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5、接口技术与硬件设计.ppt

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第6章 接口技术与硬件设计,请使用Office2003以上版本播放,第6章 目录,1.最小系统 2.片内外设 3.总线接口 4.其它外设,第6章 目录,1.最小系统 2.片内外设 3.总线接口 4.其它外设,6.1 最小系统,简介,一个嵌入式处理器自己是不能独立工作的,必须给它供电、加上时钟信号、提供复位信号,如果芯片没有片内程序存储器,则还要加上存储器系统,然后嵌入式处理器芯片才可能工作。这些提供嵌入式处理器运行所必须的条件的电路与嵌入式处理器共同构成了这个嵌入式处理器的最小系统。而大多数基于ARM7处理器核的微控制器都有调试接口,这部分在芯片实际工作时不是必需的,但因为这部分在开发时很重要,所以也把这部分也归入最小系统中。,6.1 最小系统,简介,可选,因为许多面向嵌入式领域的微控制器内部集成了程序和数据存储器,——最小系统框图,可选,但是在样品阶段通常都会设计这部分电路,各部件简介,——电源,供电系统 (电源),电源系统为整个系统提供能量,是整个系统工作的基础,具有极其重要的地位,但却往往被忽略。如果电源系统处理得好,整个系统的故障往往减少了一大半。,各部件简介,——电源,设计电源时要考虑的因素: 1.输出的电压、电流、功率; 2.输入的电压、电流; 3.安全因素; 4.输出纹波; 5.电池兼容和电磁干扰; 6.体积限制; 7.功耗限制; 8.成本限制。,对于LPC2200系列微控制器,它有4组电源输入。理想情况下需要提供4组独立的电源,它们需要单点接地或大面积接地。甚至还有为系统中其它的部件提供更多种类的电源。但如果没有使用LPC2000内部的AD功能,或对AD的要求不高,模拟电源和数字电源可以不分开供电。这样LPC2200和LPC210x都只需要两组电源。,各部件简介,——电源,1.分析需求LPC2000系列微控制所需要的电源类型:,V3.3D表示数字电源, V3.3A表示模拟电源。 LPC2104/05/06无模拟和数字之分。,各部件简介,——电源,2.设计末级电源电路LPC2000系列微控制1.8V消耗电流的极限值为70mA。为了保证可靠性并为以后升级留下余量,则电源系统1.8V能够提供的电流应当大于300mA。整个系统在3.3V上消耗的电流与外部条件有很大的关系,这里假设电流不超过200mA,这样,电源系统3.3V能够提供600mA电流即可。分析得到以下参数: 3.3V电源设计最大电流:600mA; 1.8V电源设计最大电流:300mA。,各部件简介,——电源,2.设计末级电源电路在了解功率消耗之后,需要选择合适的器件。因为系统对这两组电压的要求比较高,且其功耗不是很大,所以不适合用开关电源,应当用低压差模拟电源(LDO)。合乎技术参数的LDO芯片很多,Sipex 半导体SPX1117是一个较好的选择,它的性价比较好,且有一些产品可以与它直接替换,减少采购风险。,各部件简介,——电源,SPX1117主要特点:0.8A稳定输出电流;1A稳定峰值电流;3V可调节;低静态电流;0.8A时低压差为1.1V;0.1%线形调整率;0.2%负载调整率;过流及温度保护;多种封装供选择。,各部件简介,——电源,3.设计前级电源电路尽管SPX1117允许的输入电压可达20V(参考芯片数据手册),但太高的电压使芯片的发热量上升,散热系统不好设计,同时影响芯片的性能。这样,就需要前级电路调整一下。如果系统可能使用多种电源(如交流电和电池),各种电源的电压输出不一样,就更需要前级调整以适应末级的输入。通过之前的分析,前级的输出选择为5V。选择5V作为前级的输出有两个原因: 这个电压满足SPX1117的要求; 目前很多器件还是需要5V供电的,这个5V可以兼做前级和末级了。,各部件简介,——电源,3.设计前级电源电路根据系统在5V上消耗的电流和体积、成本等方面的考虑,前级电路可以使用开关电源,也可以使用模拟电源。 它们的特别如下: 开关电源:效率较高,可以减少发热量,因而在功率较大时可以减小电源模块的体积; 模拟电源:电路简单,输出电压纹波较小,并且干扰较开关电源小得多。,各部件简介,——电源,模拟电源,开关电源,各部件简介,——时钟,目前所有的微控制器均为时序电路,需要一个时钟信号才能工作,大多数微控制器具有晶体振荡器。简单的方法是利用微控制器内部的晶体振荡器,但有些场合(如减少功耗、需要严格同步等情况)需要使用外部振荡源提供时钟信号。,时钟系统,各部件简介,——时钟,目前所有的微控制器均为时序电路,需要一个时钟信号才能工作,大多数微控制器具有晶体振荡器。简单的方法是利用微控制器内部的晶体振荡器,但有些场合(如减少功耗、需要严格同步等情况)需要使用外部振荡源提供时钟信号。,使用内部振荡器,使用外部时钟源,可以使用稳定的时钟信号源,如有源晶
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