第5章_嵌入式系统常用模块设计讲解.ppt

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嵌入式系统常用外设除了存储设备以外还包括:通信总线及接口(如UART、USB、I2C、SPI等)、人机交互设备(如LCD、键盘、触摸屏等)、其他输入输出设备(如A/D、D/A、PWM等)。 5.1电源模块设计 5.1.1 电源工作原理 系统工作状态 (1)系统挂起模式 只有SDRAM 、处理器功耗管理电路、唤醒电路处于工作状态 (1)系统挂起模式 只有SDRAM 、处理器功耗管理电路、唤醒电路处于工作状态。 以下是进入挂起模式的典型步骤。 ? 用户指定、超时、低电量状态等因素启动了挂起模式 ? 操作系统调用驱动程序把外设调整到节电状态 ? 处理器为保存的寄存器存入SDRAM ? SDRAM进入自刷新模式 ? 处理器进入挂起模式。在该模式下,处理器的主时钟停止,系统中各供电模块关闭。 (2) 系统关闭状态 对ARM系统来说,挂起状态虽然已大大减小了功耗,但系统在挂起状态下也消耗能量,因而需要一种关闭模式,像系统没有电源一样。这种模式在电池耗尽时可以有效保护电池不被损坏;同时可使系统在安装有电池的情况下进行传输和存储。 (3) 软启动 大多数系统需要一种软启动功能,软启动时,处理器被复位 ,但SDRAM里面的内容仍旧保持。目前,大部分编写式系统都选择在SDRAM中存储用户文件,这是一项非常有用的功能。 2.外设耗电考虑 显示及背光 低功耗SDRAM 音频 备用电源 紧急情况 漏电问题 5.1.2 硬件电路设计 电源线与地线设计 (1)电源/电源线设计 尽量加粗电源线的宽度 电源线、地线的走向和数据线传递的方向一致 模拟电路和数字电路部分要独立供电 一种是数字电源与模拟电源,以及数字地与模拟地之间加铁氧体磁珠或电感构成无源滤波电路,如图5-3(a)所示。 另一种是采用多路稳压器的方法,如图5-3(b)所示。 (2)地线设计 地线设计的原则如下所示。 数字地与模拟地分开。如线路板上既有数字电路又有模拟电路,则应使它们尽可能分开。低频电路的地应尽量采用单点并联接地,实际布线有困难时可部分串联后再并联接地。高频电路宜采用多点串联接地,地线应粗而短,高频元件周围应尽量用栅格状大面积地箔。 接地线应尽量加粗。若接地线用很细的线条,则接地点位随电流的变化而变化,使抗噪性能降低。因此应将接地线加粗,使它能通过3倍于电路板上的允许电流。如有可能,接地线应在2~3mm以上。 接地线构成比环路。只由数字电路组成的印制板,其接地电路布成闭环路大多能提高抗噪声能力。 (3)电源滤波设计 电源滤波如图5-4所示。 电源引入出必须考虑低频和高频的滤波。 低频滤波电容均匀分布在PCB上,每个大功率器件应安装一个16uF以上的电解电容或钽电容,并由其所放位置处负载的特性及纹波要求来确定适当的容值。 元器件的每个(组)电源/地均应安装至少一个高频滤波电容。 高频滤波电容必须靠近器件的电源/地引脚。 2.直流电压产生方法 在系统中需要使用+12VDC、+5VDC、+3.3VDC的直流稳压电源,其中,内核工作需3.3V电源,ARM的IO端口工作和部分器件需3.3V电源,为LCD提供5V的直流稳压电源。扩展板的电源模块负责提供核心板和扩展板上电路的供电,采用线性稳压器。 这3种电压的产生方法是+12VDC从外部直接引入,作为整个系统的总电源,一路直接供给作为工作电源,一路分流到LM7805的输入端;LM7805电源稳压芯片的输出端产生+5VDC,一路供给核心板上器件各+5V,一路分流到+3.3VDC稳压芯片ALSlll7的输入端,其输出端产生+3.3VDC。还可以采用线性稳压电源LM1085将DC 5V转换成2.5V。 5.2复位电路 5.2.1 ARM复位原理 1.ARM复位源类型 2.复位工作原理 5.2.2复位硬件电路设计 3.看门狗软件复位 看门狗复位电路主要是利用ARM正常工作时,定时复位计数器,使得计数器的值不超过某一值:当ARM不能正常工作时,由于计数器不能被复位,因此其计数会超过某一值,从而产生复位脉冲,使得ARM恢复正常工作状态。 看门狗复位电路的可靠性主要取决于软件设汁,即将定时问复位电路发出脉冲的程序放在何处,在—般设计中,将此段程序放在定时器中断服务子程序中。 在进行ARM处理器复位电路设计时需要注意如下问题: 要正确理解上电复位.硬件复位、软件复位和测试复位的功能及其之间的区别。当上电复位有效时.可以产生处理器内部硬复位和软复位;当硬件复位时,可以产生处理器内部硬复位和软复位;但是,软件复位只能产生处理器内部的软复位。 在进行具有下电模式的低功耗嵌入式系统复位电路设计时,由于要求上电复位电路的供电来自带有电池的保持电源有效,因此在设计时应尽量选择低功耗器件

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