第九章 系统外设及接口模块设计

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9.1LCD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9.2I2C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。9.3UART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9.4USB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USBHOST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USBHOST接口设计原理图USBDEVICE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(MediaAccessControl，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9.7LED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9.8LED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9.10SD/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SD/MMC卡插座的相应引脚上即可注意接口信号的稳定性SD/MMC接口设计原理图引脚号名称描述1CD/DAT3卡检测信号/数据线32CMD命令信号3VSS地信号4VDD电源5CLK时钟信号6VSS地信号7DAT0数据线08DAT1数据线19DAT2数据线2SD卡的连接9.11数据存储模块的设计在本系统的设计中，使用了NANDFLASH作为数据存储器件NANDFLASH器件的一个最大特点就是不同型号