電子工程師傳經(jīng)授道：AVR單片機(jī)經(jīng)典使用經(jīng)驗(yàn)

使用更好的器件只是為設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)好的系統(tǒng)創(chuàng)造了一個(gè)好的基礎(chǔ)和可能性,如果還采用和沿襲以前傳統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)思想和方法的話,是不能用好AVR的,甚至也不能真正的了解AVR的特點(diǎn)和長(zhǎng)處。
AVR具有上手入門快,開發(fā)方便簡(jiǎn)單的特點(diǎn),但要充分體會(huì)和發(fā)揮AVR的優(yōu)點(diǎn),還需要應(yīng)用工程師本身的硬軟件設(shè)計(jì)開發(fā)能力的不斷學(xué)習(xí)、實(shí)踐提高。

AVR與傳統(tǒng)類型的單片機(jī)相比,除了必須能實(shí)現(xiàn)原來的一些基本的功能,其在結(jié)構(gòu)體系、功能部件、性能和可靠性等多方面有很大的提高和改善。

功能越好的器件,需要具備更高技術(shù)和能力的人來使用和駕馭它。就象一部好的F1賽車,只有具備高超技術(shù)的駕駛員才能充分體會(huì)到車的特點(diǎn),并能最大限度的發(fā)揮出車的性能。

“外行看熱鬧,內(nèi)行看門道”,對(duì)于有一定基礎(chǔ)的嵌入式和單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)的工程師,不妨先簡(jiǎn)單嘗試一下AVR。
開發(fā)環(huán)境與工具：PC+下載線+實(shí)際的系統(tǒng)板

PC上的開發(fā)軟件：
AVR Studio（Free）匯編+匯編調(diào)試+高級(jí)語言調(diào)試+軟件仿真
ICC、CVAVR、BASCOM-AVR 高級(jí)語言程序開發(fā)+程序下載。其中一個(gè)購買正版全功能,作為主要的開發(fā)環(huán)境,其它使用DEMO版,作為輔助及參考。

AVR ISP下載線：
STK200 and STK200+ and STK300 ISP programmer。通過PC的打印機(jī)口,采用ISP技術(shù)將系統(tǒng)運(yùn)行代碼（HEX、BIN）和數(shù)據(jù)寫入AVR芯片的Flash和EEProm中,編程AVR的配置熔絲位和加密位。支持決大多數(shù)的AVR芯片、以及ATMEL的51兼容芯片89S8252、89S52等。在ICC、CVAVR、BASCOM-AVR、BASCOM-8051中都內(nèi)含對(duì)該下載線的支持程序。免費(fèi)專用的下載程序：SLISP、PonyProg2000等。

盡量不使用仿真器的建議：
在開發(fā)和調(diào)試系統(tǒng)程序時(shí),有許多人完全依賴于仿真器,一旦離開了仿真器時(shí)就感覺無從下手。其實(shí),由于AVR的Flash存貯器可方便的使用ISP技術(shù)在線的多次擦寫,因此建議盡量不使用（依賴）仿真器來開發(fā)和調(diào)試程序。

在實(shí)際開發(fā)過程中,程序的調(diào)試可以從下幾方面入手：
現(xiàn)在的高級(jí)語言編譯器（如C編譯器）可以產(chǎn)生效率很高的機(jī)器代碼,因此建議大家盡量使用高級(jí)語言編寫系統(tǒng)程序。
使用Atmel公司提供AVR Studio軟件模擬仿真環(huán)境,以及其他的軟件模擬仿真環(huán)境（BASCOM-AVR）。
盡可能使用高級(jí)語言編寫系統(tǒng)程序。
利用目標(biāo)板上的LED、LCD或異步串口。見附件“沒有仿真器的情況下如何開發(fā)AVR”的介紹。

提高硬件設(shè)計(jì)的合理性：
盡量合理和充分使用AVR片內(nèi)的資源,如EEPROM、A/D、內(nèi)部的RC振蕩源。
盡量采用串口通信連接的外圍器件,大容量的存儲(chǔ)器、LCD控制器、打印機(jī)、不用8279（LED數(shù)碼管+鍵盤）而使用7279等。除了必須外擴(kuò)RAM（如語音和圖象）,一般不提倡使用并行擴(kuò)展（573+譯碼電路）,減小硬件和連線以及PCB板上錯(cuò)誤的出現(xiàn)概率,同時(shí)也提高了系統(tǒng)的可靠性。并行擴(kuò)展向串行擴(kuò)展是發(fā)展趨勢(shì)。現(xiàn)在有大量的新的外圍器件采用高速的串行接口,如A/D、D/A、RTC、存儲(chǔ)器等。
盡量使用以及在目標(biāo)板上預(yù)留ISP程序下載接口,或使用IAP技術(shù)。
優(yōu)點(diǎn)：ISP接口與I/O的兼容性比JETAG好。
缺點(diǎn)：不能在線調(diào)試

注意和掌握AVR配置熔絲位的使用：
. 系統(tǒng)晶振的選擇
.BOD的使用
.啟動(dòng)延時(shí).Mega8的PC6引腳,RESET與通用I/O的轉(zhuǎn)換
.JETAG接口和通用I/O的轉(zhuǎn)換
.啟動(dòng)向量的轉(zhuǎn)換,BOOT-LOAT區(qū)大小的設(shè)置

提高硬件可靠性的考慮:
.盡量采用片內(nèi)晶體、采用低頻率的系統(tǒng)時(shí)鐘、振蕩電路的輸出小幅度。
.選擇合適的啟動(dòng)延時(shí)參數(shù)
.使用BOD、片內(nèi)的看門狗
.合理休眠方式的使用
.不用I/O口設(shè)定輸出低電平
.利用內(nèi)部的EEProm和寄存器MCUCSR判斷復(fù)位標(biāo)志,進(jìn)行不同的處理

提高軟件設(shè)計(jì)的能力和水平:
盡量合理采用高級(jí)語言設(shè)計(jì)編寫系統(tǒng)程序。有許多人認(rèn)為使用匯編寫程序比較精簡(jiǎn),而用高級(jí)語言開發(fā)會(huì)浪費(fèi)很多程序空間,其實(shí)這是一種誤解。對(duì)一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的,而且非常熟悉某種單片機(jī)的匯編高手而言,他是能寫出比高級(jí)語言更精簡(jiǎn)的代碼。而對(duì)匯編不是很熟的開發(fā)者、或突然更換了一種新的單片機(jī),您能保證一定可以寫出比高級(jí)語言更簡(jiǎn)練的代碼嗎？

高級(jí)語言的優(yōu)越性是匯編語言不能比的：
.程序移植方便
.程序的堅(jiān)固性
.數(shù)學(xué)運(yùn)算的支持
.條理清晰的結(jié)構(gòu)化編程,程序的可維護(hù)性。
.可協(xié)同開發(fā)軟件,開發(fā)周期短。
現(xiàn)在的高級(jí)語言編譯器（如C編譯器）已可以產(chǎn)生代碼效率很高的機(jī)器代碼,因此建議大家能用高級(jí)語言實(shí)現(xiàn)的程序盡可能使用高級(jí)語言寫,在對(duì)速度和時(shí)序要求特嚴(yán)的場(chǎng)合可以采用混合編程的方法來解決。

更深入和全面的掌握各種串行通信協(xié)議的規(guī)程:
嵌入式系統(tǒng)目前以大量的使用串行接口外圍芯片和各種通信接口,如RS232、兩線（I2C）、三線（SPI）、單總線、USB、CAN、TCP/IP等。開發(fā)人員和程序員應(yīng)了解低層協(xié)議,熟悉硬件怎樣和如何實(shí)現(xiàn)低層協(xié)議,如何定義可靠的上層應(yīng)用協(xié)議,以及低層協(xié)議驅(qū)動(dòng)同上層應(yīng)用協(xié)議之間的接口設(shè)計(jì)（中間層軟件的實(shí)現(xiàn)）等。
硬件工程師的軟件編寫能力要提高,采用標(biāo)準(zhǔn)程序編寫方式、完善的軟件整體框架的設(shè)計(jì)、良好的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和程序結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。（計(jì)算機(jī)軟件專業(yè)的程序設(shè)計(jì)員對(duì)硬件不熟悉、大部分是在操作系統(tǒng)支持下編寫軟件,對(duì)低層接口和協(xié)議的驅(qū)動(dòng)層以及接口也不了解,往往也編寫不出好的單片機(jī)系統(tǒng)程序。）
通信接口的編寫應(yīng)盡量
.采用中斷+緩沖區(qū),
.分層+結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì),
.盡量不使用輪循方式(降低AVR的效率)。參見URAT（RS232）驅(qū)動(dòng)+中間層軟件示例。

采用好的系統(tǒng)設(shè)計(jì)模式：
盡量不使用傳統(tǒng)的前后臺(tái)（中斷）系統(tǒng)設(shè)計(jì)模式,任務(wù)之間相互影響和干擾,無法定時(shí)操作。如設(shè)計(jì)一個(gè)采用動(dòng)態(tài)掃描方式驅(qū)動(dòng)的8位LED數(shù)碼管顯示+動(dòng)態(tài)掃描的4*4矩陣鍵盤。
采用TimeTip+狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)+CASE結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)多任務(wù)并行運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法?；驎r(shí)間觸發(fā)式的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。（見：《時(shí)間觸發(fā)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)模式》中國電力出版社 2004.6）
移植小型嵌入式操作系統(tǒng),如UCOS-II。在網(wǎng)上有些免費(fèi)的基于AVR的簡(jiǎn)潔的操作系統(tǒng)。

提高C語言的編程能力和軟件應(yīng)用水平：
熟悉和用好C中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體、指針應(yīng)用、內(nèi)存管理等較高級(jí)的應(yīng)用。
熟悉和了解你所使用的高級(jí)語言開發(fā)平臺(tái)的特點(diǎn)。這些平臺(tái)是針對(duì)某一類處理器的,包含許多特殊的不兼容的語句和擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)、語句、函數(shù)等。盡管使用方便,但由于其不透明性和時(shí)間的不確定性,因此要合理使用。如C中的getchar()、putchar()等。AVR有多個(gè)開發(fā)平臺(tái),每個(gè)都有其特點(diǎn)和不足。能夠綜合使用這些平臺(tái),相互互補(bǔ),能夠提高開發(fā)效率。如通過ICC、CVAVR的程序生成器CodeWizard學(xué)習(xí)和了解AVR的硬件設(shè)置,簡(jiǎn)化計(jì)算,快速的生成程序基本模塊,如“一個(gè)URAT（RS232）低層驅(qū)動(dòng)+中間層軟件示例”。