定制微控制器设计实现分步指南

这是将定制微控制器设计变为现实的分步指南的第2部分。我们将介绍组装，初始测量和编程。

相关信息：

自定义微控制器设计：硬件，工具和工具链

为您的微控制器选择合适的振荡器

逐件：组装，焊接和测试

首先准备好在桌面上装配和焊接所需的一切。请记住，您不希望将所有零件组装并焊接到第一个原型PCB上，然后进行所有测试。最好只焊接电路的一个功能部分 - 例如电源 - 然后确认该子部分能够完成它应该做的事情。然后焊接下一个功能部分并对其进行测试，依此类推。

这种逐步的焊接和测试方法将帮助您确定出现的任何问题的根源。此外，您可能会在设计错误导致其他组件损坏之前找到设计错误（例如，在应用该电压之前，最好发现您的电源产生的电压为5 V而不是3.3 V （

焊接电源电路并对其进行测试

通常，应焊接的第一小节是电源电路。焊接电源电路后，用适当的PCB清洁剂（例如异丙醇）清洁，检查是否有短路和开路。 （此时我们假设PCB没有制造缺陷，因此在这种情况下，短路和开路是焊接缺陷。）

拿你的实验室电源，设置合适的电流限制和电源你的部分组装PCB。现在用万用表测量电路产生的所有输出电压，并且要格外小心，确认所有微控制器电源引脚上都有正确的电压。然后不要忘记在继续操作之前关闭电源。

焊接微控制器电路

现在电源电路工作，我们可以组装微控制器电路。

首先，焊接微控制器和用于滤除电源电压的无源元件（总是需要去耦电容，在某些情况下铁氧体磁珠是有益的）。确保微控制器的放置方向正确。您现在可以使用万用表检查短路和开路，但如果您想测试微控制器的功能，则需要焊接时钟源（除非微控制器有内部振荡器），复位电路以及闪存所需的任何组件/debug hardware。

当你焊接好所有东西时，用你喜欢的清洁剂清理它。进行外观检查（显微镜或放大镜在这里是有用的，特别是对于细间距组件），并使用万用表检查您关注的任何连接。如下图所示，您可以使用万用表的电阻测量功能来评估焊点连接。

特别注意所有电源连接（不要忘记调试头可能有电源引脚）。这里的开路可能会使您的微控制器完全失效，并且短路可能会导致损坏。

此时您的PCB具有最小的有源电路且微控制器没有固件，因此不应该有打开电路板时大电流消耗。如果您还没有，请调整工作台电源的输出电压和电流限制，然后打开电源，看看会发生什么。如果与预期相反，工作台电源的显示屏显示高电流，请再次将其关闭。不要惊慌（说起来容易做起来难）;只需取出万用表和放大镜，然后尝试追踪问题。

检查复位引脚的电压

为确保可靠运行，复位引脚必须具有稳定，干净的电压，完全符合微控制器数据手册中的逻辑高电平或逻辑低电平规范。如果复位引脚为低电平有效，则需要逻辑高电压才能使能微控制器;如果它是高电平有效，则需要逻辑低电压。

如果微控制器在复位引脚上有一个内部上拉（或下拉）电阻，则无需硬件复位功能，您可能没有连接到复位引脚的附加电路。在这种情况下，无需检查复位引脚的电压。但如果您的设计包含复位电路，请测量复位引脚上的电压以确保其可接受。

探测时钟

此步骤为如果您使用内部生成的时钟信号，则不需要（尽管在某些时候您可能需要测量内部时钟以确定其准确的频率）。对于外部时钟，最好使用示波器查看信号。

首先，要获得时钟信号的精确表示并不总是很容易。当振荡器是直接连接到微控制器的晶体时，尤其如此 - 探头引入可能导致振荡频率偏移的阻抗，并且在极端情况下，当应用探头时，电路可以停止振荡。使用晶振时精确测量频率的更好方法是启用微控制器的时钟输出功能，然后探测数字信号（当然，除非能够将程序加载到闪存中，否则无法启用时钟输出）。

如果振荡器信号是缓冲的，就像晶体振荡器模块或硅振荡器一样，您可以在不影响频率的情况下探测振荡器器件的输出。

即使使用晶振但是，你应该能够毫不费力地获得相当准确的测量结果。确保使用10：1探头;与1：1探头相关的附加电容可能会干扰电路。

当你探测其中一个晶体引脚时，你会看到一个频率大约等于晶体指定频率的正弦信号，如以下范围捕获所示。

探测时钟测量来自石英晶体的8 MHz信号

将闪存/调试适配器连接到您的自定义设计

现在我们可以移动连接闪存/调试硬件。请确保在继续之前断开电源。

闪存/调试适配器可以通过某种方式在适配器和PCB上的连接器之间建立连接。通常会有一根电缆，但也许你所拥有的只是单根电线。此外，适配器上可能有多个连接器。确认您使用的连接器符合编程接口标准，并仔细检查PCB上的连接是否与闪存/调试连接器上的引脚排列匹配。但最终，重复检查必须结束;此时你只需插入调试电缆，给PCB上电，并希望不会烧坏。

具有两个连接器选项的闪存/调试适配器示例。 Atmel的形象。

闪存/调试适配器通常具有状态LED，可以为您提供有关内部情况的某种信息 - 例如，设备是由于编程正在进行，微控制器正在调试模式下执行代码。下图给出了闪存/调试状态LED的示例。

JTAG ICE（在线仿真器）设备上的状态LED。  

在您的PC与定制微控制器设计之间建立连接

打开编程工具或IDE（集成开发）环境）并配置您的闪存/调试适配器。然后，尝试建立与微控制器的连接。编程工具或IDE将告诉您它是否有效。

如果它不起作用，请再次检查您的连接。如果连接看起来正确并且您找不到任何其他明显的问题，请不要绝望。查看有关如何根据特定连接情况正确配置软件的信息。此外，如果您的微控制器评估板与定制PCB上的评估板相同或非常相似，则会很有帮助。如果你无法连接到评估板，那么问题可能出在调试适配器或PC软件而不是你的PCB上。

但我们假设一切顺利，你可以连接到你的微控制器没有问题。现在，您可以将自己的固件加载到微控制器中并修改硬件配置。但要小心，并确保熟悉微控制器的低级功能（如数据表中所述）。如果您摆弄错误的配置位或下载严重功能失常的代码，事情就会很快出错。在最坏的情况下，您可以将自己锁定在微控制器之外。

配置时钟

最重要的配置选项之一是时钟。微控制器的默认时钟配置可能不是您想要的。例如，如果您使用的是8位ATmega（PDF），它将配置为默认使用1 MHz内部RC（电阻 - 电容）振荡器。如果需要不同的频率或不同的时钟源，则需要修改硬件配置设置。这可以通过将必要的寄存器修改合并到您的固件中来完成，现在IDE可能会包含一个工具，可以大大简化生成硬件配置代码的过程。

如前一节所述，做出改变时要小心！例如，如果您（意外地）告诉它使用不存在的外部时钟信号，您的微控制器就不会高兴。

下载您的第一个程序

我们已经走了很长一段路，现在是时候将程序加载到微控制器的闪存中了。从简单的事情开始，并且如果可能的话，结合一些基本的视觉反馈（例如，闪烁的LED）。如果您没有LED，只需切换输出引脚并使用示波器进行检查。此时您要做的就是确认代码已成功下载并执行。

在下载测试程序之前，请查找与“擦除”，“程序”和“”相对应的选项。校验。”选择这些选项意味着当您单击下载按钮时会发生三件事：

微控制器的程序存储器将被删除。

与您的代码对应的目标文件将是转移到微控制器并存储在非易失性程序存储器中。

PC软件将回读程序存储器中的数据，以验证在传输过程中或在将目标文件写入的过程中没有引入错误。 flash。

如果下载过程成功，请执行该程序。这可以通过IDE的调试功能或重置微控制器来完成。 （执行重置的最可靠方法是关闭PC和微控制器之间的连接，移除闪存/调试电缆，然后重新启动电路板。）如果您的测试程序有效，恭喜！您的定制PCB - 或至少PCB的微控制器部分 - 工作正常。

组装您的其余设计

此时，关闭闪存/调试连接，拔下电缆，然后关闭PCB电源。现在，您可以焊接其余部件，测试其他电路，并逐步实现所有必要的固件功能。

结论

设计您的第一个基于微控制器的微控制器PCB可能具有挑战性。不过，这是值得的。

记住要一步一步地采取一切，并且当事情最初没有按预期工作时不要气馁。您可以修复或针对组装和测试阶段出现的许多问题提出解决方法。如果你真的拙劣的东西，使用第一个版本的板作为过山车或镇纸，然后回到你的CAD软件。这是一个你不会做两次的错误，也许你已经注意到其他一些改进可以纳入第二个版本。

但如果你对你的原理图和布局工作一样小心，你仔细检查设计的每个关键方面，你很可能会得到一个很棒的定制PCB，可以满足你的需要。