4.4　ATmega328P微處理器

每個Arduino（開放硬件）電路，包括Femtoduino在內(nèi)，都是以Atmel微控制器作為系統(tǒng)核心的。微控制器類似于微處理器，除了具有一個處理器核，微控制器還有自己的RAM、ROM和I/O外圍電路，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。這樣就使微控制器電路比微處理器電路更加易于設(shè)計(jì)和制造。

Ateml是微控制器領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)廠商，ATmega328p是Atmel的8位微控制器系列中功能最強(qiáng)大的一款。下面是其部分功能的介紹：

·32KB flash RAM、2KB SRAM和1KB EEPROM

·20MHz CPU

·8位模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）通道

·共32個引腳，其中23個I/O引腳

使用Atmel微控制器的一個重要優(yōu)點(diǎn)是，能夠獲得免費(fèi)的軟件工具。Atmel免費(fèi)提供Atmel Studio，下載網(wǎng)址：http://www.atmel.com/tools/atmelstudio.aspx。

4.4.1　ATmega328P的引腳

面對ATmega328P的32個引腳名稱，處理起來可能令人迷惑。首先，23個I/O引腳可以分成三個端口：

·B端口——包括8個引腳，PB0~PB7。

·C端口——包括7個引腳，PC0~PC6。

·D端口——包括8個引腳，PD0~PD7。

器件的大部分引腳具有多種用途，對于每種用途，每個引腳會使用不同的名稱。例如，依據(jù)端口B的配置方式，引腳PB2有三個不同的名字：

·SS——配置為SPI（Serial Peripheral Interface，串行外設(shè)接口）總線主從選擇

·OC1B——配置為對B輸出進(jìn)行匹配比較的計(jì)時器/計(jì)數(shù)器1輸出

·PCINT2——配置為引腳中斷請求2

幸運(yùn)的是，讀者不必深入理解這些角色，甚至不必探究如何配置這些端口——Arduino框架為大家處理了這些細(xì)節(jié)。但是讀者應(yīng)當(dāng)理解，這個原理圖中使用的引腳名稱可能會不同于其他ATmega328P原理圖中的引腳名稱。

表4-2列出微控制器的每個引腳。每個I/O都用它的端口、位置和圓括號里的用途來標(biāo)識。例如，端口B的第五個引腳命名為PB4，它的用途是Master In/Slave Out（主入/從出），因此在表中它的設(shè)計(jì)標(biāo)號是PB4（MISO）。

表4-2　ATmega328p的引腳

這些引腳名稱是基于Atmel的命名習(xí)慣。Arduino框架為微控制器的引腳重新賦予了自己的名稱。在本單元的原理圖中，ATmega328P的引腳使用Atmel的名稱，但是連接引腳的導(dǎo)線將使用Arduino給出的名稱。

用一個例子來說明這個問題。標(biāo)有PC6（RESET）的引腳將與信號名稱為RESET的導(dǎo)線相連，這個連接ATmega328p的信號，在設(shè)計(jì)中用來對電路進(jìn)行復(fù)位。

4.4.2　繪制電路原理圖——ATmega328p

在Femtoduino電路中，大多數(shù)微控制器的引腳連接到排座上，這樣Femtoduino電路就能插進(jìn)面包板中。少數(shù)引腳與復(fù)位電路、串行外設(shè)接口（SPI）、電源和地相連。圖4-7所示為包括ATmega328p的子電路。

下面講解如何在EAGLE中設(shè)計(jì)這個子電路。從器件的左上角開始，按逆時針方向講解。

1）在EAGLE中，打開前面單元中包括子電路的原理圖（*.sch）。激活A(yù)dd工具，打開eagle-book元件庫。

2）選擇ATmega328p，將其放在電壓調(diào)整子電路的右邊，周圍留下足夠的空間。

3）使用Add工具，將下列元件加入設(shè)計(jì)：一個VCC、四個GND、一個LED_0805（LED2）、一個RES_0603（R3）、一個CAP_0603（C5）和一個CSTCE（Y1）。

圖4-7　ATmega328p子電路

4）從RESET引腳畫出一條導(dǎo)線，將其命名為RESET信號，用于微控制器與更早提到的復(fù)位開關(guān)的連接。為這個信號創(chuàng)建一個標(biāo)簽，并放在信號左側(cè)。

5）移動Y1和一個GND到PB6引腳的左側(cè)。連接Y1的引腳1到PB6（XTAL），連接Y1的引腳3到PB7（XTAL2）。連接Y1的引腳2到GND。

6）移動C5和一個GND到AREF引腳的左側(cè)。旋轉(zhuǎn)C5使之水平放置。畫兩條導(dǎo)線：一條從AREF到C5的右側(cè)引腳，另一條從C5的左側(cè)引腳到GND。把連接AREF到C5的導(dǎo)線指定為AREF信號，并為這個信號創(chuàng)建一個標(biāo)簽。

7）從引腳PC0~PC5、ADC6和ADC7畫出導(dǎo)線，并給導(dǎo)線分別賦信號名A0、A1、A2、A3、A4、A5、A6和A7。對其中每一個信號都分別創(chuàng)建一個標(biāo)簽并移動到導(dǎo)線左側(cè)。

8）移動一個GND到微控制器底部的中間位置，與微控制器的GND1、GND2和GND3引腳相連。

9）移動R3、LED2和GND到微控制器的右下方，旋轉(zhuǎn)R3使之垂直放置。

10）繪制三條導(dǎo)線：一條從PB5（SCK）到R3的上側(cè)引腳，一條從R3的下側(cè)引腳到LED2的上側(cè)引腳，還有一條導(dǎo)線從LED2的下側(cè)引腳到GND。其中第一條導(dǎo)線指定為信號D13/SCK。

11）從引腳PB0~PB4出發(fā)繪制導(dǎo)線，并分別指定為信號D8、D9、D10、D11/MOSI和D12/MISO。為每個信號創(chuàng)建標(biāo)簽，并將各標(biāo)簽移動到導(dǎo)線右側(cè)。

12）從引腳PD0~PD7出發(fā)繪制導(dǎo)線，并分別指定為信號D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6和D7。為每個信號創(chuàng)建標(biāo)簽，并將各標(biāo)簽移動到導(dǎo)線右側(cè)。

13）移動VCC到微控制器頂部的中間位置。連接VCC到微控制器的AVCC、VCC1和VCC2引腳。

14）為電路元件指定如下數(shù)值和名稱：Y1設(shè)為16MHz，C5設(shè)為0.1μF，R3設(shè)為330，LED2設(shè)為BLUE。使用Smash工具重新整理這些名稱和數(shù)值。