嵌入式系统的外围接口设计

第五节嵌入式系统的外围接口设计1、复位方式2、系统时钟3、I/O寄存器映射方式4、外围接口逻辑电路匹配的问题外围接口包括：1、CPU外围电路（如复位电路、时钟电路），2、外围I/O模块：包括基本接口、人机接口、通信接口及控制接口基本接口：存储器接口（DRAM控制器）、中断控制器、DMA控制器、定时/计数器、GPIO人机接口：LCD控制器、语音输入输出、视频输入输出、键盘、触摸屏等通信接口：以太网、CAN总线、USB、红外线、PCMCIA、I2C总线控制接口：A/D、D/A、PWM1、复位方式阻容复位电路手动复位电路专用复位电路

软件复位复位：可靠、抗干扰。

（1）阻容复位电路时间常数为RC=82ms。不同CPU的复位时间可能有差异。（2）手动复位电路

非门最小输入高电平为2.0V，对于RC电路在0.6倍的时间常数和5V供电时电容上的电压为0.45Vcc=2.25V，对于R=1k，C=22uF，t=0.6*R*C=13ms，满足一般系统复位脉冲宽度大于2个机器周期的要求。注意事项（a）复位按钮传输线应采用双绞线，施密特非门去抖动、也提高了抗干扰的能力。（b）二极管的作用：当供电电压瞬间断电，如果断电脉冲较宽，则C上的电可以通过R放掉，再上电时C上再充电可以达到可靠复位。但是如果断电脉冲较窄，C上的电无法通过R完全放掉，则CPU无法可靠复位，导致程序运行错误。如果有二极管则断电时电容上的电可以通过二极管管迅速放掉，再供电时CPU可以可靠复位。（c）电源的上升时间不能太长，否则单片机和非门均处于过渡状态，此时无法实现可靠复位。当电源稳定后，电容C上的充电电压又超过了非门最小输入电压，使单片机脱离了复位状态。所以电源电压上升时间过长导致系统无法可靠复位。开关电源后级滤波电容不能太大（d）当外围接口芯片复位时间可能不一样，而且复位线较长分布电容较大，导致外围芯片的复位过程滞后于CPU，当在程序运行的开始就对外围芯片进行初始化时往往导致失败，所以可以先延时几个毫秒再初始化外围接口芯片，或采取措施保证外围器件先完成复位。

（3）专用复位电路

手动复位、电源电压监控，看门狗

通过将程序调到复位向量的地址重新开始执行程序，其他寄存器的状态都不变，不会初始化寄存器。通过RESET就会初始化寄存器到初始状态。

（4）软件复位2、系统时钟（1）石英晶体及石英振荡器

（2）锁相环倍频时钟

可以分别为CPU内核、实时时钟电路以及不同的外围接口电路提供时钟信号。它们都是通过对系统时钟进行分频得到的，具有相关性。

/XPLLDIS----内部振荡器（石英晶体）/外部时钟源-4位3、I/O寄存器映射方式嵌入式处理器与外围接口间交换三种信息：（1）数据信息：通常通过并行方式在总线上进行数据传输。（2）控制信息：处理器通过控制信息控制外围接口的工作。（3）状态信息：反映外设的工作状态，是外设传输给处理器的信息，如Ready、Busy等。处理器通过访问I/O的寄存器来实现对外围接口的操作，寄存器的类型包括：模式寄存器控制寄存器状态寄存器数据输入寄存器数据输出寄存器每一个寄存器都有地址用于对寄存器读写。不同的处理器对寄存器的地址和存储器的地址有不同的编址方式。（1）与存储器统一编址I/O空间的地址位于存储器空间，把存储器空间的一部分用于I/O空间，访问寄存器与访问存储器使用同样的指令。这种映射有两种方案：A、

I/O空间与存储器空间重叠B、I/O空间与存储器空间不重叠A、

I/O空间与存储器空间重叠B、I/O空间与存储器空间不重叠整个存储器空间分配一部分用于I/O空间。为了设计方便，有些嵌入式处理器设计一个重新定位寄存器，通过重新编程重新定位寄存器的值就可以使I/O空间在整个存储器空间浮动、重新定位。如ARM，I/O与存储器空间统一编址。Motorola的DragonBall可以通过重新定位寄存器的编程使I/O空间浮动。（2）单独编址单独编址方式设计了存储器地址空间和I/O地址空间，它们之间完全独立，采用不同的指令访问。如8086，访问存储器采用MOV指令，访问I/O采用IN和OUT。有的嵌入式处理器设计了模式寄存器，可以通过编程选择统一编址还是单独编址。

4、外围接口逻辑电路匹配的问题（1）扇出（Fan-out）（2）电平的匹配扇出是指一个输出能够安全可靠驱动的输入的数量。扇出是10表明器件能驱动10个输入。扇出决定于：源的类型直流负载特性输出电流：IOLMIN、IOHMIN输入电流：IILMAX、IIHMAX交流负载特性（1）扇出（Fan-out）a、直流扇出

b、交流扇出：容性负载包括所有输入端电容的并联（和）及线路的寄生电容。CL：厂家用于器件特性测试的值，约为50~150pF，在Datasheet中测试条件中实际电容量=各逻辑电路的最大输入电容量CINMAX的和+电路板布线的寄生电容

CINMAX：约为1~5pF电路板寄生电容一般为1~5pF/inch。当逻辑电路输出能驱动的电容量CL>实际驱动的负载电容量时，能够保证器件的特性。否则会对时序的上升时间和