第九章系统外设及接口模块设计分解.ppt

电子科技大学嵌入式软件工程中心 嵌入式微处理器系统及应用 第九章 系统外设及接口模块设计 主要内容 LCD显示模块 I2C接口与SPI接口 UART串行通讯接口 USB通讯接口 IIS接口的音频输出 以太网接口 LED发光二极管指示灯模块 LED数码管模块 矩阵键盘输入模块 SD/MMC接口 数据存储模块 9.1 LCD显示模块的设计 LCD屏选择的考虑因素 LCD模组是否集成有控制器 LCD模组的工作电压 LCD模组的偏压极性 LCD模组的数据总线宽度 LCD屏外围配合电路 9.2 I2C接口与SPI接口的设计 I2C接口：注意信号线需上拉电阻。 SPI接口：注意发送接收信号的交叉。 考虑总线的最快速率。 考虑选择器件的工作电压。 9.3 UART通讯接口的设计 发送接收信号线的位置，是否需要交叉 微处理器引脚中的UART发送、接收信号与UART器件端的发送、接收信号之间的连接要交叉。也就是说UART器件的RX端要接到微处理器的TX端，而UART器件的TX端要接到微处理器的RX端 外部DB9接口考虑针状还是孔状 接口芯片选择要注意供电电压 UART通讯接口设计原理图 交叉串口线的连接方式 9.4 USB通讯接口的设计 差分线的阻抗匹配 USB接口的两根数据线是差分数据线，在USB规范中，对其阻抗有一定的要求，为90Ω左右 防静电考虑 由于是高速的差分信号线对，所以在接口处需要考虑到静电防护 对于USB HOST 的供电电流的考虑 USB规范中要求当作为HOST时，USB接口需具备提供500mA电流的能力，这就要考虑到过流与短路的保护问题 USB HOST接口设计原理图 USB DEVICE接口设计原理图 9.5 音频输出接口的设计 接口信号正确性连接 微处理器端的I2S_DATAI和I2S_DATAO信号需要与解码芯片端的I2S_DATAI和I2S_DATAO信号交叉连接 编解码芯片的退耦滤波处理 音频编解码芯片是一个具有模数功能的混合芯片，要做好电源的退耦和滤波，减少数字信号干扰对模拟信号的影响 9.6 以太网接口的设计 了解MAC与PHY的区别 在W90P710微处理器芯片内部已经集成了10/100M的以太网MAC(Media Access Control，介质访问控制器)，所以在设计中，只需要在微处理器外部扩展一个PHY（物理接口收发器）以及相应的分离元器件即可 电源部分的退耦滤波处理 对于供电要考虑降低电源线纹波。以太网部分是一个高速、高灵敏的电路，在设计的时候，一些很小的干扰都会使通讯出现错误，而干扰源的主要输入就是电源线，所以在设计的时候要尽量使电源线的输入干净 差分线的等长与阻抗匹配 对于信号线要考虑阻抗匹配。以太网的通讯信号是两对半双工的差分信号线，当以太网的通讯速率在高达100Mbps的时候，对信号完整性的要求比较高，这就要求使信号线的阻抗尽可能的匹配，从而保证信号的正确传输 时钟线的处理 降低时钟信号的EMI干扰。以太网的时钟信号强度比较大，并且是50MHz的高频信号，中间含有大量的谐波干扰信号，为了减小甚至除去谐波信号，就要特别注意时钟信号传播的信号线阻抗尽可能地匹配，从而衰减谐波信号，减小干扰 以太网硬件连接关系图 9.7 LED指示灯模块的设计 设计时考虑工作电流 正确地选择好限流电阻的阻值，可以避免通过发光二极管的电流过大而造成器件的损害，或者是电流过小造成发光二极管发出的亮度不明显 LED指示灯模块的设计 发光二极管的两种控制模式 9.8 LED数码管模块的设计 LED数码管也是嵌入式系统中常用的一种显示用元器件，可以把它看做是多个发光二极管封装的集合 在使用数码管的时候，一般需要在外面扩展一些逻辑门电路器件，以减少对处理器引脚资源的占用，以及灵活实现静态或动态控制 设计要点 注意选择的LED数码管的极性：LED数码管有共阴与共阳两种类型，在设计选用的时候要注意。 正确选择串接在每段发光二极管上的限流电阻，使得发光二极管导通的时候通过的电流不超过LED数码管的极限值。 LED数码管模块设计原理图 4位数码管模组的内部结构 9.9 矩阵键盘输入模块的设计 W90P710微处理器内部集成了一个矩阵键盘控制器 矩阵键盘输入模块的设计要点： 每个按键都在一个行扫描线和一个列扫描线的交汇点处 在输入端的引脚上加上拉电阻或者下拉电阻，以保证当没有键被按下的时候输入值是稳定的 注意输出信号端为OC开漏输出，这样可以避免当两个以上同一扫描线上的键被按下的时候造成输出信号引脚短路 矩阵键盘输入模块设计原理图 9.10 SD/MMC接口的设计 SD/MMC数据卡接口的标准 SPI接口 SD接口 在W90P710微处理器芯片中，也提供了标准的SD/MMC卡接口信号线，进行电路设计的时候只需要直接把信号线连接到S