Atmel ATmega2564 8 位元 AVR 微控制器使用手冊

ATmega2564/1284/644RFR2 是一款低功耗 CMOS 8 位元微控制器，基於 AVR 增強型 RISC 架構，並結合了適用於 2.4 GHz ISM 頻段的高資料速率收發器。
透過在單一時脈週期內執行強大的指令，該裝置可實現接近 1 MIPS/MHz 的吞吐量，從而使系統設計人員能夠優化功耗與處理速度。
該無線電收發器提供 250 kb/s 至 2 Mb/s 的高數據速率、幀處理、出色的接收器靈敏度和高發射輸出功率，從而實現非常強大的無線通訊。

框圖

圖 3-1 框圖

AVR 核心結合了豐富的指令集和 32 個通用工作暫存器。所有 32 個暫存器都直接連接到算術邏輯單元 (ALU)。一個時脈週期內執行的一條指令可以存取兩個獨立的暫存器。由此產生的架構非常高效，同時吞吐量比傳統 CISC 微控制器快十倍。該系統包括內部卷tage 調節和先進的電源管理。其特點是漏電流小，可延長電池的工作時間。
此無線電收發器是一個完全整合的 ZigBee 解決方案，使用最少數量的外部組件。它將卓越的射頻性能與低成本、小尺寸和低電流消耗結合在一起。此無線電收發器包括晶體穩定分數 N 合成器、發射器和接收器，以及具有擴頻和解擴功能的完整直接序列擴頻訊號 (DSSS) 處理。本設備完全相容於IEEE802.15.4-2011/2006/2003和ZigBee標準。 ATmega2564/1284/644RFR2 提供以下功能：具有邊寫邊讀功能的 256K/128K/64K 位元組系統內可編程 (ISP) 快閃記憶體、8K/4K/2K 位元組 EEPROM、32K/16K/8K 位元組 SRAM、多達35 條通用I/O 線、32 個通用工作暫存器、即時計數器(RTC)、6 個具有比較模式和PWM 的靈活定時器/計數器、一個32 位元定時器/計數器、2 個USART、一個面向位元組的2 線串列接口，一個 8 通道、10 位元類比數位轉換器 (ADC)，具有可選的差分輸入tage 具有可程式增益、具有內部振盪器的可程式看門狗定時器、SPI 序列埠、IEEE 標準。符合 1149.1 標準TAG 測試接口，也用於存取片上調試系統和編程以及 6 種軟體可選的省電模式。
空閒模式停止 CPU，同時允許 SRAM、定時器/計數器、SPI 連接埠和中斷系統繼續運作。掉電模式保存暫存器內容，但凍結振盪器，停用所有其他晶片功能，直到下一次中斷或硬體重設。在省電模式下，非同步定時器繼續運行，讓使用者在裝置的其餘部分休眠時維持定時器基數。 ADC 降噪模式會停止 CPU 和非同步定時器和 ADC 之外的所有 I/O 模組，以最大程度地減少 ADC 轉換期間的開關雜訊。在待機模式下，RC 振盪器正在運行，而裝置的其餘部分則處於休眠狀態。這樣可以實現非常快速的啟動和低功耗。在擴展待機模式下，主 RC 振盪器和非同步定時器繼續運作。
CPU 時脈設定為 16MHz 的微控制器和最重要狀態的無線電收發器的典型電源電流如下圖 3-2 所示。

圖 3-2 無線電收發器和微控制器 (16MHz) 電源電流

發射輸出功率設定為最大。如果無線電收發器處於睡眠模式，則電流僅由 AVR 微控制器消耗。
在深度睡眠模式下，所有沒有資料保留要求的主要數位模組都與主電源斷開，從而提供非常小的洩漏電流。看門狗定時器、MAC 符號計數器和 32.768kHz 振盪器可以設定為繼續運作。

此裝置採用 Atmel 的高密度非揮發性記憶體技術製造。
片上 ISP 快閃記憶體允許透過 SPI 串列介面、透過傳統的非揮發性記憶體程式設計器或透過在 AVR 核心上執行的片上引導程式對程式記憶體進行系統內重新編程。引導程式可以使用任何介面將應用程式下載到應用程式Flash記憶體中。
當應用程式快閃記憶體部分更新時，引導快閃記憶體部分中的軟體將繼續運行，從而提供真正的邊讀邊寫操作。 Atmel ATmega8/2564/1284RFR644 將2 位元RISC CPU 與單晶片上的系統內自編程快閃記憶體結合，成為一款功能強大的微控制器，可為許多嵌入式控制應用提供高度靈活且經濟高效的解決方案。
ATmega2564/1284/644RFR2 AVR 由全套程式和系統開發工具支持，包括：C 編譯器、巨集彙編器、程式偵錯器/模擬器、線上模擬器和評估套件。

引腳說明

外延電壓
外部類比電源電壓tage.

德維德
外部數位電源電壓tage.

電源電壓
調節類比電源電壓tage（內部生成）。

影碟
穩壓數位供電量tage（內部生成）。

DVSS
數字地面。

AVSS
模擬接地。

埠 B (PB7…PB0)
端口 B 是一個 8 位元雙向 I/O 端口，具有內部上拉電阻（為每位選擇）。連接埠 B 輸出緩衝器具有對稱驅動特性，具有高灌電流和拉電流能力。作為輸入，如果上拉電阻被激活，則外部拉低的連接埠 B 引腳將提供電流。當重設條件變為活動狀態時，即使時脈未運行，連接埠 B 接腳也會處於三態。
埠B也提供ATmega2564/1284/644RFR2的各種特殊功能的功能。

連接埠 D (PD7…PD0)
端口 D 是一個 8 位元雙向 I/O 端口，具有內部上拉電阻（為每位選擇）。連接埠 D 輸出緩衝器具有對稱驅動特性，具有高灌電流和拉電流能力。作為輸入，如果上拉電阻被激活，被外部拉低的連接埠 D 引腳將提供電流。當重設條件變為活動狀態時，即使時脈未運行，連接埠 D 接腳也會處於三態。
連接埠D也提供ATmega2564/1284/644RFR2的各種特殊功能的功能。

連接埠 E（PE7、PE5…PE0）
內部端口 E 是一個 8 位元雙向 I/O 端口，具有內部上拉電阻（為每位選擇）。連接埠 E 輸出緩衝器具有對稱驅動特性，具有高灌電流和拉電流能力。作為輸入，如果上拉電阻被激活，被外部拉低的連接埠 E 引腳將提供電流。當重設條件變為活動狀態時，即使時脈未運行，連接埠 E 接腳也會處於三態。
由於 QFN48 封裝的引腳數較少，因此連接埠 E6 未連接到引腳。 E連接埠也提供ATmega2564/1284/644RFR2的各種特殊功能的功能。

Port F (PF7..PF5,PF4/3,PF2…PF0)
內部端口F是一個8位元雙向I/O端口，具有內部上拉電阻（為每一位選擇）。 F 連接埠輸出緩衝器具有對稱驅動特性，具有高灌電流和拉電流能力。作為輸入，如果上拉電阻被激活，被外部拉低的連接埠 F 引腳將提供電流。當重設條件變為活動狀態時，即使時脈未運行，連接埠 F 接腳也會處於三態。
由於 QFN48 封裝的引腳數較少，因此連接埠 F3 和 F4 連接到同一引腳。 I/O 配置應謹慎進行，以避免功耗過高。
連接埠F也提供ATmega2564/1284/644RFR2的各種特殊功能的功能。

G 口（PG4、PG3、PG1）
內部端口G是一個6位元雙向I/O端口，具有內部上拉電阻（為每一位選擇）。連接埠 G 輸出緩衝器具有對稱驅動特性，具有高灌電流和拉電流能力。然而，與其他連接埠引腳相比，PG3 和 PG4 的驅動強度有所降低。輸出量tage drop (VOH, VOL) 較高，而漏電流較小。作為輸入，如果上拉電阻被激活，被外部拉低的連接埠 G 引腳將提供電流。當重設條件變為活動狀態時，即使時脈未運行，連接埠 G 接腳也會處於三態。
由於 QFN48 封裝的引腳數較少，連接埠 G0、G2 和 G5 沒有連接到引腳。
連接埠G也提供ATmega2564/1284/644RFR2的各種特殊功能的功能。

AVSS_RFP
AVSS_RFP 是雙向差分 RF I/O 連接埠的專用接地引腳。

AVSS_RFN
AVSS_RFN 是雙向差分 RF I/O 連接埠的專用接地引腳。

徵求建議書
RFP 是雙向差分 RF I/O 連接埠的正極端子。

射頻網路
RFN 是雙向差分 RF I/O 連接埠的負極端子。

RSTN
重置輸入。即使時脈未運行，此引腳上的低電平持續時間超過最小脈衝長度也會產生重設。較短的脈衝不能保證產生重設。

晶振1
反相 16MHz 晶體振盪器的輸入 amp淨化器。一般來說，XTAL1 和 XTAL2 之間的晶體提供無線電收發器的 16MHz 參考時脈。

晶振2
反相16MHz晶體振盪器的輸出 amp擴音器。

尖沙咀
編程和測試模式使能引腳。如果未使用引腳 TST，則將其拉至低電位。

時脈訊號
輸入到時脈系統。如果選擇，它提供微控制器的操作時鐘。

未使用的引腳
浮動引腳可能會導致數位輸入中的功耗tage.它們應該連接到適當的來源。在正常操作模式下，可以啟用內部上拉電阻（在重設中，所有 GPIO 均配置為輸入，且上拉電阻仍未啟用）。
雙向 I/O 接腳不得直接接地或電源。
數位輸入引腳 TST 和 CLKI 必須連接。如果未使用接腳 TST 可連接至 AVSS，而 CLKI 應連接至 DVSS。
輸出引腳由裝置驅動且不浮動。電源引腳和接地引腳在內部連接在一起。
XTAL1 和 XTAL2 不得被迫提供電壓tage 同時。

QFN-48 封裝的相容性和功能限制

阿瑞夫
參考體積tagA/D 轉換器的輸出未連接到 ATmega2564/1284/644RFR2 中的接腳。

E6端口
連接埠 E6 未連接到 ATmega2564/1284/644RFR2 中的接腳。備用引腳用作定時器 3 的時鐘輸入，且外部中斷 6 不可用。

端口 F3 和 F4
連接埠 F3 和 F4 連接到 ATmega2564/1284/644RFR2 中的相同接腳。應仔細進行輸出配置，以避免電流消耗過多。
連接埠 F4 的備用引腳功能由 J 使用TAG 介面.如果 JTAG 使用介面時，連接埠 F3 必須配置為輸入，並且必須停用備用引腳功能輸出 DIG4（RX/TX 指示器）。否則 JTAG 介面將無法工作。應對 SPIEN 熔絲進行編程，以便能夠擦除意外驅動連接埠 F3 的程式。
ADC 僅有 7 個可用的單端輸入通道。

G0端口
連接埠 G0 未連接到 ATmega2564/1284/644RFR2 中的接腳。備用引腳功能 DIG3（反向 RX/TX 指示器）無法使用。如果 JTAG 介面未使用時，F4 埠的 DIG3 復用接腳功能輸出仍可用作 RX/TX 指示燈。

G2端口
連接埠 G2 未連接到 ATmega2564/1284/644RFR2 中的接腳。備用引腳功能 AMR（定時器 2 的非同步自動抄表輸入）無法使用。

G5端口
連接埠 G5 未連接到 ATmega2564/1284/644RFR2 中的接腳。備用引腳功能 OC0B（8 位元定時器 0 的輸出比較通道）無法使用。

瑞斯頓
表示內部重設狀態的 RSTON 重設輸出未連接到 ATmega2564/1284/644RFR2 中的接腳。

配置總結

根據應用需求，可變記憶體大小可以優化電流消耗和洩漏電流。

表 3-1 記憶體配置

裝置	閃光	EEPROM	靜態隨機記憶體
ATmega2564RFR2	256KB	8KB	32KB
ATmega1284RFR2	128KB	4KB	16KB
ATmega644RFR2	64KB	2KB	8KB

對於為應用程式提供完整功能的所有裝置，封裝和相關引腳配置都是相同的。

表 3-2 系統配置

裝置	包裹	通用輸入輸出介面	序列中頻	ADC通道
ATmega2564RFR2	QFN48	33	2 USART、SPI、TWI	7
ATmega1284RFR2	QFN48	33	2 USART、SPI、TWI	7
ATmega644RFR2	QFN48	33	2 USART、SPI、TWI	7

這些裝置針對基於 ZigBee 和 IEEE 802.15.4 規範的應用進行了最佳化。將應用程式堆疊、網路層、感測器介面和出色的電源控制結合在一個晶片中，並運行多年應該是可能的。

表 3-3 應用專業版file

裝置	應用
ATmega2564RFR2	適用於 IEEE 802.15.4 / ZigBee Pro 的大型網路協調器/路由器
ATmega1284RFR2	IEEE 802.15.4 網路協調器/路由器
ATmega644RFR2	終端節點設備/網路處理器

應用電路

基本應用原理圖

單端射頻連接器的 ATmega2564/1284/644RFR2 的基本應用原理圖如下圖 4-1 所示，相關物料清單請參閱第 4 頁表 1-10。差分RF 連接埠阻抗。電容器 C50 和 C100 提供 RF 輸入到 RF 連接埠的交流耦合，電容器 C1 改善匹配。

圖 4-1。基本應用原理圖（48引腳封裝）

電源旁路電容器（CB2、CB4）連接到外部類比電源引腳（EVDD，引腳 44）和外部數位電源引腳（DEVDD，引腳 16）。電容器 C1 提供 RFN/RFP 所需的交流耦合。
浮動引腳可能會導致功耗過大（例如，在通電期間）。它們應該連接到適當的來源。 GPIO 不得直接接地或連接電源。
數位輸入引腳 TST 和 CLKI 必須連接。如果引腳 TST 永遠不會被使用，則可以將其連接到 AVSS，而未使用的引腳 CLKI 可以連接到 DVSS（請參閱「未使用的引腳」章節）。
電容 CB1 和 CB3 是整合類比和數位音量的旁路電容。tage調節器，以確保穩定運作並提高抗噪能力。
電容器應盡可能靠近引腳放置，並且應具有低電阻和低電感接地連接，以實現最佳性能。

晶體 (XTAL)、兩個負載電容器 (CX1、CX2) 以及連接到引腳 XTAL1 和 XTAL2 的內部電路構成了 16GHz 收發器的 2.4MHz 晶體振盪器。為了實現參考頻率的最佳精度和穩定性，必須避免大的寄生電容。晶體線的佈線應盡可能短，並且不要靠近數位 I/O 訊號。這對於高數據速率模式尤其需要。
連接到內部低功耗（低於32.768μA）晶體振盪器的1 kHz 晶體為所有低功耗模式提供穩定的時間參考，包括32 位元IEEE 802.15.4 符號計數器（「MAC 符號計數器」）和使用非同步的即時時鐘應用。
兩個引腳上的總並聯電容（包括 CX3、CX4）不應超過 15pF。
振盪器的電源電流非常低，因此需要仔細佈局 PCB，並且必須避免任何洩漏路徑。
將數位訊號切換到晶體引腳或 RF 引腳時產生的串擾和輻射會降低系統效能。建議對數位輸出訊號的最小驅動強度設定進行程式設計（請參閱「DPDS0 – 連接埠驅動強度暫存器 0」）。

表 4-1。物料清單 (BoM)

代號	描述	價值	製造商	零件編號	評論
B1	貼片巴倫貼片巴倫/濾波器	2.4GHz	伍爾特約翰遜技術公司	748421245 2450FB15L0001	包括過濾器
CB1 CB3	低壓差穩壓器旁路電容	1 mF（最小 100nF）	AVX 村田	0603YD105KAT2A GRM188R61C105KA12D	X5R (0603) 10％16V
CB2 CB4	電源旁路電容	1 mF（最小 100nF）	AVX 村田	0603YD105KAT2A GRM188R61C105KA12D	X5R (0603) 10％16V
CX1、CX2	16MHz晶振負載電容	12皮法	AVX 村田	06035A120JA GRP1886C1H120JA01	重心 (0603) 5％50V
CX3、CX4	32.768kHz晶振負載電容	12 … 25 皮法
C1、C2	射頻耦合電容	22皮法	Epcos 愛普科斯 AVX	B37930 B37920 06035A220JAT2A	C0G 5% 50V （0402 或 0603）
C4（可選）	射頻匹配	0.47皮法	約翰泰克
晶振	水晶	CX-4025 16兆赫 SX-4025 16 兆赫	ACAL 泰特延西沃德	XWBBPL-F-1 A207-011
晶體 32kHz	水晶				Rs=100 kOhm

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