AT90USBKey硬件使用指南：開啟AVR開發(fā)新征程

引言

在電子設(shè)計的領(lǐng)域中，快速開發(fā)和原型驗證是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。AVR? AT90USBKey開發(fā)套件為設(shè)計師提供了一個便捷的平臺，能夠讓他們迅速開始在AVR?上進行代碼開發(fā)，并對基于AT90USB微控制器家族的新設(shè)計進行原型制作和測試。今天，我們就來深入了解一下這款A(yù)T90USBKey開發(fā)板。

文件下載：AT90USBKEY2.doc

一、AT90USBKey概述

1.1 產(chǎn)品定位

AT90USBKey是專門為AT90USB AVR微控制器設(shè)計的開發(fā)板。它的設(shè)計初衷是讓用戶能夠通過演示軟件輕松評估該產(chǎn)品。這塊獨立的開發(fā)板擁有眾多板載資源，如USB接口、操縱桿、數(shù)據(jù)閃存和溫度傳感器等，極大地增強了其演示能力。

1.2 主要特性

• 軟件接口：具備AT90USB QFN64 AVR Studio?軟件接口，支持USB設(shè)備固件升級（DFU引導加載程序）。
• 電源供應(yīng)：由“VCC - ON” LED標記電源狀態(tài)，可提供3.3V穩(wěn)壓電源。電源來源有兩種，既可以通過外部電池連接器供電（適用于減少主機或OTG操作），也可以從USB接口獲取電源（USB設(shè)備總線供電應(yīng)用）。
• 調(diào)試接口：擁有JTAG接口（連接器未安裝），可用于片上ISP和使用JTAG ICE進行片上調(diào)試。
• 串行接口：配備1個USB全/低速設(shè)備/主機/OTG接口。
• 板載資源：包含4 + 1路操縱桿、2個雙色LED、溫度傳感器、串行數(shù)據(jù)閃存存儲器，并且所有微控制器I/O端口可通過2x8引腳頭（未安裝）訪問。
• 復位與啟動：設(shè)有板載RESET按鈕和HWB按鈕，HWB按鈕可在復位時強制執(zhí)行引導加載程序部分。
• 系統(tǒng)時鐘：采用8 MHz晶體作為系統(tǒng)時鐘。

二、AT90USBKey的使用

2.1 電源供應(yīng)

2.1.1 電源來源

AT90USBKey的板載電源電路支持兩種電源配置：

• USB供電：當作為USB設(shè)備總線供電應(yīng)用時，可直接通過USB VBUS電源線獲取電源。
• 電池供電：當用作USB主機時，需使用外部電池連接器。此模式下，AT90USBKey可通過其VBUS引腳提供5V電源。電池輸入電壓范圍為8 - 15V DC（最小100mA），需要一個母電池夾。

2.1.2 VBUS生成

在AT90USB微控制器處于USB主機模式時，AT90USBKey需通過其USB迷你AB連接器的VBUS引腳提供5V電源。通過一對晶體管，AT90USB的UVCON引腳可控制VBUS的生成。此時，AT90USBKey由外部電池電源供電。

2.1.3 “POWER - ON” LED

無論電源來源如何，只要向AVRUSBKey供電，“POWER - ON” LED（“D1”）就會一直亮起。

2.2 復位操作

盡管AT90USB本身具有片上RESET電路，但AVRUSBKey為其提供了來自兩種不同來源的RESET信號：

• 上電復位：板載RC網(wǎng)絡(luò)作為上電復位電路。
• 復位按鈕：按下AVRUSBKey上的RESET按鈕，可對AT90USB進行熱復位。
• 主時鐘晶體：要使用AT90USB的USB接口，時鐘源必須是晶體或外部時鐘振蕩器（內(nèi)部8MHz RC振蕩器不能用于USB接口操作）。只有2MHz、4MHz、6MHz、8MHz、12MHz、16MHz這些晶體頻率才能保證USB正常工作，AT90USBKey默認配備8MHz晶體振蕩器。

2.3 板載資源

2.3.1 USB接口

AT90USBKey配備標準USB迷你A - B插座，該插座既可以連接迷你A插頭，也可以連接迷你B插頭。連接迷你B插頭時，AT90USB作為“USB設(shè)備”運行；連接迷你A插頭時，AT90USB作為“USB主機”運行。

2.3.2 操縱桿

4 + 1路操縱桿為USB應(yīng)用提供了便捷的用戶界面實現(xiàn)方式，可模擬鼠標移動、鍵盤輸入等操作。按下按鈕會使相應(yīng)信號拉低，釋放按鈕則信號處于高阻狀態(tài)。用戶需在微控制器輸入引腳上啟用內(nèi)部上拉電阻，無需在按鈕上使用外部上拉電阻。

2.3.3 LED指示燈

AT90USBKey包含2個雙色LED（綠色/紅色），它們連接到AT90USB的“Port D”高4位（PORTD[4..7]）。要點亮LED，相應(yīng)端口引腳需驅(qū)動高電平；要熄滅LED，相應(yīng)端口引腳需驅(qū)動低電平。

2.3.4 溫度傳感器

溫度傳感器采用熱敏電阻（R29），具有負溫度系數(shù)（NTC），即溫度降低時電阻增大。熱敏電阻是所有無源溫度測量傳感器中靈敏度最高的，但溫度/電阻曲線是非線性的?？赏ㄟ^A/D轉(zhuǎn)換器（連接到通道0）測量NTC上的電壓，根據(jù)公式[R{T}=left(R{H} cdot V{A D C 0}right) /left(V C C-V{A D C 0}right)]計算熱敏電阻值，再根據(jù)公式[T=frac{beta}{left(ln frac{R{T}}{R{0}}right)+frac{beta}{T_{0}}}]計算溫度。此外，還提供了熱敏電阻值與溫度的對照表。

2.3.5 數(shù)據(jù)閃存存儲器

為了進行大容量存儲類演示，AT90USBKey提供了兩個片上串行閃存存儲器（AT45DB642D），它們連接到AT90USB的串行端口接口（SPI）。數(shù)據(jù)閃存芯片選擇信號連接到AT90USB的PortE位0和位1。

2.4 系統(tǒng)內(nèi)編程

2.4.1 USB引導加載程序編程（DFU）

AT90USB默認在片上引導部分預(yù)編程了USB引導加載程序，這是通過USB接口直接對設(shè)備進行重新編程的最簡單、最快的方法。Atmel網(wǎng)站提供的“Flip” PC端應(yīng)用程序，為通過USB總線重新編程應(yīng)用提供了靈活且用戶友好的界面。要強制執(zhí)行引導加載程序，需同時按下“RST”和“HWB”按鈕，先釋放“RST”按鈕，再釋放“HWB”按鈕。注意，HWB引腳僅在HWBE熔絲設(shè)置（默認工廠配置）時才有效。

2.4.2 AVR JTAGICEmKII編程

可使用特定的JTAG鏈接對AT90USB進行編程。若要使用AVR JTAGICEmkII與AT90USBKey配合使用，需將可選的HE10連接器焊接到J9焊盤上，然后將JTAG探頭連接到AT90USBKey。當JTAGEN熔絲未編程時，四個TAP引腳為普通端口引腳，TAP控制器處于復位狀態(tài)；編程后，輸入TAP信號內(nèi)部上拉，JTAG可用于邊界掃描和編程。AT90USB設(shè)備出廠時此熔絲已編程。

2.5 調(diào)試

使用AVR JTAG ICE mkII可對AT90USBKey進行調(diào)試。連接JTAG ICE mkII后，調(diào)試相關(guān)信息可參考AVR Studio?幫助文檔。由于AT90USB部件出廠時設(shè)置了較高的安全級別，使用JTAG ICE MK II調(diào)試時，會先對部件進行芯片擦除操作，片上閃存引導加載程序會被擦除。調(diào)試會話結(jié)束后，可使用ATMEL網(wǎng)站提供的引導加載程序十六進制文件恢復。

三、故障排除

在使用AT90USBKey過程中，可能會遇到一些問題，以下是常見問題及解決方法：

• “VCC - ON” LED不亮：可能是沒有電源供應(yīng)，需驗證電源來源（檢查電池電量或USB連接）。
• AVR JTAG ICE探頭未連接：將JTAG ICE 10 - PIN插頭連接到正確的AVRUSBKey JTAG插頭。
• AT90USB無法編程：可能是內(nèi)存鎖定位已編程，需在使用JTAG ICE編程前擦除內(nèi)存；也可能是熔絲位編程錯誤，需使用JTAG ICE檢查熔絲位；還可以在復位時通過HWB強制執(zhí)行引導加載程序。
• USB引導加載程序無法連接：JTAG調(diào)試會話后引導加載程序被擦除，需使用JTAG重新編程USB引導加載程序。
• 串行/USB電纜未連接或電源關(guān)閉：連接串行電纜到RS232（STK500 - AVR ISP）或USB（JATG ICE MKII, AVR ISPmkII），并檢查電源連接。
• AVR Studio未檢測到AVR JTAG ICE：禁用其他使用PC COM端口的程序，更改PC COM端口，在AVR Studio文件菜單中禁用COM端口自動檢測，強制COM端口為正確端口。
• AVR Studio未檢測到COM端口：可參考上述解決方法。

四、技術(shù)規(guī)格

• 系統(tǒng)單元：物理尺寸為L = 90 x W = 30 x H = 8 mm，重量為12 g。
• 工作條件：內(nèi)部電壓供應(yīng)為3.3V，外部電壓供應(yīng)范圍為8V - 15V。
• 連接接口：包括USB迷你AB插座、JTAG連接器（HE10連接器焊盤）、所有端口連接器（J1, J2, J4, J5, J6, J7）和電池連接器（MTA直角），USB通信支持全速/低速。

五、技術(shù)支持

若需要技術(shù)支持，請聯(lián)系avr@atmel.com。請求技術(shù)支持時，請?zhí)峁┮韵滦畔ⅲ?/p>

• 所使用的目標AVR設(shè)備（完整部件編號）
• 目標電壓和速度
• AVR的時鐘源和熔絲設(shè)置
• 編程方法（ISP、JTAG或特定引導加載程序）
• AVR工具的硬件版本（可在PCB上找到）
• AVR Studio的版本號（可在AVR Studio幫助菜單中找到）
• PC操作系統(tǒng)和版本/構(gòu)建
• PC處理器類型和速度
• 問題的詳細描述

六、完整原理圖和物料清單

文檔中提供了AT90USBKey的完整原理圖和物料清單，詳細列出了各個元件的型號、數(shù)量、技術(shù)特性和封裝等信息，為硬件設(shè)計和開發(fā)提供了重要參考。

AT90USBKey開發(fā)板為電子工程師提供了一個功能豐富、易于使用的開發(fā)平臺。通過對其特性、使用方法、故障排除等方面的了解，工程師們能夠更高效地進行AVR微控制器的開發(fā)和應(yīng)用。你在使用AT90USBKey的過程中遇到過哪些有趣的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享。