AVR教程系列一(10)：ATmega16 簡介(9)

1、ATmega16 簡介（四）ATmega16 時鐘系統(tǒng)及其分布時鐘系統(tǒng)及其分布Figure 11為AVR的主要時鐘系統(tǒng)及其分布。這些時鐘并不需要同時工作。為了降低功耗，可以通過使用不同的睡眠模式來禁止無需工作的模塊的時鐘。時鐘系統(tǒng)詳見Figure 11。CPU 時鐘 clkCPU CPU時鐘與操作AVR內(nèi)核的子系統(tǒng)相連，如通用寄存器文件、狀態(tài)寄存器及保存堆棧指針的數(shù)據(jù)存儲器。終止CPU 時鐘將使內(nèi)核停止工作和計算。I/O 時鐘 clkI/O I/O時鐘用于主要的I/O 模塊，如定時器/ 計數(shù)器、SPI 和USART。I/O 時鐘還用于外部中斷模塊。要注意的是有些外部中斷由異步邏輯檢測，因此即使

2、I/O 時鐘停止了這些中斷仍然可以得到監(jiān)控。此外， USI 模塊的起始條件檢測在沒有clkI/O 的情況下也是異步實現(xiàn)的，使得這個功能在任何睡眠模式下都可以正常工作。Flash 時鐘 clkFLASH Flash 時鐘控制Flash 接口的操作。此時鐘通常與CPU 時鐘同時掛起或激活。異步定時器時鐘 clkASY 異步定時器時鐘允許異步定時器/ 計數(shù)器與LCD 控制器直接由外部32 kHz 時鐘晶體驅(qū)動。使得此定時器/ 計數(shù)器即使在睡眠模式下仍然可以為系統(tǒng)提供一個實時時鐘。ADC 時鐘 clkADC ADC具有專門的時鐘。這樣可以在ADC工作的時候停止CPU和I/O時鐘以降低數(shù)字電路產(chǎn)生的噪聲

3、，從而提高ADC 轉(zhuǎn)換精度。ATmega16 時鐘源ATmega16芯片有如下幾種通過Flash熔絲位進(jìn)行選擇的時鐘源。時鐘輸入到AVR時鐘發(fā)生器，再分配到相應(yīng)的模塊。不同的時鐘選項將在后續(xù)部分進(jìn)行介紹。當(dāng)CPU 自掉電模式或省電模式喚醒之后，被選擇的時鐘源用來為啟動過程定時，保證振蕩器在開始執(zhí)行指令之前進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)CPU從復(fù)位開始工作時，還有額外的延遲時間以保證在MCU 開始正常工作之前電源達(dá)到穩(wěn)定電平。這個啟動時間的定時由看門狗振蕩器完成?？撮T狗溢出時間所對應(yīng)的WDT 振蕩器周期數(shù)列于Table 3?？撮T狗振蕩器的頻率由工作電壓決定，詳見 P286“ATmega16 典型特性” 。缺省

4、時鐘源器件出廠時CKSEL = “0010”， SUT = “10”。這個缺省設(shè)置的時鐘源是1 MHz 的內(nèi)部RC振蕩器，啟動時間為最長。這種設(shè)置保證用戶可以通過ISP 或并行編程器得到所需的時鐘源。ATmega16 晶體振蕩器XTAL1 與XTAL2 分別為用作片內(nèi)振蕩器的反向放大器的輸入和輸出，如Figure 12 所示，這個振蕩器可以使用石英晶體，也可以使用陶瓷諧振器。熔絲位CKOPT 用來選擇這兩種放大器模式的其中之一。當(dāng)CKOPT 被編程時振蕩器在輸出引腳產(chǎn)生滿幅度的振蕩。這種模式適合于噪聲環(huán)境，以及需要通過XTAL2 驅(qū)動第二個時鐘緩沖器的情況。而且這種模式的頻率范圍比較寬。當(dāng)保持

5、CKOPT 為未編程狀態(tài)時，振蕩器的輸出信號幅度比較小。其優(yōu)點是大大降低了功耗，但是頻率范圍比較窄，而且不能驅(qū)動其他時鐘緩沖器。對于諧振器， CKOPT 未編程時的最大頻率為8 MHz， CKOPT 編程時為16 MHz。C1和C2 的數(shù)值要一樣，不管使用的是晶體還是諧振器。最佳的數(shù)值與使用的晶體或諧振器有關(guān)，還與雜散電容和環(huán)境的電磁噪聲有關(guān)。Table8 給出了針對晶體選擇電容的一些指南。對于陶瓷諧振器，應(yīng)該使用廠商提供的數(shù)值。若想得到更多的有關(guān)如何選擇電容以及振蕩器如何工作的信息，請參考多用途振蕩器應(yīng)用手冊。振蕩器可以工作于三種不同的模式，每一種都有一個優(yōu)化的頻率范圍。工作模式通過熔絲位C

6、KSEL3.1 來選擇，如Table 4 所示。如Table 5 所示，熔絲位CKSEL0 以及SUT1.0 用于選擇啟動時間。Notes: 1. 這些選項只能用于工作頻率不太接近于最大頻率，而且啟動時的頻率穩(wěn)定性對于應(yīng)用而言不重要的情況。不適用于晶體。2. 這些選項是為陶瓷諧振器設(shè)計的，可以保證啟動時頻率足夠穩(wěn)定。若工作頻率不太接近于最大頻率，而且啟動時的頻率穩(wěn)定性對于應(yīng)用而言不重要時也適用于晶體。 ATmega16 低頻晶體振蕩器為了使用32.768 kHz 鐘表晶體作為器件的時鐘源，必須將熔絲位CKSEL 設(shè)置為“1001”以選擇低頻晶體振蕩器。晶體的連接方式如Figure 12 所示。

7、通過對熔絲位CKOPT 的編程，用戶可以使能XTAL1 和XTAL2 的內(nèi)部電容，從而去除外部電容。內(nèi)部電容的標(biāo)稱數(shù)值為36 pF。選擇了這個振蕩器之后，啟動時間由熔絲位SUT 確定，如Table 6 所示。ATmega16 外部RC振蕩器對于時間不敏感的應(yīng)用可以使用Figure 13 的外部RC 振蕩器。頻率可以通過方程f =1/(3RC) 進(jìn)行粗略地鼓估計。電容C 至少要22 pF。通過編程熔絲位CKOPT，用戶可以使能XTAL1 和GND 之間的片內(nèi) 36 pF 電容，從而無需外部點燃。若想獲取有關(guān)振蕩器如何工作以及如何選擇R 和C 的具體信息，請參考外部RC 振蕩器應(yīng)用手冊。振蕩器可以

8、工作于四個不同的模式，每個模式有自己的優(yōu)化頻率范圍。工作模式通過熔絲位CKSEL3.0 選取，如Table 7 所示。 選擇了這個振蕩器之后，啟動時間由熔絲位SUT 確定，如Table 8 所示。 ATmega16 標(biāo)定的片內(nèi)RC振蕩器標(biāo)定的片內(nèi)RC振蕩器提供了固定的1.0、2.0、4.0 或8.0 MHz 的時鐘。這些頻率都是5V、25°C 下的標(biāo)稱數(shù)值。這個時鐘也可以作為系統(tǒng)時鐘，只要按照Table 9 對熔絲位CKSEL進(jìn)行編程即可。選擇這個時鐘(此時不能對CKOPT進(jìn)行編程)之后就無需外部器件了。復(fù)位時硬件將標(biāo)定字節(jié)加載到OSCCAL 寄存器，自動完成對RC振蕩器的

9、標(biāo)定。在5V，25°C 和頻率為1.0 MHz 時，這種標(biāo)定可以提供標(biāo)稱頻率 ± 1% 的精度。當(dāng)使用這個振蕩器作為系統(tǒng)時鐘時，看門狗仍然使用自己的看門狗定時器作為溢出復(fù)位的依據(jù)。選擇了這個振蕩器之后，啟動時間由熔絲位SUT 確定，如Table 10 所示。XTAL1 和XTAL2 要保持為空(NC)。振蕩器標(biāo)定寄存器 OSCCAL ? Bits 7.0 CAL7.0: 振蕩器標(biāo)定數(shù)據(jù)將標(biāo)定數(shù)據(jù)寫入這個地址可以對內(nèi)部振蕩器進(jìn)行調(diào)節(jié)以消除由于生產(chǎn)工藝所帶來的振蕩器頻率偏差。復(fù)位時1 MHz 的標(biāo)定數(shù)據(jù)( 標(biāo)識數(shù)據(jù)的高字節(jié)，地址為0x00) 自動加載到OSCCAL 寄存器。如果需要內(nèi)部RC振蕩器工作于其他頻率，標(biāo)定數(shù)據(jù)必須人工加載：首先通過編程器讀取標(biāo)識數(shù)據(jù)，然后將標(biāo)定數(shù)據(jù)保存到Flash 或EEPROM 之中。這些數(shù)據(jù)可以通過軟件讀取，然后加載到OSCCAL 寄存器。當(dāng)OSCCAL 為零時振蕩器以最低頻率工作。當(dāng)對其寫如不為零的數(shù)據(jù)時內(nèi)部振蕩器的頻率將增長。