第九章 系統(tǒng)外設(shè)及接口模塊設(shè)計(jì)

嵌入式微處理器系統(tǒng)及應(yīng)用第九章系統(tǒng)外設(shè)及接口模塊設(shè)計(jì)主要內(nèi)容LCD顯示模塊I2C接口與SPI接口UART串行通訊接口USB通訊接口IIS接口的音頻輸出以太網(wǎng)接口LED發(fā)光二極管指示燈模塊LED數(shù)碼管模塊矩陣鍵盤(pán)輸入模塊SD/MMC接口數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊9.1LCD顯示模塊的設(shè)計(jì)LCD屏選擇的考慮因素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L(fǎng)CD模組的數(shù)據(jù)總線(xiàn)寬度LCD屏外圍配合電路9.2I2C接口與SPI接口的設(shè)計(jì)I2C接口：注意信號(hào)線(xiàn)需上拉電阻。SPI接口：注意發(fā)送接收信號(hào)的交叉。考慮總線(xiàn)的最快速率?？紤]選擇器件的工作電壓。9.3UART通訊接口的設(shè)計(jì)發(fā)送接收信號(hào)線(xiàn)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UART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DB9接口考慮針狀還是孔狀接口芯片選擇要注意供電電壓UART通訊接口設(shè)計(jì)原理圖交叉串口線(xiàn)的連接方式9.4USB通訊接口的設(shè)計(jì)差分線(xiàn)的阻抗匹配USB接口的兩根數(shù)據(jù)線(xiàn)是差分?jǐn)?shù)據(jù)線(xiàn)，在USB規(guī)范中，對(duì)其阻抗有一定的要求，為90Ω左右防靜電考慮由于是高速的差分信號(hào)線(xiàn)對(duì)，所以在接口處需要考慮到靜電防護(hù)對(duì)于USBHOST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USBHOST接口設(shè)計(jì)原理圖USBDEVICE接口設(shè)計(jì)原理圖9.5音頻輸出接口的設(shè)計(jì)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)干擾對(duì)模擬信號(hào)的影響9.6以太網(wǎng)接口的設(shè)計(jì)了解MAC與PHY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(MediaAccessControl，介質(zhì)訪(fǎng)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對(duì)于供電要考慮降低電源線(xiàn)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(xiàn)，所以在設(shè)計(jì)的時(shí)候要盡量使電源線(xiàn)的輸入干凈差分線(xiàn)的等長(zhǎng)與阻抗匹配對(duì)于信號(hào)線(xiàn)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(xiàn)，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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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9.7LED指示燈模塊的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)時(shí)考慮工作電流正確地選擇好限流電阻的阻值，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)發(fā)光二極管的兩種控制模式9.8LED數(shù)碼管模塊的設(shè)計(jì)LED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)光二極管封裝的集合在使用數(shù)碼管的時(shí)候，一般需要在外面擴(kuò)展一些邏輯門(mén)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)靜態(tài)或動(dòng)態(tài)控制設(shè)計(jì)要點(diǎn)注意選擇的LED數(shù)碼管的極性：LED數(shù)碼管有共陰與共陽(yáng)兩種類(lèi)型，在設(shè)計(jì)選用的時(shí)候要注意。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)的電流不超過(guò)LED數(shù)碼管的極限值。LED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)9.9矩陣鍵盤(pán)輸入模塊的設(shè)計(jì)W90P710微處理器內(nèi)部集成了一個(gè)矩陣鍵盤(pán)控制器矩陣鍵盤(pán)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(xiàn)和一個(gè)列掃描線(xiàn)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(xiàn)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(pán)輸入模塊設(shè)計(jì)原理圖9.10SD/MMC接口的設(shè)計(jì)SD/MMC數(shù)據(jù)卡接口的標(biāo)準(zhǔn)SPI接口SD接口在W90P710微處理器芯片中，也提供了標(biāo)準(zhǔn)的SD/MMC卡接口信號(hào)線(xiàn)，進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的時(shí)候只需要直接把信號(hào)線(xiàn)連接到SD/MMC卡插座的相應(yīng)引腳上即可注意接口信號(hào)的穩(wěn)定性SD/MMC接口設(shè)計(jì)原理圖引腳號(hào)名稱(chēng)描述1CD/DAT3卡檢測(cè)信號(hào)/數(shù)據(jù)線(xiàn)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(xiàn)08DAT1數(shù)據(jù)線(xiàn)19DAT2數(shù)據(jù)線(xiàn)2SD卡的連接9.11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NANDFLASH作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件NANDFLASH器件的一個(gè)最大特點(diǎn)就是不同型號(hào)