第2部分嵌入式硬件系统设计课件

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1、第第2部分部分 嵌入式系统硬件设计嵌入式系统硬件设计6/24/20231哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程系通信工程系第五节嵌入式硬件系统设计6/24/20232哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系嵌入式系统的基本设计过程6/24/20233哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系嵌入式系统设计开发不同于桌面系统，它非常嵌入式系统设计开发不同于桌面系统，它非常受制于功能和具体的应用环境，所以嵌入式系统的受制于功能和具体的应用环境，所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求：设计具有一些特殊的要求：n接口方便、操作容易接口方便、操作容易n稳定

2、可靠、维护简便稳定可靠、维护简便n功耗管理、降低成本功耗管理、降低成本n功能实用、便于升级功能实用、便于升级n并发处理、及时响应并发处理、及时响应嵌入式系统的设计要求嵌入式系统的设计要求6/24/20234哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系需要软硬件综合开发，二者密切相关。需要软硬件综合开发，二者密切相关。原因：原因：n任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体n一旦嵌入式产品研发完成，软件就固化在硬件环一旦嵌入式产品研发完成，软件就固化在硬件环境中，嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发境中，嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的

3、，是专用的。的，是专用的。嵌入式系统的这一特点，决定了嵌入式应用开嵌入式系统的这一特点，决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法。发方法不同于传统的软件工程方法。嵌入式系统开发特点嵌入式系统开发特点6/24/20235哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系嵌入式系统设计的主要步骤n以自顶向下的角度来看，系统设计从系统需求分析开始；第二步是规格说明，在这一步我们对需设计的系统功能进行更细致地描述，这些描述并不涉及系统的组成；第三步是系统结构设计，在这一阶段以大的构件为单位设计系统内部详细构造，明确软、硬件功能的划分；第四步是构件设计，它包括系统程序模块设计、专用硬件

4、芯片选择及硬件电路设计；第五步是系统集成，在完成了所有构件设计的基础上进行系统集成，构造出所需的完整系统。需求分析规格说明体系结构设计构件设计系统调试与集成6/24/20236哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系 嵌入式系统设计过程嵌入式系统设计过程6/24/20237哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系需求分析与规格说明n在设计之前，我们必须清楚要设计什么。在设计的最初阶段，我们应从客户那里收集系统功能的非形式描述，在此称其为需求；对需求进行提炼，以得到系统的规格说明，规格说明中应包含我们进行系统体系结构设计所需的足够信息。n在此把需求和规格说

5、明区分开是必要的，因为嵌入式系统的用户不是专业人员，他们对系统的描述是建立在他们想象的、系统应具备的功能基础上，对系统可能有些不切实际的期望，表达要求时使用自己的话而不是专业术语。因而，必须将用户的描述转化为系统设计者的描述，从用户的需求中整理形成正式的规格说明。6/24/20238哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系用户需求的格式n用户需求通常包括功能部分和非功能部分。非功能部分需求主要指：性能、价格、尺寸和重量、功耗等。右边表是一个在系统设计的初始阶段使用的需求说明表格样本，该表格用简练、清晰的语句描述系统的基本需求。项项目目说说明明名称目的输入输出功能性能生产成本

6、功耗尺寸和重量6/24/20239哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系GPS移动地图系统移动地图系统:示例示例项项目目说说明明名称GPS移动地图目的为司机等用户提供图形状的移动地图输入一个电源开关、两个操作按钮、GPS信号输入输出LCD显示器，分辨率为400600功能可接5种GPS接收器；三种用户可选的地图比例；总是显示当前经纬度性能0.25秒内即可更新一次屏幕，常温下工作生产成本1500元（人民币）功耗四节电池供电应连续工作8小时，功耗约100mW尺寸和重量尺寸不大于20cm30cm，重量不大于0.25公斤GPS移动地图是一种手持设备，该设备为用户（如汽车驾驶员）显示

7、他当前所处位置周围的地图；显示的地图内容应随用户以及该设备所处位置的改变而改变。该设备从GPS上得到其位置信息，移动地图的显示看起来应类似纸张上的地图。针对用户的初步要求，我们编写出如右表所示的系统需求表。6/24/202310哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系描述规格说明的工具n规格说明应更精确地反映用户的需求，它是设计者在设计时必须明确遵循的要求。规格说明应小心编写，描述应足够清晰，不能有歧义，以便别人可以通过它来验证设计是否达到要求。规格说明中通常只描述系统应做什么，而不描述系统该怎么做。n描述规格说明的工具可采用统一建模语言（UML）。UML语言是一种面向对象

8、的建模语言，它是软件工程课程中详细讲解的内容。6/24/202311哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系体系结构设计 n系统结构设计的目的是描述系统如何实现系统的功能，它是系统整体结构的一个计划。右图以框图的形式描述了GPS移动地图的体系结构，图中展示了移动地图的主要操作和其间的数据流。框图仍很抽象，还没有规定软件完成什么，专用硬件完成什么，等等。但该图还是清楚地描述了许多功能，如需搜索地形图数据库、需显示地图、需接收GPS信号等。GPS接收 器信号搜 索引擎显 示控制显示器数 据库用 户接口6/24/202312哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程

9、系系系统硬件体系结构 显示器显示控制器(含显缓)存储器GPS信号接收器CPUI/O接口6/24/202313哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系系统软件体系结构GPS接口程序数据库查询输入/输出控制程序显示控制定时器6/24/202314哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系构件设计 n体系结构设计中告诉我们需要什么样的构件，而构件设计中就是设计或选择符合体系结构和规格说明中所需求的构件。构件通常既包括硬件，如FPGA、电路板等，也包括软件模块。n一些硬件构件是现成的。现成的硬件构件即有标准构件，也有专用构件，例如CPU芯片，存储器芯片等就是标准构

10、件，而在移动地图中GPS接收器就是专用构件。同样地，软件构件也可利用标准软件模块，如地图数据库及数据库标准访问例程及函数。n更多的情况下，我们需要自己设计一些构件，即使采用标准的集成电路，也必须设计连接它们的印刷电路板，同时，需做大量的定制编程。当然，建立嵌入式软件模块时，必须确保系统实时性良好，并且在允许的范围内不占用更多的存储空间。在移动地图这个例子中，电能消耗特别重要，设计时应尽量减少存储器读/写，因为存储器访问是主要的功耗来源，存储器的访问必须精心安排，以避免多次读取相同的数据。6/24/202315哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系系统调试与集成 n只有建立

11、构件后，才能将它们合并得到一个可以运行的系统。当然在系统集成阶段并不是仅仅把所有的构件连接在一起就行，通常都会发现以前设计上的错误。在系统集成时按阶段构架系统，并每次只对一部分模块排错，能够更容易地发现并定位错误。我们必须确保在体系结构和各构件设计阶段尽可能按阶段集成系统，并相对独立地测试系统功能。系统集成时要准确定位出现的错误是非常困难的，在这一阶段，设计者的专业知识和经验将起很大的作用。6/24/202316哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系需要使用交叉编译器，进行交叉开发。需要使用交叉编译器，进行交叉开发。n交叉编译器交叉编译器(Cross-compiler)：

12、是一种运行在通用：是一种运行在通用计算机上的、但是能够生成在另一种处理器上运行计算机上的、但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器。的目标代码的编译器。n交叉开发交叉开发：在一台通用计：在一台通用计算机上进行软件的编辑、算机上进行软件的编辑、编译，然后下载到嵌入式编译，然后下载到嵌入式系统中运行调试。系统中运行调试。嵌入式系统软件的开发模式嵌入式系统软件的开发模式宿主机宿主机目标机目标机6/24/202317哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系嵌入式硬件系统设计：背景知识n计算机体系结构n电子学概览6/24/202318哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)

13、通信工程通信工程系系计算机体系结构n包括处理器、系统体系结构、总线、寄存器、寻址模式、大端小端、中断等重要概念。nRISC和CISC处理器n存储器n并行处理nI/O设备6/24/202319哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系电子学概览n电压和电流、模拟信号、功率、电阻、电容、RC电路、电感、二极管、晶振、数字信号n理解电路原理图n阅读技术手册6/24/202320哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系基于基于S3C2410S3C2410的教学科研平台的教学科研平台 6/24/202321哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系

14、流程简介n芯片选择n原理图nPCBn制板6/24/202322哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系6/24/202323哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系6/24/202324哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系6/24/202325哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系基于基于S3C2410S3C2410的教学科研平台的教学科研平台 6/24/202326哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系S3c2410S3c2410处理器概述处理器概述n韩国三星公司推出的基于韩国三星公司

15、推出的基于ARM920TARM920T内内核和核和AMBAAMBA总线的微处理器；总线的微处理器；n使用使用0.18um CMOS0.18um CMOS标准宏单元和存储标准宏单元和存储器单元工艺；器单元工艺；n集成集成LCDLCD、UARTUART、IICIIC、SPISPI、IISIIS、USBUSB、SDSD控制器等片内外围设备；控制器等片内外围设备；n支持支持ROMROM和和NAND NAND FlashFlash引导引导；n适合面向手持设备应用，功耗较低；适合面向手持设备应用，功耗较低；n适合成本敏感、应用环境较好的的适合成本敏感、应用环境较好的的消费类电子产品。消费类电子产品。6/2

16、4/202327哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系ARM920T内核结构6/24/202328哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系S3C2410的内部结构6/24/202329哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系2410的存储器系统 可通过软件选择大小端 地址空间:每个Bank 128Mbytes(总共 1GB)除 bank0(16/32-bit)外，所有的Bank都可以通过编程选择总线宽度=(8/16/32-bit)共 8 个banksn6个Bank用于控制 ROM,SRAM,etc.n剩余的两个Bank用于控制 RO

17、M,SRAM,SDRAM,etc.7个Bank固定起始地址；最后一个Bank可调整起始地址；最后两个Bank大小可编程所有Bank存储周期可编程控制；6/24/202330哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系S3C2410的存储器配置6/24/202331哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系NandFlash启动装载器启动装载器n支持支持NandFlash启动启动n4K字节的内部字节的内部BUFFER用于启动用于启动n启动后支持启动后支持NandFlash作为存储作为存储设备设备6/24/202332哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工

18、程通信工程系系 Nand Flash控制器1、闪存存储器技术分类、闪存存储器技术分类 全球闪速存储器的主要供应商有全球闪速存储器的主要供应商有AMD、ATMEL、Fujistu、Hitachi、Hyundai、Intel、Micron、Mitsubishi、Samsung、SST、SHARP、TOSHIBA。由于各自技术架构的不同，分为几大阵营：由于各自技术架构的不同，分为几大阵营：NOR 技术，技术，NAND技术，技术，AND技术以及由技术以及由EEPROM派生的派生的闪存存储器。现在闪存存储器。现在NOR FLASH与与NAND FLASH用得比用得比较多。较多。6/24/202333哈尔

19、滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系 Samsung、TOSHIBA和和Fujistu 支持支持NAND技技术术Flash存储器。存储器。这种结构的闪速存储器适合于纯数据和文件存这种结构的闪速存储器适合于纯数据和文件存储，主要作为储，主要作为Smart Media卡、卡、Compact Flash卡、卡、PCMCIA ATA卡、固态盘的存储介质，并正成为闪卡、固态盘的存储介质，并正成为闪速磁盘技术的核心。速磁盘技术的核心。Nand Flash控制器6/24/202334哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系nNAND Flash存储器特点n（1）以页（

20、256B或512B）为单位读和编程，以块（4K或8K或16K）为单位擦除；n（2）串行读取，数据、地址采用同一总线；n（3）尺寸小、引脚少、成本低。Nand Flash控制器6/24/202335哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系nNAND Flash 工作原理工作原理Nand Flash控制器6/24/202336哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系Bank6/Bank7地址分布6/24/202337哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系Bank0总线宽度配置6/24/202338哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)

21、通信工程通信工程系系与2片8位的ROM连接方法6/24/202339哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系与1片16位的ROM连接6/24/202340哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系S3C2410与2片8的FLASH的连接方法6/24/202341哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系与1片16M的SDRAM的连接方法6/24/202342哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系与1片16M的SDRAM的连接方法6/24/202343哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系基于基于

22、LPC2000LPC2000系列系列的最小系统设计的最小系统设计6/24/202344哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系最小系统n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。6/24/202345哈尔滨工业大学

23、哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系最小系统n简介嵌入式控制器嵌入式控制器时钟系统时钟系统调试测试接口调试测试接口复位及其复位及其配置系统配置系统存储器系统存储器系统供电系统供电系统(电源电源)可选，因为许多面向嵌入可选，因为许多面向嵌入式领域的微控制器内部集式领域的微控制器内部集成了程序和数据存储器成了程序和数据存储器最小系统框图可选，但是在样可选，但是在样品阶段通常都会品阶段通常都会设计这部分电路设计这部分电路6/24/202346哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系嵌入式控制器时钟系统调试测试接口复位及其配置系统存储器系统供电系统(电源)嵌入式控制器嵌入

24、式控制器时钟系统时钟系统调试测试接口调试测试接口复位及其复位及其配置系统配置系统存储器系统存储器系统供电系统(电源)n各部件简介电源供电系统供电系统(电源电源)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。6/24/202347哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系n各部件简介电源嵌入式控制器嵌入式控制器时钟系统时钟系统调试测试接口调试测试接口复位及其复位及其配置系统配置系统存储器系统存储器系统供电系统(电源)供电系统供电系统(电源电源)设计电源时要考虑的因素：1.输出的电压、电

25、流、功率；2.输入的电压、电流；3.安全因素；4.输出纹波；5.电磁干扰；6.体积限制；7.功耗限制；8.成本限制。6/24/202348哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系 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LPC210 x都只需要两组电源。n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：电压电压 型号型

26、号3.3V1.8VLPC210 xV3.3V1.8LPC22xxV3.3D、V3.3AV1.8D、V1.8ALPC213xV3.3D、V3.3A无无V3.3D表示数字电源，表示数字电源，V3.3A表示模拟电源。表示模拟电源。LPC2104/05/06无模拟和数字之分。无模拟和数字之分。6/24/202349哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系6/24/202350哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系n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1.8

27、V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。6/24/202351哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系n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

28、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。6/24/202352哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系n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；0.8A0.8A时低压差为时低压差为1.1V1.1V；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。6/24/202353哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系n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

29、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。6/24/202354哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系n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

30、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。6/24/202355哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系n各部件简介电源开关电源模拟电源6/24/202356哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系嵌入式控制器嵌入式控制器时钟系统调试测试接口调试测试接口复位及其复位及其配置系统配置系统存储器系统存储器系统供电系统供电系统(电源电源)n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

31、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。时钟系统时钟系统6/24/202357哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系n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。LPC2000X1X2CCXtalLPC2000X1X2CClock使用内部振荡器使用外部时钟源可以使用稳定的可以使用稳定的时钟信号源，如时钟信号源，如有源晶振等。有源晶振等。6/24/202358哈尔滨工业大

32、学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系嵌入式控制器嵌入式控制器时钟系统时钟系统调试测试接口调试测试接口复位及其配置系统存储器系统存储器系统供电系统供电系统(电源电源)n各部件简介复位及其芯片配置 微控制器在上电时状态并不确定，这造成微控制器不能正确工作。为解决这个问题，所有微控制器均有一个复位逻辑，它负责将微控制器初始化为某个确定的状态。这个复位逻辑需要一个复位信号才能工作。一些微控制器自己在上电时会产生复位信号，但大多数微控制器需要外部输入这个信号。这个信号的稳定性和可靠性对微控制器的正常工作有重大影响。复位及其复位及其配置系统配置系统6/24/202359哈尔滨工业大学哈尔滨工业

33、大学(威海威海)通信工程通信工程系系n各部件简介复位及其芯片配置 复位电路可以使用简单的阻容复位，这个电路成本低廉，但不能保证任何情况产生稳定可靠的复位信号，所以一般场合需要使用专门的复位芯片。阻容复位6/24/202360哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系n各部件简介复位及其芯片配置 常用的复位专用芯片有CATALYST公司的CAT800系列，Sipex公司的SP700系列和SP800系列。为了适应嵌入式系统的应用，这些公司还推出带有EEPROM存储器和看门狗的复位芯片，这可以降低系统成本和缩小产品体积，减少元件数量也有利于系统的稳定性。如果系统不需要手动复位功能，

34、可以选择CAT809。如果需要手动复位功能，可以选择SP705/706、SP708SCN。种类繁多的复位芯片可以满足不同工作电压和不同复位方式的系统，这里仅介绍其中部分。注意：复位芯片的复位门槛的选择至关重要，一般应当选择微控制器的IO口供电电压范围为标准。LPC2000这个范围为：3.0V3.6V，所以选择复位门槛电压为2.93V，即电源电压低于2.93V时产生复位信号。6/24/202361哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系n各部件简介复位及其芯片配置CAT809CAT8093脚微控制器电源监控电路：低有效复位；在工业级温度范围的应用中可直接代替MAX809；Vc

35、c低至1.0V时，复位信号仍然有效；6uA的电源电流；抗电源的瞬态干扰；紧凑的3脚SOT23和SC70封装；工业级温度范围：40+85。6/24/202362哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系n各部件简介复位及其芯片配置SP708/R/S/TSP708/R/S/T低功耗微处理器复位监控芯片：2.63V:SP708R；2.93V:SP708S；3.08V:SP708T；复位脉冲宽度-200ms；最大电源电流40uA；支持开关式TTL/CMOS手动复位输入；Vcc下降至1V时，nRESET信号仍然有效；SP708/R/S/T支持高/低电平两种方式。6/24/202363哈

36、尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系n各部件简介复位及其芯片配置SP6200/6201SP6200/6201带复位输出的 LDO调节器：适用于要求高精度、快速操作和方便使用的应用；极低的关断电流：最大为1uA；低压差：160mV100mA。输出电压高精度：2%；逻辑控制的电子使能；复位输出(VOUT良好)；1uF的陶瓷电容就可保持器件无条件稳定工作。电压输出使能电压输出使能复位输出复位输出6/24/202364哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系n各部件简介复位及其芯片配置CAT1024/1025CAT1024/1025带EEPROM的复位芯片：具

37、有2K字节EEPROM存储器，数据保存时间长达100年；存储器采用400KHz的I2C总线接口，16字节的页写缓冲区；CAT1025具有高、低电平复位信号，CAT1024具有低电平复位信号。Vcc低至1V时复位仍有效；工作电压范围：2.7V5.5V；手动复位输入。6/24/202365哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系n各部件简介复位及其芯片配置 微控制器在复位后可能有多种初始状态，具体复位到哪种初始状态是在复位的过程中决定的。复位逻辑可能通过片内只读存储器中的数据决定具体的初始状态，但更多的是通过复位期间的引脚状态决定，也可能通过两者共同决定。用引脚状态配置复位后的

38、初始状态没有统一的方法，需要根据相关芯片的手册决定。P2.26和和P2.27决定复决定复位后存储器的来源以位后存储器的来源以及存储器的宽度及存储器的宽度P1.26决定复位后是决定复位后是否使用否使用P1.31P1.26作为调试端口作为调试端口P1.20决定复位后是决定复位后是否使用否使用P1.25P1.16作为跟踪端口作为跟踪端口P0.14决定复位后决定复位后是否进入是否进入ISP状态状态6/24/202366哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系嵌入式控制器嵌入式控制器时钟系统时钟系统调试测试接口调试测试接口复位及其复位及其配置系统配置系统存储器系统供电系统供电系统(电

39、源电源)n各部件简介存储器系统 对于大部分微控制器来说，存储器系统不是必需的，但如果微控制器没有片内程序存储器或数据存储器时，就必须设计存储器系统，这一般通过微控制器的外部总线接口实现。存储器系统存储器系统6/24/202367哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系n各部件简介存储器系统LPC2210存储器系统LPC2210SRAMFLASH6/24/202368哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系嵌入式控制器嵌入式控制器时钟系统时钟系统调试测试接口复位及其复位及其配置系统配置系统存储器系统存储器系统供电系统供电系统(电源电源)n各部件简介调试与测

40、试接口 调试与测试接口不是系统运行必须的，但现代系统越来越强调可测性，调试、测试接口的设计也要重视了。LPC2000有一个内置JTAG调试接口，通过这个接口可以控制芯片的运行并获取内部信息。调试测试接口调试测试接口6/24/202369哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系6/24/202370哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系6/24/202371哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系6/24/202372哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系n各部件简介调试与测试接口6/24/202373哈尔滨工业

41、大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系n完整的最小系统LPC2200使用外部存储器复位后使用外复位后使用外部部16位宽度存位宽度存储器储器6/24/202374哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系n完整的最小系统LPC2200不使用外部存储器复位后使用内复位后使用内部存储器部存储器6/24/202375哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系nGPIO外设接口设计 LPC2000系列的绝大多数GPIO为真正的全双向I/O口，可以独立控制每一根I/O口线的状态是输入还是输出，绝大多数GPIO的输出为推挽输出，可以独立控制每一根I/O口的输出

42、状态。虽然LPC2000系列的I/O电压为3.3V，GPIO的输出最高为I/O口电源电压，但绝大多数GPIO能够承受5V电压的输入，绝大多数GPIO作为输入时是处于高阻状态。因为LPC2000系列的GPIO有以上特性，所以可以用它们（通过程序）模拟很多器件的时序达到控制相应器件的目的。6/24/202376哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系GPIO外设接口设计:GPIO的应用n通用I/O口（接口，引脚）；n驱动LED或其他指示器；n控制片外器件；n检测数字输入，如键盘或开关信号；6/24/202377哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系检测数字

43、输入，如键盘或开关信号驱动LED或其它指示器控制片外器件6/24/202378哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系S3C2410 GPIO寄存器配置n端口配置寄存器（GPACONGPHCON）n端口数据寄存器（GPADATGPHDAT）6/24/202379哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系端口配置寄存器（GPACONGPHCON）n由于部分I/O引脚有第二功能，甚至第三功能，所以需要通过设置GPxCON寄存器来选择GPx口I/O的功能注：其中x可以为A、B、C、D、E、F、G、H，表示相应的I/O端口；6/24/202380哈尔滨工业大学哈尔

44、滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系端口数据寄存器（GPADATGPHDAT）n当I/O设置为GPIO输出模式(Output模式)时，写GPxDAT控制相应I/O口输出高电平或低电平。注：GPxDAT为1的位对应I/O输出高电平，为0的位对应低电平；n当I/O设置为GPIO输入模式(Input模式)时，读取GPxDAT寄存器即取得I/O口线上的电平状态。6/24/202381哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系配置举例（GPIO输出控制实验）n实验箱上LED1,2分别接GPE11，12脚；n 控制GPE11和12脚的输出，让LED灯闪烁5次；6/24/202382

45、哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系参考程序6/24/202383哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系6/24/202384哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系nGPIO外设接口设计LED控制GPIO直接驱动LED原理原理：当：当IO口输出高电平时口输出高电平时LED熄灭，输出低电平时熄灭，输出低电平时LED点亮。使用时要注意点亮。使用时要注意IO口的驱动能力；口的驱动能力；优点优点：编程简单；：编程简单；缺点缺点：信息简单。：信息简单。使用三极管驱动LED数码管原理原理：每个：每个IO口驱动数码管的一段，不同口驱动数码管

46、的一段，不同组合可以构成不同的数字或部分字母；组合可以构成不同的数字或部分字母；优点优点：可以表示更丰富的信息；：可以表示更丰富的信息；缺点缺点：成本较高。：成本较高。6/24/202385哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系nGPIO外设接口设计按键独立式按键输入原理原理：根据：根据IO口的状态了解外部按口的状态了解外部按键是否按下；键是否按下；优点优点：编程简单；：编程简单；缺点缺点：口线利用率不高。：口线利用率不高。行列式按键输入原理原理：列线输出，行线读入，循环：列线输出，行线读入，循环一次可以了解外部按键状态；一次可以了解外部按键状态；优点优点：可以连接较多按

47、键；：可以连接较多按键；缺点缺点：编程较复杂。：编程较复杂。6/24/202386哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系UART外设接口设计：UART的功能与引脚n UART（Universal Asynchronous Receiver and Transmitter）：通用异步串行通信接口的总称，UART允许在串行链路上进行全双工的通信，输出/输入的电平为TTL电平；n一般来说，全双工UART定义了一个串行发送引脚(TXD)和一个串行接收引脚(RXD)，可以在同一时刻发送和接收数据；引脚名称类型描述RxD0输入 串行输入，接收数据TxD0输出 串行输出，发送数据6/2

48、4/202387哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系UART数据通信字符格式n开始前，线路处于空闲状态，连续多个“1”；n开始时，先发一个“0”作为起始位；n然后是二进制数据和奇偶校验位（可选）；n最后是一个及一个以上的“1”作为停止位；6/24/202388哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系S3C2410 UART寄存器n线路控制寄存器ULCONn；n控制寄存器UCONn:决定UART的各种模式；nFIFO控制寄存器UFCONn:用于收发缓冲寄存器管理；nMODEM控制寄存器UMCONn:设置流控方式；n状态寄存器UTRSTATn:反映收发缓

49、冲寄存器状态；n发送寄存器UTXHn:存放发送数据；n接受寄存器URXHn:存放接收数据；n波特因子寄存器UBRDIVn:设置波特率n6/24/202389哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系UART之间互联n 与其他同类型的通信设备之间可以直接互联（如在两个S3C2410A之间）；6/24/202390哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系RS232-C简介nRS232C是美国电子工业协会(EIA)制定的串行通讯标准;nRS232是一个全双工的通讯标准，它可以同时进行数据接收和发送的工作;nRS232标准包括一个主通道和一个辅助通道，在多数情况下

50、主要使用主通道，即RXD、TXD、GND信号；6/24/202391哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系UART与RS232-C互联n RS232标准采用负逻辑方式，标准逻辑“1”对应5V15V电平，标准逻辑“0”对应+5V+15V电平；nUART的TTL电平需要进行RS232电平转换后，才能与RS232接口连接并通讯，可以使用SP3232E等芯片进行电平转换；6/24/202392哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系PCB6/24/202393哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系顶层顶层6/24/202394哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系电源层6/24/202395哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系中间层16/24/202396哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系中间层26/24/202397哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系地层6/24/202398哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系底层6/24/202399哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)通信工程通信工程系系