第九章系統(tǒng)外設(shè)及接口模塊設(shè)計(jì)

1、嵌入式微處理器系統(tǒng)及應(yīng)用嵌入式微處理器系統(tǒng)及應(yīng)用第九章第九章 系統(tǒng)外設(shè)及接口模塊設(shè)計(jì)系統(tǒng)外設(shè)及接口模塊設(shè)計(jì)主要內(nèi)容主要內(nèi)容 LCDLCD顯示模塊顯示模塊 I I2 2C C接口與接口與SPISPI接口接口 UARTUART串行通訊接口串行通訊接口 USBUSB通訊接口通訊接口 IISIIS接口的音頻輸出接口的音頻輸出 以太網(wǎng)接口以太網(wǎng)接口 LEDLED發(fā)光二極管指示燈模塊發(fā)光二極管指示燈模塊 LEDLED數(shù)碼管模塊數(shù)碼管模塊 矩陣鍵盤輸入模塊矩陣鍵盤輸入模塊 SD/MMCSD/MMC接口接口 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊9.1 LCD顯示模塊的設(shè)計(jì)顯示模塊的設(shè)計(jì) LCDLCD屏選擇的考慮因素屏選擇

2、的考慮因素 LCD模組是否集成有控制器 LCD模組的工作電壓 LCD模組的偏壓極性 LCD模組的數(shù)據(jù)總線寬度 LCDLCD屏外圍配合電路屏外圍配合電路9.2 I2C接口與接口與SPI接口的設(shè)計(jì)接口的設(shè)計(jì) I2CI2C接口：注意信號(hào)線需上拉電阻。接口：注意信號(hào)線需上拉電阻。 SPISPI接口：注意發(fā)送接收信號(hào)的交叉。接口：注意發(fā)送接收信號(hào)的交叉。 考慮總線的最快速率?？紤]總線的最快速率。 考慮選擇器件的工作電壓?？紤]選擇器件的工作電壓。9.3 UART通訊接口的設(shè)計(jì)通訊接口的設(shè)計(jì) 發(fā)送接收信號(hào)線的位置，是否需要交叉發(fā)送接收信號(hào)線的位置，是否需要交叉 微處理器引腳中的UART發(fā)送、接收信號(hào)與UAR

3、T器件端的發(fā)送、接收信號(hào)之間的連接要交叉。也就是說(shuō)UART器件的RX端要接到微處理器的TX端，而UART器件的TX端要接到微處理器的RX端 外部外部DB9DB9接口考慮針狀還是孔狀接口考慮針狀還是孔狀 接口芯片選擇要注意供電電壓接口芯片選擇要注意供電電壓UART通訊接口設(shè)計(jì)原理圖通訊接口設(shè)計(jì)原理圖交叉串口線的連接方式交叉串口線的連接方式9.4 USB通訊接口的設(shè)計(jì)通訊接口的設(shè)計(jì) 差分線的阻抗匹配差分線的阻抗匹配 USB接口的兩根數(shù)據(jù)線是差分?jǐn)?shù)據(jù)線，在USB規(guī)范中，對(duì)其阻抗有一定的要求，為90左右 防靜電考慮防靜電考慮 由于是高速的差分信號(hào)線對(duì)，所以在接口處需要考慮到靜電防護(hù) 對(duì)于對(duì)于USB H

4、OST USB HOST 的供電電流的考慮的供電電流的考慮 USB規(guī)范中要求當(dāng)作為HOST時(shí)，USB接口需具備提供500mA電流的能力，這就要考慮到過(guò)流與短路的保護(hù)問(wèn)題USB HOST接口設(shè)計(jì)原理圖接口設(shè)計(jì)原理圖USB DEVICE接口設(shè)計(jì)原理圖接口設(shè)計(jì)原理圖9.5 音頻輸出接口的設(shè)計(jì)音頻輸出接口的設(shè)計(jì) 接口信號(hào)正確性連接接口信號(hào)正確性連接 微處理器端的I2S_DATAI和I2S_DATAO信號(hào)需要與解碼芯片端的I2S_DATAI和I2S_DATAO信號(hào)交叉連接 編解碼芯片的退耦濾波處理編解碼芯片的退耦濾波處理 音頻編解碼芯片是一個(gè)具有模數(shù)功能的混合芯片，要做好電源的退耦和濾波，減少數(shù)字信號(hào)干

5、擾對(duì)模擬信號(hào)的影響9.6 以太網(wǎng)接口的設(shè)計(jì)以太網(wǎng)接口的設(shè)計(jì) 了解了解MACMAC與與PHYPHY的區(qū)別的區(qū)別 在W90P710微處理器芯片內(nèi)部已經(jīng)集成了10/100M的以太網(wǎng)MAC(Media Access Control，介質(zhì)訪問(wèn)控制器)，所以在設(shè)計(jì)中，只需要在微處理器外部擴(kuò)展一個(gè)PHY（物理接口收發(fā)器）以及相應(yīng)的分離元器件即可 電源部分的退耦濾波處理電源部分的退耦濾波處理 對(duì)于供電要考慮降低電源線紋波。以太網(wǎng)部分是一個(gè)高速、高靈敏的電路，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，一些很小的干擾都會(huì)使通訊出現(xiàn)錯(cuò)誤，而干擾源的主要輸入就是電源線，所以在設(shè)計(jì)的時(shí)候要盡量使電源線的輸入干凈 差分線的等長(zhǎng)與阻抗匹配差分線的等長(zhǎng)

6、與阻抗匹配 對(duì)于信號(hào)線要考慮阻抗匹配。以太網(wǎng)的通訊信號(hào)是兩對(duì)半雙工的差分信號(hào)線，當(dāng)以太網(wǎng)的通訊速率在高達(dá)100Mbps的時(shí)候，對(duì)信號(hào)完整性的要求比較高，這就要求使信號(hào)線的阻抗盡可能的匹配，從而保證信號(hào)的正確傳輸 時(shí)鐘線的處理時(shí)鐘線的處理 降低時(shí)鐘信號(hào)的EMI干擾。以太網(wǎng)的時(shí)鐘信號(hào)強(qiáng)度比較大，并且是50MHz的高頻信號(hào)，中間含有大量的諧波干擾信號(hào)，為了減小甚至除去諧波信號(hào)，就要特別注意時(shí)鐘信號(hào)傳播的信號(hào)線阻抗盡可能地匹配，從而衰減諧波信號(hào)，減小干擾以太網(wǎng)硬件連接關(guān)系圖以太網(wǎng)硬件連接關(guān)系圖9.7 LED指示燈模塊的設(shè)計(jì)指示燈模塊的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)時(shí)考慮工作電流設(shè)計(jì)時(shí)考慮工作電流 正確地選擇好限流電阻的阻

7、值，可以避免通過(guò)發(fā)光二極管的電流過(guò)大而造成器件的損害，或者是電流過(guò)小造成發(fā)光二極管發(fā)出的亮度不明顯LED指示燈模塊的設(shè)計(jì)指示燈模塊的設(shè)計(jì)發(fā)光二極管的兩種控制模式發(fā)光二極管的兩種控制模式9.8 LED數(shù)碼管模塊的設(shè)計(jì)數(shù)碼管模塊的設(shè)計(jì) LEDLED數(shù)碼管也是嵌入式系統(tǒng)中常用的一種顯示用元數(shù)碼管也是嵌入式系統(tǒng)中常用的一種顯示用元器件，可以把它看做是多個(gè)發(fā)光二極管封裝的集器件，可以把它看做是多個(gè)發(fā)光二極管封裝的集合合 在使用數(shù)碼管的時(shí)候，一般需要在外面擴(kuò)展一些在使用數(shù)碼管的時(shí)候，一般需要在外面擴(kuò)展一些邏輯門電路器件，以減少對(duì)處理器引腳資源的占邏輯門電路器件，以減少對(duì)處理器引腳資源的占用，以及靈活實(shí)現(xiàn)靜

8、態(tài)或動(dòng)態(tài)控制用，以及靈活實(shí)現(xiàn)靜態(tài)或動(dòng)態(tài)控制設(shè)計(jì)要點(diǎn)設(shè)計(jì)要點(diǎn) 注意選擇的注意選擇的LEDLED數(shù)碼管的極性：數(shù)碼管的極性：LEDLED數(shù)碼管數(shù)碼管有共陰與共陽(yáng)兩種類型，在設(shè)計(jì)選用的時(shí)有共陰與共陽(yáng)兩種類型，在設(shè)計(jì)選用的時(shí)候要注意。候要注意。 正確選擇串接在每段發(fā)光二極管上的限流正確選擇串接在每段發(fā)光二極管上的限流電阻，使得發(fā)光二極管導(dǎo)通的時(shí)候通過(guò)的電阻，使得發(fā)光二極管導(dǎo)通的時(shí)候通過(guò)的電流不超過(guò)電流不超過(guò)LEDLED數(shù)碼管的極限值。數(shù)碼管的極限值。LED數(shù)碼管模塊設(shè)計(jì)原理圖數(shù)碼管模塊設(shè)計(jì)原理圖4位數(shù)碼管模組的內(nèi)部結(jié)構(gòu)位數(shù)碼管模組的內(nèi)部結(jié)構(gòu)9.9 矩陣鍵盤輸入模塊的設(shè)計(jì)矩陣鍵盤輸入模塊的設(shè)計(jì) W90P

9、710W90P710微處理器內(nèi)部集成了一個(gè)矩陣鍵盤微處理器內(nèi)部集成了一個(gè)矩陣鍵盤控制器控制器 矩陣鍵盤輸入模塊的設(shè)計(jì)要點(diǎn)：矩陣鍵盤輸入模塊的設(shè)計(jì)要點(diǎn)： 每個(gè)按鍵都在一個(gè)行掃描線和一個(gè)列掃描線的交匯點(diǎn)處 在輸入端的引腳上加上拉電阻或者下拉電阻，以保證當(dāng)沒(méi)有鍵被按下的時(shí)候輸入值是穩(wěn)定的 注意輸出信號(hào)端為OC開(kāi)漏輸出，這樣可以避免當(dāng)兩個(gè)以上同一掃描線上的鍵被按下的時(shí)候造成輸出信號(hào)引腳短路矩陣鍵盤輸入模塊設(shè)計(jì)原理圖矩陣鍵盤輸入模塊設(shè)計(jì)原理圖9.10 SD/MMC接口的設(shè)計(jì)接口的設(shè)計(jì) SD/MMCSD/MMC數(shù)據(jù)卡接口的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)卡接口的標(biāo)準(zhǔn) SPI接口 SD接口 在在W90P710W90P710微處理器

10、芯片中，也提供了標(biāo)準(zhǔn)微處理器芯片中，也提供了標(biāo)準(zhǔn)的的SD/MMCSD/MMC卡接口信號(hào)線，進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的卡接口信號(hào)線，進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的時(shí)候只需要直接把信號(hào)線連接到時(shí)候只需要直接把信號(hào)線連接到SD/MMCSD/MMC卡卡插座的相應(yīng)引腳上即可插座的相應(yīng)引腳上即可 注意接口信號(hào)的穩(wěn)定性注意接口信號(hào)的穩(wěn)定性SD/MMC接口設(shè)計(jì)原理圖接口設(shè)計(jì)原理圖引腳引腳號(hào)號(hào)名稱名稱描述描述1CD/DAT3卡檢測(cè)信號(hào)/數(shù)據(jù)線32CMD命令信號(hào)3VSS地信號(hào)4VDD電源5CLK時(shí)鐘信號(hào)6VSS地信號(hào)7DAT0數(shù)據(jù)線08DAT1數(shù)據(jù)線19DAT2數(shù)據(jù)線2SD卡的連接卡的連接9.11 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的設(shè)計(jì) 在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，使用了在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，使用了NAND FLASHNAND FLASH作作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件 NAND FLASHNAND FLASH器件的一個(gè)最大特點(diǎn)就是不同器件的一個(gè)最大特點(diǎn)就是不同型號(hào)、不同容量的器件的封裝引腳基本上型號(hào)、不同容量的器件的封裝引腳基本上是相同的。這個(gè)特點(diǎn)特別有利于模塊化的是相同的。這個(gè)特點(diǎn)特別有利于模塊化的設(shè)計(jì)