第7章_ARM7系列芯片的外圍電路設(shè)計ppt課件

1、1. 嵌入式硬件系統(tǒng)模塊2. 存儲器電路與設(shè)計3. 鍵盤輸入模塊4. 顯示輸出模塊5. 串行通訊模塊 第7章 ARM7系列芯片的 外圍電路設(shè)計.7.1 嵌入式硬件系統(tǒng)模塊7.1.1最小系統(tǒng)構(gòu)造7.1.2電源電路7.1.3時鐘電路7.1.4復(fù)位電路7.1.5存儲器系統(tǒng).7.1.1 最小系統(tǒng)構(gòu)造 嵌入式微控制器是整個系統(tǒng)的中心，擔(dān)任整個系統(tǒng)的運作，但是它不能獨立任務(wù)，必需配置額外的外圍電路為其提供必要的根本條件。 所謂最小系統(tǒng)構(gòu)造，是指在嵌入式微控制器外部添加盡能夠少的電路模塊，到達一個可以讓嵌入式微控制器獨立任務(wù)的形狀 。 .7.1.2 電源電路電源是電子設(shè)備不可短少的重要組成部分，良好的電源設(shè)

2、計是系統(tǒng)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的保證，在進展硬件系統(tǒng)設(shè)計之前要估算整個系統(tǒng)的整體功率，然后在進展電源芯片的選型，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到硬件系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，以及電磁兼容性。 .電源設(shè)計的思緒運用變壓器將220v交流市電降到7v20v的交流電，然后經(jīng)過整流電路把交流電整流成直流電，經(jīng)過濾波采用線性穩(wěn)壓器件，實現(xiàn)電壓調(diào)理和穩(wěn)壓的作用，將較高的直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)所需的系統(tǒng)任務(wù)電源。 .7.1.3 時鐘電路 基于時序電路的微控制器依托時鐘才干正常任務(wù)。 晶體振蕩器也分為無源晶振也可稱為晶體，crystal和有源晶振也可稱為振蕩器，oscillator2種類型。 .7.1.4 復(fù)位電路 復(fù)位電路是微控制器系統(tǒng)最根

3、本的組成部分，可靠的復(fù)位設(shè)計是保證系統(tǒng)可靠運轉(zhuǎn)的前提條件。由于數(shù)字系一致上電時，其內(nèi)部形狀是不可預(yù)知的，所以復(fù)位電路的功能就是擔(dān)任將微控制器內(nèi)部初始化為某個確定的形狀。 復(fù)位功能 上電復(fù)位 按鍵復(fù)位 .7.1.5 存儲器系統(tǒng)存儲器是計算機系統(tǒng)中用來存放程序和數(shù)據(jù)的記憶設(shè)備。在進展擴展嵌入式存儲器時，普通采用存儲密度較大的存儲器芯片，使其存儲容量與運用軟件的大小相匹配。另外，對于沒有總線接口的微處置器，需求經(jīng)過I/O口模擬總線時序來訪問片外存儲器，或者運用I2C、SPI等串行接口銜接片外存儲器。 .7.2 存儲器電路與設(shè)計7.2.1嵌入式系統(tǒng)中存儲器的分類7.2.2SRAM接口7.2.3SDRA

4、M接口7.2.4PSRAM接口7.2.5NAND FLASH接口7.2.6 NOR FALSH接口7.2.7存儲器與ARM的銜接.7.2.1 嵌入式系統(tǒng)中 存儲器的分類 嵌入式領(lǐng)域中存儲器普通可分為兩大類：隨機訪問存儲器Random Access Memory，RAM和只讀存儲器Read Only Memory，ROM 。 .RAM隨機訪問存儲器RAM也可稱為讀寫存儲器，其存儲單元中的內(nèi)容在機器運轉(zhuǎn)期間可按需隨意讀/寫，且訪問速度與存儲單元的位置無關(guān)，無需經(jīng)過中間電路的驅(qū)動。由于RAM在斷電時將喪失其存儲內(nèi)容，所以主要用于存儲短時間運用的程序。 根據(jù)存儲信息原理的不同， RAM又可以分為SRA

5、MStatic RAM，靜態(tài)隨機存儲器、SDRAMSynchronous Dynamic RAM，同步的動態(tài)隨機存儲器和PSRAMPseudo Static RAM，假靜態(tài)隨機存儲器。 .ROM只讀存儲器ROM是一種只能讀出預(yù)先存儲數(shù)據(jù)的固態(tài)半導(dǎo)體存儲器，其特性是ROM所存的數(shù)據(jù)穩(wěn)定，斷電后數(shù)據(jù)不會改動；其構(gòu)造較簡單，讀出較方便，因此常用于存儲各種固定程序和數(shù)據(jù)。 ROM可以分為掩膜式只讀存儲器MROM、可編程只讀存儲器PROM、可擦可編程序只讀存儲器EPROM、電可擦可編程只讀存儲器E2PROM和閃速存儲器FLASH Memory。 .FLASH存儲器 FLASH是在EPROM和E2PROM

6、 根底上開展起來的，兼有RAM和ROM兩者的優(yōu)點，是一種可在系統(tǒng)In-System進展電擦寫，掉電后信息不喪失的存儲器。其具有高集成度、大容量、高速度、低本錢的特點 。 根據(jù)不同的運用場所，F(xiàn)LASH的實現(xiàn)技術(shù)分為 NOR型FLASH 和NAND型FLASH 。 .7.2.2 SRAM接口SRAM特點具有極高的讀寫速度SRAM屬于易失性存儲器，電源掉電后SRAM中的數(shù)據(jù)將會喪失邏輯構(gòu)造.靜態(tài)RAM的邏輯構(gòu)造存儲矩陣存儲器讀/寫控制邏輯雙向數(shù)據(jù)緩沖器地址譯碼器主要有兩種實現(xiàn)方式：單譯碼方式，雙譯碼方式。 .舉例：IS61LV25616AL芯片 美國ISSI公司的IS61LV25616AL芯片是采

7、用高性能CMOS技術(shù)、高速16位 512KB的SRAM。IS61LV25616AL芯片內(nèi)部邏輯構(gòu)造IS61LV25616AL芯片的引腳描畫 IS61LV25616AL芯片與LPC2100/2200系列的銜接表示圖 .7.2.3 SDRAM接口SDRAM特點數(shù)據(jù)的讀寫需求時鐘來同步，并且需求不斷的刷新電路來保證數(shù)據(jù)的不喪失 可以自在指定地址進展數(shù)據(jù)的讀寫邏輯構(gòu)造.動態(tài)RAM的邏輯構(gòu)造存儲陣列BANK BANK控制邏輯 .舉例：HY57V561620芯片 韓國現(xiàn)代HY57V561620芯片是支持自動刷新Auto-Refresh和自刷新Self-Refresh功能 的 4M4bank16位32M字節(jié)

8、的SDRAM 。HY57V561620芯片引腳描畫 HY57V561620芯片與LPC2100/2200系列的銜接表示圖 .7.2.4 PSRAM接口PSRAM特點內(nèi)部構(gòu)造跟SDRAM類似，外部接口卻跟SRAM類似 PSRAM容量沒有SDRAM密度高，但是比SRAM高很多，支持突發(fā)方式； 價錢上比一樣容量的SDRAM稍貴，卻比SRAM廉價很多； 比較于SDRAM，PSRAM的功耗要低很多 .舉例：MT45W4Mx16PFA芯片 MT45W4Mx16PFA芯片是一種高速、CMOS動態(tài)隨機存取存儲器，其存儲容量為4Meg*16bit的64Mb，適用于低功耗的便攜式運用 。MT45W4Mx16PFA

9、芯片引腳描畫 MT45W4Mx16PFA芯片與LPC2100/2200系列的銜接表示圖 .7.2.5 NAND FLASH接口NAND FLASH接口的特點共用地址線和數(shù)據(jù)線，需求控制信號線來配合數(shù)據(jù)的讀和寫 I/O端口只需8個，不能按字節(jié)隨機編程，適宜于純數(shù)據(jù)和文件存儲。 速度要比NOR型的并行傳輸方式慢很多，讀操作較慢；由于芯片尺寸小，引腳少，NAND型是位本錢bit cost最低的固態(tài)存儲器。 邏輯構(gòu)造.NAND FLASH的邏輯構(gòu)造CPU與NAND FLASH的通訊地址信息、命令信息和數(shù)據(jù)信息只能經(jīng)過I/O7:0進展傳送，地址信息分別對應(yīng)產(chǎn)生出訪問存儲陣列的列地址、頁地址和塊地址。NA

10、ND FLASH以頁528Bytes為單位讀寫數(shù)據(jù)，再以塊32個頁為單位擦除數(shù)據(jù)， NAND FLASH的詳細容量由FLASH上有多少個塊所決議，NAND FLASH中包括三類地址：列地址A7A0、頁地址和塊地址 .舉例：K9F28XXU0C芯片 韓國三星公司的K9F28XXU0C是一個含有4M位備用容量的128M位Flash存儲器，提供16M 8位或8M 16位兩種構(gòu)造 。IS61LV25616AL芯片內(nèi)部邏輯構(gòu)造IS61LV25616AL芯片的引腳描畫 IS61LV25616AL芯片與LPC2100/2200系列的銜接表示圖 .7.2.6 NOR FLASH接口NOR FLASH接口的特點

11、數(shù)據(jù)線和地址線是獨立分開的，所以它可以像SRAM一樣與系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線相連 傳輸效率很高支持芯片內(nèi)執(zhí)行( XIP，eXecute In Place)程序，因此嵌入式系統(tǒng)中經(jīng)常將NOR芯片做啟動芯片運用。 .舉例：SST39V160芯片 SST公司的SST39V160芯片容量為2MB，數(shù)據(jù)寬度為16bit的CMOS 多功能FLASH器件 。SST39V160芯片內(nèi)部邏輯構(gòu)造SST39V160芯片的引腳描畫 SST39V160芯片與LPC2100/2200系列的銜接表示圖 .7.2.7 存儲器與ARM的銜接 詳細銜接方法和原那么 數(shù)據(jù)總線控制總線地址總線存儲器的控制信號主要有芯片使能、讀/寫、讀寫控

12、制、行列地址選擇和時鐘等信號，由這些信號的組合實現(xiàn)了對存儲器的讀寫訪問所特有的時序約束要求。 32位ARM的地址空間為4GB，采用一致編址的方式，即主存地址空間和外設(shè)接口地址空間是一致在同一個地址空間的不同區(qū)間，不同的廠家的處置器的地址空間分配不同。 .7.3 鍵盤輸入模塊7.3.1鍵盤任務(wù)原理7.3.2鍵盤的硬件電路7.3.3鍵盤的驅(qū)動.7.3.1 鍵盤任務(wù)原理鍵盤是嵌入式系統(tǒng)中不可短少的、最根本的輸入設(shè)備。組成鍵盤的按鍵有機械式、電容式、導(dǎo)電橡膠式、薄膜式等多種。按構(gòu)造方式可分為： 非編碼鍵盤 編碼鍵盤主要經(jīng)過硬件方法來產(chǎn)生鍵碼值，鍵盤本身會帶有實現(xiàn)鍵盤功能所必需的硬件電路。優(yōu)點是接口簡單

13、、運用方便；缺陷是硬件電路較復(fù)雜，價錢較貴。主要經(jīng)過軟件方法產(chǎn)生鍵碼值，鍵盤本身只是按鍵開關(guān)組成的行列矩陣，而相應(yīng)的按鍵的識別、鍵碼確實定、去抖動等功能均由程序完成，非編碼鍵盤構(gòu)造簡單，本錢低廉。.7.3.1 鍵盤任務(wù)原理鍵盤接口的功能 去抖動 防串鍵 按鍵識別 鍵碼產(chǎn)生鍵盤接口的任務(wù)原理 檢查能否有鍵按下 去抖動 被按鍵識別 產(chǎn)生鍵碼 .7.3.2鍵盤的硬件電路常用鍵盤按鍵電路普通分為“獨立式按鍵電路、“公用芯片式電路和“矩陣式電路幾種。 .7.3.3 鍵盤的驅(qū)動鍵盤掃描的過程是將行線逐列置成低電平，然后讀取列線形狀，直到列線中出現(xiàn)低電平，這時可知哪一行是低電平；然后將行線與列線的形狀裝入鍵

14、碼存放器，進展按鍵譯碼，得到按下的按鍵的相應(yīng)編碼，這樣就完成了按鍵掃描過程。 .7.4 顯示輸出模塊7.4.17段數(shù)碼管的任務(wù)原理7.4.2LCD的任務(wù)原理.7.4.1 7段數(shù)碼管的工組原理在嵌入式系統(tǒng)中，經(jīng)常用到7段數(shù)碼管顯示器來顯示系統(tǒng)的任務(wù)形狀、運算結(jié)果等各種信息，7段數(shù)碼管顯示器是嵌入式系統(tǒng)與人進展人機對話的一種重要輸出設(shè)備。 .7段數(shù)碼管顯示器中二極管的銜接方法 ： 共陽極接法 共陰極接法 .7.4.2 LCD的任務(wù)原理液晶顯示器 LCDLiquid Crystal Display是一種極低功耗的顯示器，既可以顯示漢字、字符和圖形，又同時具有高明晰度、大信息量、功耗低、體積小、分量輕

15、、超薄等優(yōu)點。被廣泛用于嵌入式系統(tǒng)中的智能儀器、儀表和低功耗電子產(chǎn)品中。 .LED和LCD的區(qū)別 (1) LED普通運用直流電，而LCD需運用交變的電壓。(2) LCD由于本身不發(fā)光，因此較LED更為省電。(3) LED是個發(fā)光源，因此在黑暗中更加醒目， 而且可當(dāng)照明用。(4) LCD較LED陣列的解析度高，因此LCD可顯示 較復(fù)雜的圖形。LCD顯示器的根本原理就是液晶以液態(tài)存在的分子晶體單元本身並不發(fā)光，但是經(jīng)過給不同的晶體單元供電，控制其光線的經(jīng)過與否，從而到達顯示的目的。 .LCD模塊通常LCD模塊分為幾部分： LCM玻璃、背光、PCB 板。點陣的LCD模塊按照驅(qū)動控制器的集成方式， 大可分為兩種：COB和COG； COG是將驅(qū)動控制IC集成到了玻璃里面； COB是把驅(qū)動控制IC焊接在LCD模塊后面的 PCB板上。 .LCD 接口控制器