嵌入式系統(tǒng)：第3章 最小系統(tǒng)設(shè)計

1、第三章 最小系統(tǒng)設(shè)計3.1 最小系統(tǒng)概述 一個嵌入式處理器自己是不能獨(dú)立工作的，必須給它供電、加上時鐘信號、提供復(fù)位信號，如果芯片沒有片內(nèi)程序存儲器，則還要加上存儲器系統(tǒng)，然后嵌入式處理器芯片才可能工作。這些提供嵌入式處理器運(yùn)行所必須的條件的電路與嵌入式處理器共同構(gòu)成了這個嵌入式處理器的最小系統(tǒng)。而大多數(shù)基于ARM處理器核的微控制器都有調(diào)試接口，這部分在芯片實際工作時不是必需的，但因為這部分在開發(fā)時很重要，所以也把這部分也歸入最小系統(tǒng)中。 3.1 最小系統(tǒng)框圖嵌入式控制器時鐘系統(tǒng)調(diào)試測試接口復(fù)位及其配置系統(tǒng)存儲器系統(tǒng)供電系統(tǒng)(電源)可選，因為許多面向嵌入式領(lǐng)域的微控制器內(nèi)部集成了程序和數(shù)據(jù)存儲

2、器可選，但是在樣品階段通常都會設(shè)計這部分電路嵌入式控制器時鐘系統(tǒng)調(diào)試測試接口復(fù)位及其配置系統(tǒng)存儲器系統(tǒng)供電系統(tǒng)(電源)嵌入式控制器時鐘系統(tǒng)調(diào)試測試接口復(fù)位及其配置系統(tǒng)存儲器系統(tǒng)供電系統(tǒng)(電源)各部件簡介電源供電系統(tǒng)(電源) 電源系統(tǒng)為整個系統(tǒng)提供能量，是整個系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)，具有極其重要的地位，但卻往往被忽略。如果電源系統(tǒng)處理得好，整個系統(tǒng)的故障往往減少了一大半。各部件簡介電源嵌入式控制器時鐘系統(tǒng)調(diào)試測試接口復(fù)位及其配置系統(tǒng)存儲器系統(tǒng)供電系統(tǒng)(電源)供電系統(tǒng)(電源)設(shè)計電源時要考慮的因素：1.輸出的電壓、電流、功率；2.輸入的電壓、電流；3.安全因素；4.輸出紋波；5.電磁兼容和電磁干擾；6.體

3、積限制；7.功耗限制；8.成本限制。各部件簡介電源1.分析需求 LPC1700系列芯片需要4組電源輸入：數(shù)字3.3V、模擬3.3V、RTC電源VBAT3.3V和片內(nèi)的ADC和DAC的參考電壓VREF。因此，理想情況下電源系統(tǒng)需要提供4組獨(dú)立的電源。如果系統(tǒng)的其它部分還有其它電源需求，則還需要更多的末級電源。但如果不使用LPC1768的AD功能，或?qū)D的要求不高，模擬電源和數(shù)字電源可以不分開供電，同時參考電壓也直接使用模擬電壓，RTC模塊直接由內(nèi)部供電或者外加一個電池作為掉電后的供電。各部件簡介電源2.設(shè)計末級電源電路 整個系統(tǒng)在3.3V上消耗的電流與外部條件有很大的關(guān)系，這里假設(shè)電流不超過2

4、00mA，這樣，電源系統(tǒng)3.3V能夠提供600mA電流即可。 分析得到以下參數(shù)：3.3V電源設(shè)計最大電流：600mA；各部件簡介電源2.設(shè)計末級電源電路 在了解功率消耗之后，需要選擇合適的器件。 因為系統(tǒng)對這兩組電壓的要求比較高，且其功耗不是很大，所以不適合用開關(guān)電源，應(yīng)當(dāng)用低壓差模擬電源（LDO）。合乎技術(shù)參數(shù)的LDO芯片很多，1117系列芯片是一個較好的選擇，它的性價比較好，且多個廠家生產(chǎn)，減少采購風(fēng)險。各部件簡介電源SPX1117主要特點：0.8A穩(wěn)定輸出電流；1A穩(wěn)定峰值電流；3V可調(diào)節(jié)；低靜態(tài)電流；0.8A時低壓差為1.1V；0.1%線形調(diào)整率；0.2%負(fù)載調(diào)整率；過流及溫度保護(hù)；多

5、種封裝供選擇。各部件簡介電源3.設(shè)計前級電源電路 盡管1117允許的輸入電壓可達(dá)20V（參考芯片數(shù)據(jù)手冊），但太高的電壓使芯片的發(fā)熱量上升，散熱系統(tǒng)不好設(shè)計，同時影響芯片的性能。這樣，就需要前級電路調(diào)整一下。如果系統(tǒng)可能使用多種電源（如交流電和電池），各種電源的電壓輸出不一樣，就更需要前級調(diào)整以適應(yīng)末級的輸入。通過之前的分析，前級的輸出選擇為5V。選擇5V作為前級的輸出有兩個原因：這個電壓滿足1117的要求；目前很多器件還是需要5V供電的，這個5V可以兼做前級和末級了。 各部件簡介電源3.設(shè)計前級電源電路 根據(jù)系統(tǒng)在5V上消耗的電流和體積、成本等方面的考慮，前級電路可以使用開關(guān)電源，也可以使用

6、模擬電源。 它們的特別如下：開關(guān)電源：效率較高，可以減少發(fā)熱量，因而在功率較大時可以減小電源模塊的體積；模擬電源：電路簡單，輸出電壓紋波較小，并且干擾較開關(guān)電源小得多。各部件簡介電源嵌入式控制器時鐘系統(tǒng)調(diào)試測試接口復(fù)位及其配置系統(tǒng)存儲器系統(tǒng)供電系統(tǒng)(電源)各部件簡介時鐘 目前所有的微控制器均為時序電路，需要一個時鐘信號才能工作，大多數(shù)微控制器具有晶體振蕩器。簡單的方法是利用微控制器內(nèi)部的晶體振蕩器，但有些場合（如減少功耗、需要嚴(yán)格同步等情況）需要使用外部振蕩源提供時鐘信號。 時鐘系統(tǒng)各部件簡介時鐘 目前所有的微控制器均為時序電路，需要一個時鐘信號才能工作，大多數(shù)微控制器具有晶體振蕩器。簡單的方

7、法是利用微控制器內(nèi)部的晶體振蕩器，但有些場合（如減少功耗、需要嚴(yán)格同步等情況）需要使用外部振蕩源提供時鐘信號。 LPC1700X1X2CCXtalLPC1700X1X2CClock使用內(nèi)部振蕩器使用外部時鐘源可以使用穩(wěn)定的時鐘信號源，如有源晶振等。各部件簡介時鐘嵌入式控制器時鐘系統(tǒng)調(diào)試測試接口復(fù)位及其配置系統(tǒng)存儲器系統(tǒng)供電系統(tǒng)(電源)各部件簡介存儲器系統(tǒng) 對于大部分微控制器來說，存儲器系統(tǒng)不是必需的，但如果微控制器沒有片內(nèi)程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，就必須設(shè)計存儲器系統(tǒng)，這一般通過微控制器的外部總線接口實現(xiàn)。存儲器系統(tǒng)各部件簡介存儲器系統(tǒng)LPC2210存儲器系統(tǒng)LPC2210SRAMFLASH嵌入式控制器時鐘系統(tǒng)調(diào)試測試接口復(fù)位及其配置系統(tǒng)存儲器系統(tǒng)供電系統(tǒng)(電源)各部件簡介調(diào)試與測試接口 調(diào)試與測試接口不是系統(tǒng)運(yùn)行必須的，但現(xiàn)代系統(tǒng)越來越強(qiáng)調(diào)可測性，調(diào)試、測試接口的設(shè)計也要重視了。LPC1700有一個內(nèi)置JTAG調(diào)試接口，通過這個接口可以控制芯片的運(yùn)行并獲取內(nèi)部信息。