嵌入式系统设计

《嵌入式电路设计教程》马洪连

1、嵌入式处理器上通常使用频率较低的石英晶体振荡电路作为基准时钟源，通过处理器内部锁相倍频电路得到高频时钟，再进过分频器进行分频。

微处理器功耗与所使用的时钟频率成平方关系。

2、系统复位电路设计

改进型积分复位电路

专用复位芯片构成的复位电路：MAxim MAX705/706、MAX813L、MAX708/709

3、存储系统

寄存器：包含在微处理器内部

高速缓存cache：保存最近用过的值，大大减少访问主存等待时间

主存储器：SDRAM同步动态随机存储器：程序执行代码和数据存储区

辅助存储器：flash：存放程序代码，称为固态盘。在实际使用中引导加载程序存放在固态盘上，加电后传输到主存中执行。

存储器管理单元：MMU

4、系统电源部分设计

AC/DC、DC/DC、转换电路

（1）串联型线性稳压电源：AC-变压-整流-滤波-稳压

变压器：功率、初/次级线圈匝数比

整流：交流电变为单向脉冲直流电（全波、半波、桥式整流）

滤波：脉动直流电变为平滑直流电（LC、RC、π型滤波器）

稳压：使输出直流电压稳定（集成稳压器）

（2）串联开关型稳压电源

脉宽调制型开关电源

（3）无工频变压器开关电源

DC/DC

（1）分立件降压电路

电阻、二极管构成串联型线性降压电路

（2）集成IC型线性稳压器

LM7805(IN 7~35V OUT 5V 1A)78系列需要压差在3v以上才能稳定工作

低压差稳压器（LDO）（国际知名公司：NS、TI、Linear、ON等）

（3）专用直流DC/DC稳压模块

LM2576：综合考虑负载工作正常电流、最大工作电流、输入电源的电压范围

性能：VI VO Vdrop I （mA）纹波（mv）最大消耗功率Pd（w）=通过LDO器件的电流X压差

输入/输出端分别并联一个0.1uf对地电容消除可能产生的高频寄生振荡

同时还要并联10uf以上的电解电容，为了滤波去掉干扰信号

5、信号检测与信息获取电路设计

传感器性能指标：

精度、灵敏度、稳定性、线性范围、频率响应范围

 6、通信接口电路设计

（1）有线通信接口电路

1）UART（通用异步收发器）：输出为标准TTL电平信号，进过专用转换电路可方便实现RS232、RS485等其他标准串行接口通信方式。

微处理器内部一般集成3.3v的LVTTL（低电压形式的TTL标准）电压的UART串行接口（LVTTL:逻辑1对应2~3.3v；0对应0~0.4v）

为了与标准RS-232C串行设备通信，需要采用SP3243或MAX232芯片用于电平转换。

逻辑1对应-3~-15v；逻辑0对应+3v~+15v电平通信。

2）通用串行总线USB

接口提供5v/500mA

Vbus、GND、D+、D-（互相缠绕数据线，用于传输差分信号）

USB2.0(1.5Mbps、12Mbps、480Mbps)

USB2.0(1.5Mbps、12Mbps、480Mbps、5.0Gbps)

3）内部集成电路串行通信

内部集成电路（Inter-IC，简称I2C）串行通信方式是一种双向八位二进制同步串行总线。

标准总线达到100kbps，开漏结构必须连接上拉电阻。

4）串行外围设备接口

串行外设接口（Serial Peripheral Interface，SPI）是一种同步串行总线接口。

通信速率可达到20Mbps

 

（2）无线通信与定位系统接口电路设计

1)蓝牙Bluetooth

2.4Ghz的ISM频段。快速确认和跳频方案。

有效传输距离10m。添加放大器可增加到100m

蓝牙V4.0标准

2）ZigBee无线通信

2.4Ghz或868/915mHZ无线频带。

TI的CC2430 ZigBee芯片

3）GPRS、CDMA与3G通信技术

GPRS(gerneral packet radio system)通用无线分组技术-2.5G

150kbps数据传输速率

华为 EM310GPRS模块

CDMA:码分多址一种扩展频谱多址数据通信技术。

3G：四种标准：CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA、WiMAX

2.1Mbps

4）全球卫星定位系统

GPS(global positioning system)

主要系统4个：

美国全星球导航定位系统（GNSS）（28颗24/4）

欧盟伽利略（Galileo）（50）

俄罗斯格洛纳斯（GLONASS）

中国北斗卫星

7、系统抗干扰与低功耗电路设计

旁路滤波和去耦电容的设计

一般按照CXF=1经验值选取（10Mhz/0.1uf；100Mhz/0.01uf；0.1~0.01uf）

模拟地与数字地仅在一点接地。

交流地和信号地不能共用