AT90USBKey硬件使用指南：开启AVR开发新征程

引言

在电子设计的领域中，快速开发和原型验证是至关重要的环节。AVR® AT90USBKey开发套件为设计师提供了一个便捷的平台，能够让他们迅速开始在AVR®上进行代码开发，并对基于AT90USB微控制器家族的新设计进行原型制作和测试。今天，我们就来深入了解一下这款AT90USBKey开发板。

文件下载：AT90USBKEY2.doc

一、AT90USBKey概述

1.1 产品定位

AT90USBKey是专门为AT90USB AVR微控制器设计的开发板。它的设计初衷是让用户能够通过演示软件轻松评估该产品。这块独立的开发板拥有众多板载资源，如USB接口、操纵杆、数据闪存和温度传感器等，极大地增强了其演示能力。

1.2 主要特性

• 软件接口：具备AT90USB QFN64 AVR Studio®软件接口，支持USB设备固件升级（DFU引导加载程序）。
• 电源供应：由“VCC - ON” LED标记电源状态，可提供3.3V稳压电源。电源来源有两种，既可以通过外部电池连接器供电（适用于减少主机或OTG操作），也可以从USB接口获取电源（USB设备总线供电应用）。
• 调试接口：拥有JTAG接口（连接器未安装），可用于片上ISP和使用JTAG ICE进行片上调试。
• 串行接口：配备1个USB全/低速设备/主机/OTG接口。
• 板载资源：包含4 + 1路操纵杆、2个双色LED、温度传感器、串行数据闪存存储器，并且所有微控制器I/O端口可通过2x8引脚头（未安装）访问。
• 复位与启动：设有板载RESET按钮和HWB按钮，HWB按钮可在复位时强制执行引导加载程序部分。
• 系统时钟：采用8 MHz晶体作为系统时钟。

二、AT90USBKey的使用

2.1 电源供应

2.1.1 电源来源

AT90USBKey的板载电源电路支持两种电源配置：

• USB供电：当作为USB设备总线供电应用时，可直接通过USB VBUS电源线获取电源。
• 电池供电：当用作USB主机时，需使用外部电池连接器。此模式下，AT90USBKey可通过其VBUS引脚提供5V电源。电池输入电压范围为8 - 15V DC（最小100mA），需要一个母电池夹。

2.1.2 VBUS生成

在AT90USB微控制器处于USB主机模式时，AT90USBKey需通过其USB迷你AB连接器的VBUS引脚提供5V电源。通过一对晶体管，AT90USB的UVCON引脚可控制VBUS的生成。此时，AT90USBKey由外部电池电源供电。

2.1.3 “POWER - ON” LED

无论电源来源如何，只要向AVRUSBKey供电，“POWER - ON” LED（“D1”）就会一直亮起。

2.2 复位操作

尽管AT90USB本身具有片上RESET电路，但AVRUSBKey为其提供了来自两种不同来源的RESET信号：

• 上电复位：板载RC网络作为上电复位电路。
• 复位按钮：按下AVRUSBKey上的RESET按钮，可对AT90USB进行热复位。
• 主时钟晶体：要使用AT90USB的USB接口，时钟源必须是晶体或外部时钟振荡器（内部8MHz RC振荡器不能用于USB接口操作）。只有2MHz、4MHz、6MHz、8MHz、12MHz、16MHz这些晶体频率才能保证USB正常工作，AT90USBKey默认配备8MHz晶体振荡器。

2.3 板载资源

2.3.1 USB接口

AT90USBKey配备标准USB迷你A - B插座，该插座既可以连接迷你A插头，也可以连接迷你B插头。连接迷你B插头时，AT90USB作为“USB设备”运行；连接迷你A插头时，AT90USB作为“USB主机”运行。

2.3.2 操纵杆

4 + 1路操纵杆为USB应用提供了便捷的用户界面实现方式，可模拟鼠标移动、键盘输入等操作。按下按钮会使相应信号拉低，释放按钮则信号处于高阻状态。用户需在微控制器输入引脚上启用内部上拉电阻，无需在按钮上使用外部上拉电阻。

2.3.3 LED指示灯

AT90USBKey包含2个双色LED（绿色/红色），它们连接到AT90USB的“Port D”高4位（PORTD[4..7]）。要点亮LED，相应端口引脚需驱动高电平；要熄灭LED，相应端口引脚需驱动低电平。

2.3.4 温度传感器

温度传感器采用热敏电阻（R29），具有负温度系数（NTC），即温度降低时电阻增大。热敏电阻是所有无源温度测量传感器中灵敏度最高的，但温度/电阻曲线是非线性的。可通过A/D转换器（连接到通道0）测量NTC上的电压，根据公式[R{T}=left(R{H} cdot V{A D C 0}right) /left(V C C-V{A D C 0}right)]计算热敏电阻值，再根据公式[T=frac{beta}{left(ln frac{R{T}}{R{0}}right)+frac{beta}{T_{0}}}]计算温度。此外，还提供了热敏电阻值与温度的对照表。

2.3.5 数据闪存存储器

为了进行大容量存储类演示，AT90USBKey提供了两个片上串行闪存存储器（AT45DB642D），它们连接到AT90USB的串行端口接口（SPI）。数据闪存芯片选择信号连接到AT90USB的PortE位0和位1。

2.4 系统内编程

2.4.1 USB引导加载程序编程（DFU）

AT90USB默认在片上引导部分预编程了USB引导加载程序，这是通过USB接口直接对设备进行重新编程的最简单、最快的方法。Atmel网站提供的“Flip” PC端应用程序，为通过USB总线重新编程应用提供了灵活且用户友好的界面。要强制执行引导加载程序，需同时按下“RST”和“HWB”按钮，先释放“RST”按钮，再释放“HWB”按钮。注意，HWB引脚仅在HWBE熔丝设置（默认工厂配置）时才有效。

2.4.2 AVR JTAGICEmKII编程

可使用特定的JTAG链接对AT90USB进行编程。若要使用AVR JTAGICEmkII与AT90USBKey配合使用，需将可选的HE10连接器焊接到J9焊盘上，然后将JTAG探头连接到AT90USBKey。当JTAGEN熔丝未编程时，四个TAP引脚为普通端口引脚，TAP控制器处于复位状态；编程后，输入TAP信号内部上拉，JTAG可用于边界扫描和编程。AT90USB设备出厂时此熔丝已编程。

2.5 调试

使用AVR JTAG ICE mkII可对AT90USBKey进行调试。连接JTAG ICE mkII后，调试相关信息可参考AVR Studio®帮助文档。由于AT90USB部件出厂时设置了较高的安全级别，使用JTAG ICE MK II调试时，会先对部件进行芯片擦除操作，片上闪存引导加载程序会被擦除。调试会话结束后，可使用ATMEL网站提供的引导加载程序十六进制文件恢复。

三、故障排除

在使用AT90USBKey过程中，可能会遇到一些问题，以下是常见问题及解决方法：

• “VCC - ON” LED不亮：可能是没有电源供应，需验证电源来源（检查电池电量或USB连接）。
• AVR JTAG ICE探头未连接：将JTAG ICE 10 - PIN插头连接到正确的AVRUSBKey JTAG插头。
• AT90USB无法编程：可能是内存锁定位已编程，需在使用JTAG ICE编程前擦除内存；也可能是熔丝位编程错误，需使用JTAG ICE检查熔丝位；还可以在复位时通过HWB强制执行引导加载程序。
• USB引导加载程序无法连接：JTAG调试会话后引导加载程序被擦除，需使用JTAG重新编程USB引导加载程序。
• 串行/USB电缆未连接或电源关闭：连接串行电缆到RS232（STK500 - AVR ISP）或USB（JATG ICE MKII, AVR ISPmkII），并检查电源连接。
• AVR Studio未检测到AVR JTAG ICE：禁用其他使用PC COM端口的程序，更改PC COM端口，在AVR Studio文件菜单中禁用COM端口自动检测，强制COM端口为正确端口。
• AVR Studio未检测到COM端口：可参考上述解决方法。

四、技术规格

• 系统单元：物理尺寸为L = 90 x W = 30 x H = 8 mm，重量为12 g。
• 工作条件：内部电压供应为3.3V，外部电压供应范围为8V - 15V。
• 连接接口：包括USB迷你AB插座、JTAG连接器（HE10连接器焊盘）、所有端口连接器（J1, J2, J4, J5, J6, J7）和电池连接器（MTA直角），USB通信支持全速/低速。

五、技术支持

若需要技术支持，请联系[e-mail]。请求技术支持时，请提供以下信息：

• 所使用的目标AVR设备（完整部件编号）
• 目标电压和速度
• AVR的时钟源和熔丝设置
• 编程方法（ISP、JTAG或特定引导加载程序）
• AVR工具的硬件版本（可在PCB上找到）
• AVR Studio的版本号（可在AVR Studio帮助菜单中找到）
• PC操作系统和版本/构建
• PC处理器类型和速度
• 问题的详细描述

六、完整原理图和物料清单

文档中提供了AT90USBKey的完整原理图和物料清单，详细列出了各个元件的型号、数量、技术特性和封装等信息，为硬件设计和开发提供了重要参考。

AT90USBKey开发板为电子工程师提供了一个功能丰富、易于使用的开发平台。通过对其特性、使用方法、故障排除等方面的了解，工程师们能够更高效地进行AVR微控制器的开发和应用。你在使用AT90USBKey的过程中遇到过哪些有趣的问题呢？欢迎在评论区分享。