用ATmega8單片機設計串行編程器

通常進(jìn)行單片機實(shí)驗和開(kāi)發(fā)，編程器是必不可少的。仿真、調試完的程序要借助編程器寫(xiě)入單片機的存儲器中，隨著(zhù)單片機技術(shù)的發(fā)展出現了MTP（可多次編程）存儲器技術(shù)和ISP（在系統可編程）技術(shù)，這樣就可以省去昂貴的仿真器，只要通過(guò)計算機接口和一條串行下載線(xiàn)就可直接在目標芯片上編程。ATmega8就是一種具有MTP與ISP功能的單片機，他也是AVR單片機中價(jià)格性能比最高的單片機，因此研究他的串行編程特性對利用他的上述功能來(lái)開(kāi)發(fā)應用單片機有很高的實(shí)用價(jià)值。

1　ATmega8的體系結構與主要性能特點(diǎn)

ATmega8是ATMEL公司在2002年推出的一款新型的AVR高檔單片機，他的芯片內部集成了較大容量的存儲器和豐富強大的硬件接口電路，具備 AVR高檔單片機MEGE系列的全部性能和特點(diǎn)。但由于采用了小引腳封裝（為 DIP28和TQFP／MLF32），所以?xún)r(jià)格僅和低檔單片機相當，再加上AVR單片機的系統內在可編程特性，使得無(wú)需購買(mǎi)昂貴的仿真器，只需要一條具有編程器功能的串行下載線(xiàn)就可以進(jìn)行單片機嵌入式系統的設計和開(kāi)發(fā)。

ATmega8是一款采用低功耗CMOS工藝生產(chǎn)的基于A(yíng)VR RISC（精簡(jiǎn)指令集）結構的8 b單片機。AVR單片機的核心是將32個(gè)工作寄存器和豐富的指令集連接在一起，所有的工作寄存器都與ALU（算術(shù)邏輯單元）直接相連，實(shí)現了在一個(gè)時(shí)鐘周期內執行的一條指令同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)（讀寫(xiě)）2個(gè)獨立寄存器的操作。這種結構提高了代碼效率，使得大部分指令的執行時(shí)間僅為一個(gè)時(shí)鐘周期。因此，ATmega8可以達到將近1 MIPS／MHz的性能，運行速度比普通的單片機高出10倍。

ATmega8的主要性能特點(diǎn)如下：

（1）高性能、低功耗的8 b AVR微控制器，先進(jìn)的RISC精簡(jiǎn)指令集結構，130條功能強大的指令，大多數為單周期指令，32個(gè)8 b的通用工作寄存器，工作在16 MHz時(shí)具有16 MIPS的性能。

（2）片內集成了較大容量的非易失性程序和數據存儲器

8 kB的Flash程序存儲器，可擦寫(xiě)次數大于10 000次；512 B的E2RROM，擦寫(xiě)次數至少100 000次；支持可在線(xiàn)編程（ISP）和可應用自編程（IAP）；可編程的程序加密位。

（3）豐富強大的外部接口性能

3個(gè)PWM通道，可實(shí)現任意16 b以?xún)鹊?、相位和頻率可調的PWM脈寬調制輸出；6通道A／D轉換；一個(gè)I2C的串行接口，一個(gè)可編程的USART接口；一個(gè)支持主／從、收／發(fā)的SPI同步串行接口；2個(gè)帶預分頻的8 b定時(shí)／計數器，1個(gè)帶預分頻的16 b定時(shí)／計數

（4）特殊的微控制器性能

可控制的上電復位延時(shí)電路和可編程的欠電壓檢測電路；內部和外部共18個(gè)中斷源；5種休眠模式（空閑，ADC噪聲抑制，省電，掉電，待命）。

2　串行編程器的設計

從上面的描述我們就對ATmega8有了一個(gè)總體的認識，ATmega8的在線(xiàn)可編程功能為單片機的設計和開(kāi)發(fā)提供了極大的方便，工程人員可以編譯完程序后直接通過(guò)編程器將程序寫(xiě)入Flash存儲器（而無(wú)需昂貴的仿真器）。并且可以自己來(lái)設計編程器，下面就以ATmega8作為處理芯片來(lái)設計一個(gè)串行編程器，也通過(guò)這個(gè)應用的例子來(lái)介紹一下ATmega8的具體應用。

（1）硬件電路，串行編程器的電路原理圖如圖1所示。

從PC機的串行口通過(guò)RS232引出3條線(xiàn)：RXD，TXD，GND用于PC機與ATmega8的通信。最右端的5條線(xiàn)分別與要寫(xiě)入程序的芯片相連。

（2）串行編程器的工作原理

ATmega8的同步串行接口SPI允許在幾個(gè)AVR單片機之間，以與SPI接口協(xié)議兼容的方式進(jìn)行高速的同步數據傳輸。因此可以把串行編程器的處理芯片設計為主機，目標芯片就作為從機，這樣就可以實(shí)現2個(gè)單片機的數據傳輸，從而實(shí)現程序的燒寫(xiě)過(guò)程。數據由主機發(fā)送從機接收。向主機的SPI數據寄存器 SPDR裝入待發(fā)送數據的寫(xiě)操作，自動(dòng)啟動(dòng)SPI時(shí)鐘發(fā)生器，于是該數據便在時(shí)鐘脈沖的控制下開(kāi)始逐位左移或右移。若設定最高位MSB先傳送，主機的 MSB將自MOSI（PB3）引腳輸出，經(jīng)從機的MOSI引腳進(jìn)入其8 b移位寄存器中，占據最低位LSB的位置。同時(shí)，從機的MSB由MISO（PB4）引腳移出，通過(guò)主機的MISO引腳進(jìn)入到主機移位寄存器中，作為他的 LSB位。這樣8個(gè)時(shí)鐘脈沖后，主機SPI移位寄存器中的內容就完全送給了從機。圖2為主從機通信流程圖?！　?/p>

（3）具體的工作過(guò)程

把圖2的ATmega8設為主機，PB3（MOSI），PB4（MISO），PB6（SCK），PB1管腳用于控制對目標芯片的寫(xiě)入。PB1引腳控制單片機的Reset，只有當 Reset被拉為低時(shí)單片機才進(jìn)入串行編程模式。從機的所有I／O引腳都處于輸入狀態(tài)且上拉電阻被禁止。PB6（SCK）引腳用于提供串行編程的時(shí)鐘，他在上電期間必須為低電平，這樣才能保證主機芯片和從機芯片的87時(shí)鐘同步，因此上電期間給Reset一個(gè)正脈沖（至少2個(gè) XTAL1時(shí)鐘周期）以保證SCK的低電平，這可以通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現。PB3（MOSI）引腳用于將程序送入從機中。數據在SCK的上升沿被輸入，從機的 Reset被拉低后，總是將他的MOSI設為上拉禁止的輸入狀態(tài)，用于從主機接收數據。當從從機中讀取數據時(shí)，數據在SCK的下降沿輸出。設計硬件時(shí)要保證從機的Reset，SCK，MOSI，MISO這4根線(xiàn)能被編程器自由地置高置低，否則不可能進(jìn)行在片編程。具體的命令字格格式可參照ATmega8 manual中所給出的串行編程命令表。