Основные ссылки
Вы здесь
AVR1012: Перечень схемных решений для микроконтроллеров XMEGA
1 Введение
Качество аппаратной разработки полностью зависит от правильности схемы. Микроконтроллер AVR® XMEGA™ имеет большое количество контактов и функций, а это значит, что схемы на основе этих устройств могут быть большими и довольно сложными.
В этой статье по применению приводится перечень основных схемных решений, которыми следует руководствоваться как при разработке новых, так и при пересмотре ранее разработанных схем на основе XMEGA.
2 Источники питания
2.1 Подключение источника питания
Рисунок 2-1. Схема питания
Таблица 2-1. Подключение питания
| Название сигнала |
Рекомендуемое подключение вывода |
Описание |
|---|---|---|
| VCC | Напряжение от 1,6 В до 3,6 В. Развязывающие/фильтрующие конденсаторы ёмкостью 100 нФ(1)(2) и 10 мкФ(1). Развязывающая/фильтрующая катушка индуктивностью 10 мкГн(1)(3). |
Питание цифровой части |
| AVCC | Напряжение от 1,6 В до 3,6 В. Развязывающие/фильтрующие конденсаторы ёмкостью 100 нФ(1)(2) и 10 мкФ(1). Ферритовое кольцо(4), фильтрующее шумы на VCC. |
Питание аналоговой части |
| GND | Земля |
1. Эти значения приведены только в качестве примера.
2. Развязывающий конденсатор должен быть расположен в непосредственной близости от устройства и для каждой пары питающих выводов сигнальной группы. Для улучшения развязки следует использовать конденсаторы с низким ESR.
3. Для фильтрации питания катушку индуктивности следует установить между внешним источником напряжения и контактами VCC.
4. На высоких частотах ферритовое кольцо фильтрует лучше, чем обычная индуктивность. Его можно установить между VCC и AVCC для предотвращения цифровых шумов в цепях питания аналоговой части схемы. Для разделения питания цифровой и аналоговой частей фильтр должен иметь достаточное сопротивление (например, 50 Ом на частоте 20 МГц и 220 Ом на частоте 100 МГц).
2.2 Подключение модуля резервного питания
Этот раздел предназначен только для тех приложений, которые используют функцию резервного питания. Из микроконтроллеров XMEGA такую функцию поддерживают устройства подсемейства А3В (например, ATxmega256A3B). Устройства этого подсемейства способны обнаруживать пропадание напряжения питания и автоматически переключаться на модуль резервного питания (от вывода VBAT).
Рисунок 2-2. Схема подключения источника напряжения к модулю резервного питания
Таблица 2-2. Подключение модуля резервного питания
| Название сигнала |
Рекомендуемое подключение вывода |
Описание |
|---|---|---|
| VBAT | Напряжение от 1,8 В до 3,6 В. | Напряжение питания модуля резервного питания. |
| GND | Земля |
Для работы таймера реального времени при питании от VBAT между выводами TOSC1 и TOSC2 должен быть подключен кварцевый резонатор с резонансной частотой 32,768 кГц.
2.3 Подключение внешнего источника опорного напряжения
Следующие схемные решения необходимы тем устройствам, в конструкции которых будет использоваться внешний источник опорного напряжения. Если используется внутренний источник напряжения, необходимость использовать данную схему отпадает.
Рисунок 2-3. Схема подключения внешнего источника опорного напряжения с двумя источниками опорного напряжения
Рисунок 2-4. Схема подключения внешнего источника опорного напряжения с одним источником опорного напряжения
Таблица 2-3. Подключение внешнего источника опорного напряжения
| Название сигнала |
Рекомендуемое подключение вывода |
Описание |
|---|---|---|
| AREFA | От 1,0 В до AVCC-0,6 В для АЦП От 1,1 В до AVCC-0,6 В для ЦАП Развязывающие/фильтрующие конденсаторы ёмкостью 100 нФ(1)(2) и 4,7 мкФ(1). |
Внешнее опорное напряжение (вывод AREF порта A) |
| AREFB | От 1,0 В до AVCC-0,6 В для АЦП От 1,1 В до AVCC-0,6 В для ЦАП Развязывающие/фильтрующие конденсаторы ёмкостью 100 нФ(1)(2) и 4,7 мкФ(1). |
Внешнее опорное напряжение (вывод AREF порта B) |
| GND | Земля |
1. Эти значения приведены только в качестве примера.
2. Развязывающий конденсатор должен быть расположен в непосредственной близости от устройства и для каждой пары питающих выводов сигнальной группы.
3 Схема внешнего сброса
При использовании функции внешнего сброса к выводу RESET следует подключить представленную в этом разделе схему. Если используется только внутренний сброс, использование этой схемы не является обязательным. Выключатель также можно исключить, если ручной сброс использовать не планируется.
Рисунок 3-1. Пример схемы внешнего сброса
Таблица 3-1. Подключение цепи сброса
| Название сигнала |
Рекомендуемое подключение вывода |
Описание |
|---|---|---|
| RESET | Нижний пороговый уровень напряжения сброса VCC = 2,7 - 3,6: ниже 0,45 * VCC VCC = 1,6 - 2,7: ниже 0,42 * VCC |
Вывод сброса |
Подтягивающий резистор на линии сброса позволяет исключить непреднамеренный сброс устройства. При программировании и отладке через PDI линия сброса используется как синхронизирующая. Подтягивающий резистор на линии сброса должен быть сопротивлением 10 кОм или более. Или же его следует полностью удалить.
При программировании и отладке через PDI следует отключать все конденсаторы, подключенные к линии сброса. Так же необходимо отключать любые другие внешние источники сброса.
4 Тактовый и часовой кварцевые генераторы
4.1 Внешний источник тактового сигнала
Рисунок 4-1. Схема подключения внешнего источника тактового сигнала
Таблица 4-1. Подключение внешнего источника тактового сигнала
| Название сигнала |
Рекомендуемое подключение вывода |
Описание |
|---|---|---|
| XTAL1 | XTAL1 используется как вход для тактового сигнала от внешнего источника. | Инвертированный вход 1 генератора. |
| XTAL2 | Можно оставить не подключенным или использовать как линию ввода/вывода общего назначения. |
4.2 Кварцевые резонаторы
Рисунок 4-2. Пример схемы подключения кварцевого резонатора
Таблица 4-2. Подключение кварцевого резонатора
| Название сигнала |
Рекомендуемое подключение вывода |
Описание |
|---|---|---|
| XTAL1 | Нагрузочный конденсатор 15 пФ(1)(2). | Внешний кварцевый резонатор частотой от 0,4 МГц до 16 МГц. |
| XTAL2 | Нагрузочный конденсатор 15 пФ(1)(2). |
1. Данные значения приведены только в качестве примера. Для определения значения емкости конденсаторов для конкретных кварцевых резонаторов обратитесь к документации на резонатор или статье по применению «AVR1003: Использование системы тактирования микроконтроллеров XMEGA».
2. Развязывающий конденсатор должен быть расположен в непосредственной близости от устройства и для каждой пары питающих выводов сигнальной группы.
4.3 Внешний кварцевый резонатор счетчика реального времени
Низкочастотный кварцевый генератор оптимизирован для использования с резонатором частотой 32,768 кГц. При выборе кварцевого резонатора следует учитывать требуемую емкость нагрузочных конденсаторов и эквивалентное последовательное сопротивление резонатора (ESR). Оба значения определяются поставщиком резонатора.
Генератор XMEGA оптимизирован для работы с очень низким энергопотреблением, и, следовательно, при выборе резонатора необходимо следовать указанным в таблице 4-3 рекомендациям значения ESR для резонаторов с требуемой нагрузочной емкостью 9 и 12,5 пФ.
Низкочастотный кварцевый генератор имеет внутренние нагрузочные конденсаторы емкостью около 8,0 пФ. Резонаторы, для которых рекомендованы нагрузочные емкости 8,0 пФ могут быть подключены без дополнительных нагрузочных конденсаторов (так, как показано на рисунке 4-3).
Таблица 4-3. Рекомендуемые максимальные значения ESR для часового кварца 32,768 кГц
| Емкость нагрузочных конденсаторов (пФ) | Максимальное значение ESR [кОм](1) |
|---|---|
| 9 | 65 |
| 12,5 | 30 |
1. Максимальное значение ESR берется из характеристик резонатора.
Рисунок 4-3. Подключение внешнего кварцевого резонатора частотой 32,768 кГц без нагрузочных конденсаторов
При использовании резонаторов, требующих нагрузочные емкости (CL) больше 8,0 пФ, необходимо подключение внешних конденсаторов (так, как показано на рис 4-4).
Чтобы подобрать подходящую емкость нагрузочных конденсаторов для резонатора 32,768 кГц, обратитесь к документации на кварцевый резонатор.
Рисунок 4-4. Подключение внешнего кварцевого резонатора частотой 32,768 кГц с нагрузочными конденсаторами
Таблица 4-4. Подключение часового кварцевого резонатора
| Название сигнала |
Рекомендуемое подключение вывода |
Описание |
|---|---|---|
| TOSC1 | Нагрузочный конденсатор 22 пФ(1)(2). | Вывод генератора 1. |
| TOSC2 | Нагрузочный конденсатор 22 пФ(1)(2). | Вывод генератора 2. |
1. Данные значения приведены только в качестве примера. Для определения значения емкости нагрузочных конденсаторов для конкретных кварцевых резонаторов обратитесь к документации на резонатор или статье по применению «AVR1003: Использование системы тактирования микроконтроллеров XMEGA».
2. Развязывающий конденсатор должен быть расположен в непосредственной близости от устройства и для каждой пары питающих выводов сигнальной группы.
5 Интерфейс внешней шины
Интерфейс внешней шины (EBI) представляет собой интерфейс для подключения внешних периферийных устройств и памяти с доступом к ним через область памяти устройства.
EBI может служить интерфейсом для внешней SRAM, SDRAM, и/или для периферийных устройств, таких как ЖК дисплеи и другие отображаемые в памяти устройства.
5.1 Подключение SRAM
5.1.1 Конфигурация SRAM с шиной 8 бит, без мультиплексирования
Рисунок 5-1. Подключение 8-битной SRAM без мультиплексирования
5.1.2 Конфигурация SRAM с шиной 8 бит и мультиплексированием байтов 0 и 1 адреса
Рисунок 5-2. Подключение 8-битной SRAMс мультиплексированием байтов 0 и 1 адреса
5.1.3 Конфигурация SRAM с шиной 8 бит и мультиплексированием байтов 0 и 2 адреса
Рисунок 5-3. Подключение 8-битной SRAM с мультиплексированием байтов 0 и 2 адреса
5.1.4 Конфигурация SRAM с шиной 8 бит и мультиплексированием байтов 0, 1 и 2 адреса
Рисунок 5-4. Подключение 8-битной SRAM с мультиплексированием байтов 0, 1 и 2 адреса
5.2 Конфигурации SRAM с использованием небольшого числа линий ввода/вывода
5.2.1 SRAM с шиной 8 бит и мультиплексированием данных с байтом 0 адреса
Рисунок 5-5. Подключение 8-битной SRAM. Мультиплексирование данных с байтом 0 адреса.
5.2.2 SRAM с шиной 8 бит и мультиплексированием данных с байтами 0 и 1 адреса
Рисунок 5-6. Подключение 8-битной SRAM. Мультиплексирование данных с байтами 0 и 1 адреса.
5.3 Подключение SDRAM
5.3.1 Конфигурация SDRAM с шиной 4 бита, использующая 3 порта интерфейса EBI
Рисунок 5-7. Конфигурация SDRAM с шиной 4 бита, использующая 3 порта интерфейса EBI
6 Порты JTAG и PDI
6.1 Интерфейс порта JTAG
Рисунок 6-1. Пример схемы интерфейса порта JTAG
Таблица 6-1. Список сигналов порта JTAG
| Название сигнала |
Описание |
|---|---|
| TMS | Выбор тестового режима, захват по переднему фронту TCK. |
| TDO | Выход тестовых данных, захват по заднему фронту TCK. |
| TCK | Синхросигнал тестового порта. Полностью асинхронен относительно системного тактового сигнала. |
| RESET | Линия внешнего сброса устройства. |
| TDI | Вход тестовых данных, захват по переднему фронту TCK. |
6.2 Интерфейс порта PDI
Рисунок 6-2. Пример схемы интерфейса порта PDI
Таблица 6-2. Список сигналов интерфейса порта PDI
| Название сигнала |
Рекомендуемое подключение вывода |
Описание |
|---|---|---|
| PDI_CLK | Нагрузочный резистор гарантирует исключение возможности непреднамеренного сброса. При программировании и отладке через интерфейс PDI линия сброса используется для тактирования порта. Линия сброса должна быть подтянута резистором сопротивлением не менее 10 кОм, или этот резистор следует удалить полностью. | Тактовый сигнал PDI/сигнал сброса. |
| PDI_DATA | Вход/выход данных PDI. |
7 Рекомендуемая литература
7.1 Документация на микроконтроллеры
Документация на микроконтроллеры содержит в себе блок-схемы периферийных устройств и подробности реализации прошивок. Документация доступна по адресу http://www.atmel.com/AVR в разделе Datasheets.
7.2 Схема оценочного набора
Для платы оценочного набора ATAVRXPLAIN доступна полная схема, которую можно использовать в качестве эталонной. Схема доступна по адресу http://www.atmel.com/AVR в разделе Tools & Software.
- Комментировать (войти или зарегистрироваться)