4.4　ATmega328P微处理器

每个Arduino（开放硬件）电路，包括Femtoduino在内，都是以Atmel微控制器作为系统核心的。微控制器类似于微处理器，除了具有一个处理器核，微控制器还有自己的RAM、ROM和I/O外围电路，包括模数转换器（ADC）。这样就使微控制器电路比微处理器电路更加易于设计和制造。

Ateml是微控制器领域的领导厂商，ATmega328p是Atmel的8位微控制器系列中功能最强大的一款。下面是其部分功能的介绍：

·32KB flash RAM、2KB SRAM和1KB EEPROM

·20MHz CPU

·8位模数转换（ADC）通道

·共32个引脚，其中23个I/O引脚

使用Atmel微控制器的一个重要优点是，能够获得免费的软件工具。Atmel免费提供Atmel Studio，下载网址：http://www.atmel.com/tools/atmelstudio.aspx。

4.4.1　ATmega328P的引脚

面对ATmega328P的32个引脚名称，处理起来可能令人迷惑。首先，23个I/O引脚可以分成三个端口：

·B端口——包括8个引脚，PB0~PB7。

·C端口——包括7个引脚，PC0~PC6。

·D端口——包括8个引脚，PD0~PD7。

器件的大部分引脚具有多种用途，对于每种用途，每个引脚会使用不同的名称。例如，依据端口B的配置方式，引脚PB2有三个不同的名字：

·SS——配置为SPI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口）总线主从选择

·OC1B——配置为对B输出进行匹配比较的计时器/计数器1输出

·PCINT2——配置为引脚中断请求2

幸运的是，读者不必深入理解这些角色，甚至不必探究如何配置这些端口——Arduino框架为大家处理了这些细节。但是读者应当理解，这个原理图中使用的引脚名称可能会不同于其他ATmega328P原理图中的引脚名称。

表4-2列出微控制器的每个引脚。每个I/O都用它的端口、位置和圆括号里的用途来标识。例如，端口B的第五个引脚命名为PB4，它的用途是Master In/Slave Out（主入/从出），因此在表中它的设计标号是PB4（MISO）。

表4-2　ATmega328p的引脚

这些引脚名称是基于Atmel的命名习惯。Arduino框架为微控制器的引脚重新赋予了自己的名称。在本单元的原理图中，ATmega328P的引脚使用Atmel的名称，但是连接引脚的导线将使用Arduino给出的名称。

用一个例子来说明这个问题。标有PC6（RESET）的引脚将与信号名称为RESET的导线相连，这个连接ATmega328p的信号，在设计中用来对电路进行复位。

4.4.2　绘制电路原理图——ATmega328p

在Femtoduino电路中，大多数微控制器的引脚连接到排座上，这样Femtoduino电路就能插进面包板中。少数引脚与复位电路、串行外设接口（SPI）、电源和地相连。图4-7所示为包括ATmega328p的子电路。

下面讲解如何在EAGLE中设计这个子电路。从器件的左上角开始，按逆时针方向讲解。

1）在EAGLE中，打开前面单元中包括子电路的原理图（*.sch）。激活Add工具，打开eagle-book元件库。

2）选择ATmega328p，将其放在电压调整子电路的右边，周围留下足够的空间。

3）使用Add工具，将下列元件加入设计：一个VCC、四个GND、一个LED_0805（LED2）、一个RES_0603（R3）、一个CAP_0603（C5）和一个CSTCE（Y1）。

图4-7　ATmega328p子电路

4）从RESET引脚画出一条导线，将其命名为RESET信号，用于微控制器与更早提到的复位开关的连接。为这个信号创建一个标签，并放在信号左侧。

5）移动Y1和一个GND到PB6引脚的左侧。连接Y1的引脚1到PB6（XTAL），连接Y1的引脚3到PB7（XTAL2）。连接Y1的引脚2到GND。

6）移动C5和一个GND到AREF引脚的左侧。旋转C5使之水平放置。画两条导线：一条从AREF到C5的右侧引脚，另一条从C5的左侧引脚到GND。把连接AREF到C5的导线指定为AREF信号，并为这个信号创建一个标签。

7）从引脚PC0~PC5、ADC6和ADC7画出导线，并给导线分别赋信号名A0、A1、A2、A3、A4、A5、A6和A7。对其中每一个信号都分别创建一个标签并移动到导线左侧。

8）移动一个GND到微控制器底部的中间位置，与微控制器的GND1、GND2和GND3引脚相连。

9）移动R3、LED2和GND到微控制器的右下方，旋转R3使之垂直放置。

10）绘制三条导线：一条从PB5（SCK）到R3的上侧引脚，一条从R3的下侧引脚到LED2的上侧引脚，还有一条导线从LED2的下侧引脚到GND。其中第一条导线指定为信号D13/SCK。

11）从引脚PB0~PB4出发绘制导线，并分别指定为信号D8、D9、D10、D11/MOSI和D12/MISO。为每个信号创建标签，并将各标签移动到导线右侧。

12）从引脚PD0~PD7出发绘制导线，并分别指定为信号D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6和D7。为每个信号创建标签，并将各标签移动到导线右侧。

13）移动VCC到微控制器顶部的中间位置。连接VCC到微控制器的AVCC、VCC1和VCC2引脚。

14）为电路元件指定如下数值和名称：Y1设为16MHz，C5设为0.1μF，R3设为330，LED2设为BLUE。使用Smash工具重新整理这些名称和数值。