8位MCU中的佼佼者——AT90USB KEY2套件评测

 在20世纪最值得人们称道的成就中，就有集成电路和MCU的发展。进入21世纪后，MCU的发展更是迅速。

笔者接触过很多公司的MCU，但是他们的内核大多是ARM或者8051，所以开发方式总是类似的。而这次新拿到的则是Atmel公司的一款基于AVR内核的板卡，这对于笔者也是一个全新的学习过程。就目前来看，虽然ARM内核的MCU的市场份额在不断上升，但AVR内核的MCU仍广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域。

AVR单片机系列齐全，可适用于各种不同场合的要求。AVR单片机大致可分为3个档次：低档Tiny系列AVR单片机;中档AT90S系列AVR 单片机(正在淘汰或转型到Mega中);高档ATmega系列AVR单片机。AT90USBKEY2是一种低成本的基于AT90USB1287(AT90S系列)单片机的开发套件。它允许工程师或者学习者快速评价AVR微控制器和AT90USB家族。将板卡直接连接到个人电脑的USB接口就可以实现快速检索相关文档，因此工程师可以较方便的运行演示程序或他们自己的应用程序。让我们一起看看AT90USBKEY2的真容吧。

一、开箱

各大半导体公司的开发套件都有着自己的特点和风格。例如STMicroelectronics的板卡大多采用透明包装、Freescale的板卡大多采用单层纸盒包装。而Atmel的板卡大多采用牛皮纸盒包装且内部分为多个小牛皮纸盒。每个牛皮纸盒印有标志性的机器人，辨识度非常高。放在手中感觉到特别厚重、充实。开发套件的外包装如下图所示：

整个套件按功能类型可大致分为三部分：

1、AT90USBKEY套件说明卡：主要介绍了如何使用Mini-Usb线连接板卡与PC机;如何使用电池对板卡进行外部供电等等。

2、外部供电线缆：主要负责板卡的外部供电，使板卡可以使用外部电池(9V电池)供电，而不必局限于USB供电。现在市面上绝大多数万用表都是用的是该种电池供电，所以此类电池也非常容易买到，消除了我们在供电方面的后顾之忧。

3、AT90USBKEY 开发板：搭载主控芯片AT90USB1287及各种可供测试的辅助外设。比如双色LED灯、Joystics、Data Flash等等。但套件并没有配备Mini-Usb线，需要用户自备。

套件全家福如下图：

板卡各部分功能说明如下图(官方配套的手册里有详细说明)：

 板卡的主要特性如下：

1、AT90USB QFN64封装

2、支持AVR Studio环境(相当于Atmel Studio的早期版本)

3、支持通过USB进行固件升级

4、供电指示灯

5、JTAG接口

6、串行接口

7、板载资源

4+1路操纵杆

2个双色LED

温度传感器

串行Data Flash存储器

所有I/O口均由2*8的接口引出

8、板载复位按钮

9、板载HWB按钮(在进入bootloarder模式使发挥重要作用)

10、系统时钟

8M晶振

AT90USB1287芯片主要特性如下：

1、 高性能、低功耗8位AVR处理器

2、 高效精简指令集

• 135条汇编指令，大部分为单周期执行
• 32个8位通用工作寄存器组
• 全静态操作
• 在16M频率时能达到16MIPS的数据吞吐量
• 片上2周期乘法器

3、 不可变程序存储器和数据存储器

• 128K Bytes在系统自编程FLASH
• 高达10万次的写入、擦除寿命
• 独立的锁定为控制可选的代码启动区
• 复位后，可以通过片上的硬件启动在系统编程
• 真正的边读边写操作
• 所有支持的部件都通过缺省的USB Bootloader预烧录
• 4K Bytes EEPROM，十万次写入、擦除寿命
• 支持高达64K Bytes外部存储器扩展
• 软件可以通过锁定为来进行编程锁定

4、JTAG标准接口

• JTAG边界扫描能力
• 可扩展的片上调试支持
• 可以通过JTAG烧录FLASH、EEPROM、熔丝位、锁定位

5、 USB2.0全速/低速设备、OTG

• 完全遵从USB2.0协议
• 遵从USB2.0 OTG V1.0附加协议
• 12Mbit/s(全速)、1.5Mbit/s(低速)数据传输速度
• 6、USB全速/低速设备模块支持数据传输完成中断
• 端点0用于控制传输，能达到64字节
• 6个可编程端点用来BULK传输、中断传输、同步传输
• 在双沿模式下端点长度最大可配置为256字节
• 832字节完全独立的USB端点RAM，用以端点内存分配
• 连接、挂起中断
• 上电USB总线复位
• 48MHz用以全速USB总线操作
• 微处理器可以请求USB断开连接

7、支持HNP、SRP协议，双角色设备

• 提供HNP、SRP软件执行的状态和控制信号
• 提供HNP、SRP可编程时序

8、 外设特点

• 两个八位定时器带有独立的分频器、比较模式
• 两个十六位定时器带有独立的分频器、比较模式、捕获模式
• 带独立振荡器的实时计数器
• 四个八位的PWM通道
• 六个PWM通道可编程2 – 16分辨率
• 输出比较模块
• 8通道10位AD转换
• 可编程同步/异步串口
• 主从SPI串行接口
• 以字节位基本单位的两线串行接口
• 可编程看门狗，带片上独立振荡器
• 引脚中断和唤醒

9、 微处理器特性

• 上电复位、可编程掉电检测
• 内部可校准振荡器
• 外部、内部中断源
• 六种休眠模式： IDLE模式、ADC减噪模式、省电模式、掉电模式、待机模式、扩展待机模式

10、 IO和封装

• 48个可编程IO
• TQFP64、QFN64

11、2.7 – 5.5V操作电压

12、最大频率

• 2.7V为8MHz
• 4.5V以上为16MHz[!--empirenews.page--]

芯片特写如下图 

二、测试

接下来进入上电测试阶段。首先准备一根Mini-Usb线，然后用起将板卡与PC机相连，D1亮起表示板卡供电正常，效果如图所示：

接上Mini-Usb线缆后，PC机会提示发现新的硬件，并自动安装驱动，这时在设备管理器下面可以看到多了一个USB大容量存储设备，这个就是开发板模拟出的U盘，该U盘里有许多入门的资料，这对新手来讲是十分利好的，省去了大量查找资料的时间。

打开U盘后，双击Index，获取我们所需要的开发工具及驱动。从网页上可以看出，有很多种开发工具可供我们选择，考虑到用Atmel Studio的工程师比较多，我们选择此款开发工具。点击如图所示处，即可进入官网下载安装。

大家也许注意到了，图片中只有AVRStudio，而不是AtmelStudio，这是因为早期的版本只支持AVR的开发，故叫做AVRStudio。而后期Atmel公司也开始做ARM内核的单片机，故将AVRStudio更名为AtmelStudio。也就是说两者相当于一个软件的不同版本。版本号示意图如下：

这里我们简单地介绍一下Atmel Studio集成开发环境(IDE)，Atmel Studio是AVR单片机的集成环境汇编级开发调试软件，完全免费。包括了AVR Assembler编译器、AVR Studio调试功能、AVR Prog串行、并行下载功能和JTAG ICE仿真等功能。

笔者安装的是Atmel Studio 6.2。安装完成后，打开软件，新建工程。

然后选择C/C++，再选择建立GCC C Executable Project。

选择megaAVR下的AT90YSB1287型号，点击OK。

至此一个完整的工程就建好了，下一步就是编写测试代码，烧写代码，观察现象。目的是检验整个开发环境是否搭建成功。

AT90USBKEY2具有两个双色LED，用来做测试再合适不过了。通过查阅板卡硬件原理图可知两个双色LED对应的驱动信号引脚。

容易发现，每一个LED灯是由两个信号共同决定的，其真值表如下：

我们的目标是让D2显示为红色，D5显示为绿色，通过上表可以看出，只需操作PORTD.4与PORTD.6两位即可。输入如下代码：

程序编写完成后，在Atmel Studio中进行编译，就生成了硬件可以执行的Hex代码。一般可以通过两种方法将程序写入单片机。一种是继续使用Atmel Studio开发环境，使用AVR JTAG ICE仿真器连接板卡与PC机，然后将程序写入;另一种是利用USB bootloader，同时用Mini-Usb线缆连接板卡与PC机，通过官方软件FLIP将程序写入。

对于第一种方案，优点是可以进行调试，方便快捷，类似于用Keil开发ARM，但其缺点是需要仿真器，第二种方案则类似于用串口直接给STC单片机下载程序，虽然流程较为繁琐，但却省去了仿真器。由于笔者手边没有AVR JTAG ICE仿真器，故采用第二种方法进行程序的烧写。

首先我们进入官网，下载官方软件FLIP。再使板卡进入bootloarder模式，具体做法为：同时按住RST键与HWB键，先松开RST键，再松开HWB键，板卡即进入bootloarder模式，此时观察设备管理器如下图：

注意松开按键顺序不能搞错。

接下来打开下载好的FLIP，进行安装，一路点确定即可，最后看到如下画面表示安装成功：

选择好单片机的型号并载入Hex文件，打开Usb通讯口，点击下载。

实验效果如下图所示：可以明显看到LED被点亮。

三、总结

AT90USBKEY2虽然是一块比较老旧的开发板，但仍然称得上老当益壮。其板载芯片AT90USB1287是目前性价比最高的AVR芯片之一，货源充足，零售价便宜。大容量的FLASH，满足绝大部分应用场合的需要，并且内置丰富、强大的功能，几乎涉及AVR芯片的所有功能。支持JTAG仿真，不需要购买较昂贵的仿真器，极大的方便了调试与下载。有直插封装，方便实验焊接。无论是工程师做测试还是学生学习都十分合适。

综上所述，AVR单片机博采众长，又具独特技术，不愧为8位机中的佼佼者。

资源下载：

1、Atmel Studio 6.2 http://pan.baidu.com/s/1i5wduFN

2、FLIP http://pan.baidu.com/s/1qYGNNze

3、测试程序 http://pan.baidu.com/s/1cuVFOE

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