不妨先简单尝试一下AVR。

开发环境与工具:PC+下载线+实际的系统板


PC上的开发软件:

AVR Studio(Free)汇编+汇编调试+高级语言调试+软件仿真

ICC、CVAVR、BASCOM-AVR 高级语言程序开发+程序下载。其中一个购买正版全功能,作为主要的开发环境,其它使用DEMO版,作为辅助及参考。


AVR ISP下载线:

STK200 and STK200+ and STK300 ISP programmer。通过PC的打印机口,采用ISP技术将系统运行代码(HEX、BIN)和数据写入AVR芯片的Flash和EEProm中,编程AVR的配置熔丝位和加密位。支持决大多数的AVR芯片、以及ATMEL的51兼容芯片89S8252、89S52等。在ICC、CVAVR、BASCOM-AVR、BASCOM-8051中都内含对该下载线的支持程序。免费专用的下载程序:SLISP、PonyProg2000等。


尽量不使用仿真器的建议:

在开发和调试系统程序时,有许多人完全依赖于仿真器,一旦离开了仿真器时就感觉无从下手。其实,由于AVR的Flash存贮器可方便的使用ISP技术在线的多次擦写,因此建议尽量不使用(依赖)仿真器来开发和调试程序。


在实际开发过程中,程序的调试可以从下几方面入手:

现在的高级语言编译器(如C编译器)可以产生效率很高的机器代码,因此建议大家尽量使用高级语言编写系统程序。

使用Atmel公司提供AVR Studio软件模拟仿真环境,以及其他的软件模拟仿真环境(BASCOM-AVR)。

尽可能使用高级语言编写系统程序。

利用目标板上的LED、LCD或异步串口。见附件“没有仿真器的情况下如何开发AVR”的介绍。


提高硬件设计的合理性:

尽量合理和充分使用AVR片内的资源,如EEPROM、A/D、内部的RC振荡源。

尽量采用串口通信连接的外围器件,大容量的存储器、LCD控制器、打印机、不用8279(LED数码管+键盘)而使用7279等。除了必须外扩RAM(如语音和图象),一般不提倡使用并行扩展(573+译码电路),减小硬件和连线以及PCB板上错误的出现概率,同时也提高了系统的可靠性。并行扩展向串行扩展是发展趋势。现在有大量的新的外围器件采用高速的串行接口,如A/D、D/A、RTC、存储器等。

尽量使用以及在目标板上预留ISP程序下载接口,或使用IAP技术。

优点:ISP接口与I/O的兼容性比JETAG好。

缺点:不能在线调试


注意和掌握AVR配置熔丝位的使用:

. 系统晶振的选择

.BOD的使用

.启动延时.Mega8的PC6引脚,RESET与通用I/O的转换

.JETAG接口和通用I/O的转换

.启动向量的转换,BOOT-LOAT区大小的设置


提高硬件可靠性的考虑:

.尽量采用片内晶体、采用低频率的系统时钟、振荡电路的输出小幅度。

.选择合适的启动延时参数

.使用BOD、片内的看门狗

.合理休眠方式的使用

.不用I/O口设定输出低电平

.利用内部的EEProm和寄存器MCUCSR判断复位标志,进行不同的处理


提高软件设计的能力和水平:

尽量合理采用高级语言设计编写系统程序。有许多人认为使用汇编写程序比较精简,而用高级语言开发会浪费很多程序空间,其实这是一种误解。对一个有经验的,而且非常熟悉某种单片机的汇编高手而言,他是能写出比高级语言更精简的代码。而对汇编不是很熟的开发者、或突然更换了一种新的单片机,您能保证一定可以写出比高级语言更简练的代码吗?


高级语言的优越性是汇编语言不能比的:

.程序移植方便

.程序的坚固性

.数学运算的支持

.条理清晰的结构化编程,程序的可维护性。

.可协同开发软件,开发周期短。

现在的高级语言编译器(如C编译器)已可以产生代码效率很高的机器代码,因此建议大家能用高级语言实现的程序尽可能使用高级语言写,在对速度和时序要求特严的场合可以采用混合编程的方法来解决。


更深入和全面的掌握各种串行通信协议的规程:

嵌入式系统目前以大量的使用串行接口外围芯片和各种通信接口,如RS232、两线(I2C)、三线(SPI)、单总线、USB、CAN、TCP/IP等。开发人员和程序员应了解低层协议,熟悉硬件怎样和如何实现低层协议,如何定义可靠的上层应用协议,以及低层协议驱动同上层应用协议之间的接口设计(中间层软件的实现)等。

硬件工程师的软件编写能力要提高,采用标准程序编写方式、完善的软件整体框架的设计、良好的数据结构和程序结构系统。(计算机软件专业的程序设计员对硬件不熟悉、大部分是在操作系统支持下编写软件,对低层接口和协议的驱动层以及接口也不了解,往往也编写不出好的单片机系统程序。)

通信接口的编写应尽量

.采用中断+缓冲区,

.分层+结构化设计,

.尽量不使用轮循方式(降低AVR的效率)。参见URAT(RS232)驱动+中间层软件示例。


采用好的系统设计模式:

尽量不使用传统的前后台(中断)系统设计模式,任务之间相互影响和干扰,无法定时操作。如设计一个采用动态扫描方式驱动的8位LED数码管显示+动态扫描的4*4矩阵键盘。

采用TimeTip+状态机设计+CASE结构,实现多任务并行运行系统设计方法。或时间触发式的系统设计。(见:《时间触发嵌入式系统设计模式》中国电力出版社 2004.6)

移植小型嵌入式操作系统,如UCOS-II。在网上有些免费的基于AVR的简洁的操作系统。


提高C语言的编程能力和软件应用水平:

熟悉和用好C中的数据结构体、指针应用、内存管理等较高级的应用。

熟悉和了解你所使用的高级语言开发平台的特点。这些平台是针对某一类处理器的,包含许多特殊的不兼容的语句和扩展的结构、语句、函数等。尽管使用方便,但由于其不透明性和时间的不确定性,因此要合理使用。如C中的getchar()、putchar()等。AVR有多个开发平台,每个都有其特点和不足。能够综合使用这些平台,相互互补,能够提高开发效率。如通过ICC、CVAVR的程序生成器CodeWizard学习和了解AVR的硬件设置,简化计算,快速的生成程序基本模块,如“一个URAT(RS232)低层驱动+中间层软件示例”。

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