嵌入式体系中的基础电子线路设计

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1、 1 嵌入式系统硬件设计教程嵌入式系统硬件设计教程 第九讲第九讲 嵌入式体系中的基础电子线路 设计 嵌入式体系中的基础电子线路 设计 编著与讲演：怯肇乾编著与讲演：怯肇乾 一上述相关讲义的回顾与知识准备一上述相关讲义的回顾与知识准备 相关讲义的回顾：嵌入式硬件体系中的相关基础电路及其作用。相关讲义的回顾：嵌入式硬件体系中的相关基础电路及其作用。 知识准备：整流、滤波、监控、复位、振荡器、掉电保持、待机、电磁抑制、低功耗等；知识准备：整流、滤波、监控、复位、振荡器、掉电保持、待机、电磁抑制、低功耗等； 二电源供应及其监控电路的设计二电源供应及其监控电路的设计 1AC-DC 变换电路变换电路 AC

2、-DC 电源：电源：电路组成：变压、整流、稳压、滤波。常用主要器件：DC-DC 半/全桥、LM 系列稳压器件等。 DC-AC逆变电源：逆变电源： 常用于LCD的EL与CCEL背光电路， 可用IC器件搭建， 也可用成品模块。 IC器件搭建背光电路， 如IMP的IMP525/562/803， 配合少许阻容感器件，构成 EL 背光电路；Maxim 的 Max1635 配合变压器构成 EL 背光电路；Maxim 的 Max1610、Linear 的 1182 或 TI 的 Vcc3972 与变压器件搭建 CCEL 背光电路。成品背光模块如森宝的 VET-N1210-01 CCEL 模块、精电逢远的 P

3、YE 系列 EL/CCEL 模块。用 IC 2 器件搭建背光电路，可以紧凑设计结构并降低成本，常常在嵌入式系统设计中采用。 2DC-DC 变换电路变换电路 常见 DC-DC 变换的类型有：升压、降压、恒压、恒流、倍压、负压等。 嵌入式系统中常需进行 1.2V、1.5V、1.8V、2.5V、3.3V、5V 等特殊器件电源供应电路设计。 很多半导体厂商生产各种类型的系列微功耗高性能电源器件，如 Torex 的 XC6203 系列、 Richtek 的 RT9168/A 系列电压调整器，AME 的 AME8800 系列、AME8811 系列降压器，On Somlconductor 的 NCP1400

4、A 系列、Maxim 的 Max1795 系列升压器，等等，这些器件，提供的输出电压可是 1.55V 间的任一值，1.22.5% 的精度，最大输出电流在 100500mA。选用这些器件，外配几支阻容感器件或肖基特二极管件，就可设计出适合 LCD 控制驱动器件的基本 电源电路。右上图是 2.5V 电源变换电路，非常简洁。 选择器件时要注意其变换效率和欧姆功率。 3系统电力监控电路系统电力监控电路 通常采用专用监控 IC 器件对系统或其某部分电路的电压变化进行监视，一旦监测点电压低于设定值，即产生报警，引起 CPU 进行关键 性数据存储，关掉大功耗电路模块，进行主备电源切换等。 常用的电压监控 I

5、C 器件：IMP 的 IMP811(2)、 Torex 的 X61A(C)系列、Holtek 的 HT70xx 系列、Ricoh 的 RT31xxx1 系列等。 一些专用复位器件里也含有类似的电压监视模块，如 TI 的 TPS31xx 系列、IMP 或 Maxim 的 705、706、708、813 等。 4交流交流/电池供电系统的电源切换电池供电系统的电源切换 多用于便携式产品设计中，切换过程应该尽量避免用户干预、保证能量损失最少。具体设计中要避免在电池供电回路中插入串联元件， 因为，当电池电压较低时，串联元件将会在电流回路中引起额外的电压降，从而降低总体转换效率。减小电池电流回路中的电阻可

6、有效延长电 池寿命。当插入墙上适配器时，任何由电池供电的 DC/DC 电路应从电池中吸取电流最小（最好为零） ；交流电源供电时，系统需防止对电池的 反向充电，除非充电是被一个充电电路所控制。设计中常采用的方法：二极管隔离、MOSFET 开关、有交流切换的双输出 DC-DC 等。 三三CPU 控制器的复位电路的设计控制器的复位电路的设计 复位电路设计的好坏，直接影响到整个系统工作的可靠性。很多时候，在系统设计完成并在实 验室调试成功后，在现场却出现了“死机”、“程序走飞”等现象，这主要是单片机的复位电路设计不 可靠引起的。 Vin Vout GND 1u1u 2.5VVin + XC6203X2

7、52 3 复位电路主要有四种类型：微分型复位电路；积分型复位电路；比较器型复位电路；Watch Dog 型 复位电路 。现在的 Watch Dog 型复位电路，多使用专用复位芯片，如 Maxim 的 Max813 等。 各种复位电路中，微分复位电路简单，但易引入干扰没有监控 CPU 运行的能力；积分复位电路简 单可靠，但由于对电源电压波动不敏感，从而有可能出现 CPU 由于电源电压的瞬间过低而造成工作不 正常的情况；比较器复位电路电路较复杂，工作可靠；Watchdog 复位电路电路较复杂，工作可靠并且具 有监控 CPU 运行的能力。在使用中应根据电路板的空间、电源电压特性、系统运行现场等情况，

8、综合 考虑而定。设计参考： 在使用微分型复位电路并且使用稳压电源时，应考虑在电容输入端加入适当的电感以减少负载突 变而引起的干扰复位脉冲的产生。在电路板空间有限的情况下可以选用此复位电路。 在使用积分型复位电路时，一方面应着重考虑上电复位时电源电压的上升率，特别在电源 电压上升率较小时，应考虑用较为复杂的比较型复位电路。另一方面应考虑电路是否有降压举措 以降低功耗，若有则应考虑二极管的正向压降对复位电路的影响。 在设计比较器型复位电路时，应着重考虑电源电压的波动性。当系统工作在恶劣环境下时， 外界干扰的窜入可能引起毛刺电压，从而导致不正常的复位。为此有必要根据毛刺电压的峰峰值 以及脉宽采取以下

9、措施： （a）当毛剌电压峰峰值没有达到电源电压的正常值与系统正常工作所需 最低电压值之差时，可适当降低比较器的复位电压下限； （b）当毛刺电压峰峰值超过电源电压的 正常值与系统正常工作所需电压之差时，一方面应采取措施降低毛刺电压，另一方面应采用较为复杂的比较器型上电复位电路。 在选用或自己设计 Watchdog 型复位电路时，应注意输入 Watchdog 的“喂狗”信号应该是沿信号，而不是电平信号，同时应考虑撤销复位 电压的电源电压值应大于系统最小正常电压值。 四驱动与控制器件的振荡发生电路设计四驱动与控制器件的振荡发生电路设计 1基本的正弦振荡电路基本的正弦振荡电路 一个正弦振荡电路有四个部

10、分组成：放大电路，正反馈网络，选频网络，稳幅电路。振荡建立的条件是：必须具有选频特性的正反馈放大 器。电路稳定振荡的条件：AF = 1。 按选频网络组件不同，可分为 RC，LC，石英晶体正弦振荡电路。 RC 正弦振荡器适用于频率较低的场合(1Hz1mHz)。常用的有两种 RC 振荡器电路：移相式 RC 振荡器和桥式 RC 振荡器。移相式 RC 振 4 荡器此电路适合振荡频率固定，精度要求不高的场合。桥式 RC 振荡器，频率可调性好，波形较好。 LC 正弦振荡器用于产生 1mHz 以上的信号，适用于几十 kHz 至几百 mHz 的频率范围(高频率和超高频)，常用的 LC 振荡器有互感耦合(变 压

11、器耦合)LC 振荡器和三点 LC 振荡器两种。三点式 LC 振荡器的电路特点是 LC 并联回路的三个断点分别接到管子的 b、e、c 三个极，称为三 点式 LC 电路。常见的三点 LC 振荡器是电感三点式和电容三点式。 2石英晶体及其振荡器石英晶体及其振荡器 概述：概述： 石英晶体振荡的原理是压电效应(Piezoelectric Effect)， 其等效电路如右图所示。 等效电路由 L1(谐 振电感)、C1(谐振电容)、R1(电阻)、C0(静态电容)组成。R1、C1与 L1组成晶体的“谐振臂“。所有参数都可以 自定义,但要整体考虑，一个参数的变化与其它参数的变化是相联系的。 基波与谐波振动基波与

12、谐波振动(Fundamental VGA模式模式:固定固定L7L11,变化变化L9和和L10为为20omh,删除删除R20和和R21. Rc21 0 Rc20 0 S3V DVdd 9 1234 A B C D 4321 D C B A Title NumberRevisionSize A4 Date:19-Aug-2004Sheet of File:C:Docum ents and SettingsRong QuMy Documents1DSC(7620+681+78LE812)2.DDBDrawn By: AD0 21 AD1 22 AD2 23 AD3 24 AD4 26 AD5 27

13、AD6 28 AD7 29 A8/GPio0 31 A9/GPio1 32 A10/GPio2 33 A11/GPio3 34 A12/GPio4 35 A13/GPio5 36 A14/GPio6 37 A15/GPio7 38 ALE 18 RD 15 WR 16 CS/Snap 17 INT 14 ExtMCU 39 DM 50 DP 51 VM 53 VP 54 RCV 55 TOE 57 VMO 58 VPO 59 VddP 1 VddP 13 VddP 30 VddP 61 VddP 71 VddP 91 VssP 64 VssP 69 VssP 79 VssP 87 VssP 9

14、6 VssP 111 VssP 126 usbVdd 52 usbVss 49 IntXTR 44 U5B OV681 AD0/P00 43 AD1/P01 42 AD2/P02 41 AD3/P03 40 AD4/P04 39 AD5/P05 38 AD6/P06 37 AD7/P07 36 A8/P20 24 A9/P21 25 A10/P22 26 A11/P23 27 A12/P24 28 A13/P25 29 A14/P26 30 A15/P27 31 ALE 33 EA/Vpp 35 PSen/P46 32 RST 10 XtalI 21 Int2/P10 2 T2ex/Int3/

15、P11 3 Int4/P12 4 Int5/P13 5 Int6/P14 6 Int7/P15 7 Int8/P16 8 Int9/P17 9 A9ctrl/Rxd/P30 11 A13ctrl/Txd/P31 13 A14ctrl/Int0/P32 14 OEctrl/Int1/P33 15 T0/P34 16 T1/P35 17 CE/WR/P36 18 OE/RD/P37 19 P40 23 P41 34 P42 1 P43 12 XtalO 20 Vdd 44 Vss 22 U10 W78LE812P RD RD WR WR INT INT V3V LCDcs LCDrd LCDwr

16、LCDdata LCDqual SVsync R25 10k C3V R30 100k C43 104 Xin Xout RST C3v RST Cgnd IntXtr IntXtr LP Buzzer D6LED R29 270 R26 10k Q5 2N3905 R24 100k D5V Cgnd C3V LC1 104 LR1 10k LS1 像 质 LC2 104 LR2 10k LS2 模 式 LC3 104 LR3 10k LS3 快 门 LC4 104 LR4 10k LS4 闪 光 灯 L12 6.8uH C38 4u7 C40 104 Cgnd D3V Rc3 0 LCDm ode LCDm ode USBdet USBdet LBO ChgON FLON FLRD PWoff MCKEb FLon/off FLon/off DEAD LCDsnap LCDsnap Buzzer Buzzer USBun VRST DRCT DRCT LCDqual Cgnd C3