第九章系統(tǒng)外設(shè)及接口模塊設(shè)計

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)計系統(tǒng)外設(shè)及接口模塊設(shè)計主要內(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)存儲模塊數(shù)據(jù)存儲模塊9.1 LCD顯示模塊的設(shè)計顯示模塊的設(shè)計 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)計接口的設(shè)計 I2CI2C接口：注意信號線需上拉電阻。接口：注意信號線需上拉電阻。 SPISPI接口：注意發(fā)送接收信號的交叉。接口：注意發(fā)送接收信號的交叉。 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)計通訊接口的設(shè)計 發(fā)送接收信號線的位置，是否需要交叉發(fā)送接收信號線的位置，是否需要交叉 微處理器引腳中的UART發(fā)送、接收信號與UAR

3、T器件端的發(fā)送、接收信號之間的連接要交叉。也就是說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)計原理圖通訊接口設(shè)計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)計通訊接口的設(shè)計 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)線是差分數(shù)據(jù)線，在USB規(guī)范中，對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線對，所以在接口處需要考慮到靜電防護 對于對于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)范中要求當作為HOST時，USB接口需具備提供500mA電流的能力，這就要考慮到過流與短路的保護問題USB HOST接口設(shè)計原理圖接口設(shè)計原理圖USB DEVICE接口設(shè)計原理圖接口設(shè)計原理圖9.5 音頻輸出接口的設(shè)計音頻輸出接口的設(shè)計 接口信號正確性連接接口信號正確性連接 微處理器端的I2S_DATAI和I2S_DATAO信號需要與解碼芯片端的I2S_DATAI和I2S_DATAO信號交叉連接 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)字信號干

5、擾對模擬信號的影響9.6 以太網(wǎng)接口的設(shè)計以太網(wǎng)接口的設(shè)計 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)訪問控制器)，所以在設(shè)計中，只需要在微處理器外部擴展一個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 對于供電要考慮降低電源線紋波。以太網(wǎng)部分是一個高速、高靈敏的電路，在設(shè)計的時候，一些很小的干擾都會使通訊出現(xiàn)錯誤，而干擾源的主要輸入就是電源線，所以在設(shè)計的時候要盡量使電源線的輸入干凈 差分線的等長與阻抗匹配差分線的等長

6、與阻抗匹配 對于信號線要考慮阻抗匹配。以太網(wǎng)的通訊信號是兩對半雙工的差分信號線，當以太網(wǎng)的通訊速率在高達100Mbps的時候，對信號完整性的要求比較高，這就要求使信號線的阻抗盡可能的匹配，從而保證信號的正確傳輸 時鐘線的處理時鐘線的處理 降低時鐘信號的EMI干擾。以太網(wǎng)的時鐘信號強度比較大，并且是50MHz的高頻信號，中間含有大量的諧波干擾信號，為了減小甚至除去諧波信號，就要特別注意時鐘信號傳播的信號線阻抗盡可能地匹配，從而衰減諧波信號，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)計指示燈模塊的設(shè)計 設(shè)計時考慮工作電流設(shè)計時考慮工作電流 正確地選擇好限流電阻的阻

7、值，可以避免通過發(fā)光二極管的電流過大而造成器件的損害，或者是電流過小造成發(fā)光二極管發(fā)出的亮度不明顯LED指示燈模塊的設(shè)計指示燈模塊的設(shè)計發(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)計數(shù)碼管模塊的設(shè)計 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發(fā)光二極管封裝的集器件，可以把它看做是多個發(fā)光二極管封裝的集合合 在使用數(shù)碼管的時候，一般需要在外面擴展一些在使用數(shù)碼管的時候，一般需要在外面擴展一些邏輯門電路器件，以減少對處理器引腳資源的占邏輯門電路器件，以減少對處理器引腳資源的占用，以及靈活實現(xiàn)靜

8、態(tài)或動態(tài)控制用，以及靈活實現(xiàn)靜態(tài)或動態(tài)控制設(shè)計要點設(shè)計要點 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)碼管有共陰與共陽兩種類型，在設(shè)計選用的時有共陰與共陽兩種類型，在設(shè)計選用的時候要注意。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)通的時候通過的電阻，使得發(fā)光二極管導(dǎo)通的時候通過的電流不超過電流不超過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)計原理圖數(shù)碼管模塊設(shè)計原理圖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)計矩陣鍵盤輸入模塊的設(shè)計 W90P

9、710W90P710微處理器內(nèi)部集成了一個矩陣鍵盤微處理器內(nèi)部集成了一個矩陣鍵盤控制器控制器 矩陣鍵盤輸入模塊的設(shè)計要點：矩陣鍵盤輸入模塊的設(shè)計要點： 每個按鍵都在一個行掃描線和一個列掃描線的交匯點處 在輸入端的引腳上加上拉電阻或者下拉電阻，以保證當沒有鍵被按下的時候輸入值是穩(wěn)定的 注意輸出信號端為OC開漏輸出，這樣可以避免當兩個以上同一掃描線上的鍵被按下的時候造成輸出信號引腳短路矩陣鍵盤輸入模塊設(shè)計原理圖矩陣鍵盤輸入模塊設(shè)計原理圖9.10 SD/MMC接口的設(shè)計接口的設(shè)計 SD/MMCSD/MMC數(shù)據(jù)卡接口的標準數(shù)據(jù)卡接口的標準 SPI接口 SD接口 在在W90P710W90P710微處理器

10、芯片中，也提供了標準微處理器芯片中，也提供了標準的的SD/MMCSD/MMC卡接口信號線，進行電路設(shè)計的卡接口信號線，進行電路設(shè)計的時候只需要直接把信號線連接到時候只需要直接把信號線連接到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 注意接口信號的穩(wěn)定性注意接口信號的穩(wěn)定性SD/MMC接口設(shè)計原理圖接口設(shè)計原理圖引腳引腳號號名稱名稱描述描述1CD/DAT3卡檢測信號/數(shù)據(jù)線32CMD命令信號3VSS地信號4VDD電源5CLK時鐘信號6VSS地信號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)存儲模塊的設(shè)計數(shù)據(jù)存儲模塊的設(shè)計 在本系統(tǒng)的設(shè)計中，使用了在本系統(tǒng)的設(shè)計中，使用了NAND FLASHNAND FLASH作作為數(shù)據(jù)存儲器件為數(shù)據(jù)存儲器件 NAND FLASHNAND FLASH器件的一個最大特點就是不同器件的一個最大特點就是不同型號、不同容量的器件的封裝引腳基本上型號、不同容量的器件的封裝引腳基本上是相同的。這個特點特別有利于模塊化的是相同的。這個特點特別有利于模塊化的設(shè)計