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硬件知识及调试(一)

 quasiceo 2016-01-13

硬件知识及调试(一)

(2012-08-31 19:01:23)
标签:

硬件

调试

杂谈

分类: 硬件

    上个星期师兄们要求我对硬件知识及调试作培训,于是怀着忐忑的心情总结了这两年作硬件可能遇到的问题,顺便在网上收集一些资料,希望对他们找工作有帮忙。

一、原理图设计

1、  最小系统:

(1)       电源模块

     目前微处理器设计中常用电源电压主要有+12V-12V+5V-5V3.3V1.26V等,在电路中需要用电源芯片实现电压转换。常用的电源芯片分为两类:LDODC-DC

LDO(低压差线性稳压器):降压,输入输出电压差较小,外接元器件较少,一般外围只有旁路电容,成本较低;常见的LDOAMS1117系列、REF3012

                                                硬件知识及调试(一)

DC-DC(直流转直流):降压、升压、反相,外围一般要求电感、二极管、电容等器件;

                                             硬件知识及调试(一)

直流电源电路:

                                                 硬件知识及调试(一)

    变压、整流、滤波、稳压

    设计电源模块考虑问题:

1)  输入输出电压要求。一般输入输出电压相差比较大时应用DC-DCLDO要求输入输出低压差;

2)  功耗。

3)  成本。DC-DC成本相对LDO贵一些,同时性能也好;

一般还会考虑所带负载要求及散热、封装等要求。

(2)       时钟电路

     微处理器需要时钟才能够正常运行,微处理器的时钟源主要是外接晶振与内部振荡源,内部振荡源由于精度不高,因此微处理器外部一般都会接外部晶振:

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     晶振分为有源晶振和无源晶振,有源晶振需要外部供电而无源则不需要。有源晶振的频率精度较高且成本比无源高些。

具体参数的选择参考该微处理器数据手册。

    时钟电路常与微处理器内部的PLL(锁相环)紧密相关,外部晶振通过PLL(分频和倍频)得到几种时钟频率为CPU、外设等提供时钟,这几种时钟就像几条总线,外设和系统CPU则挂载在这几条时钟总线上。

串口、定时器、I2CSPIA/DD/A等都需要时钟才能够正常运行。           硬件知识及调试(一)

设计时钟时应注意问题:

1)  微处理器系统的最大运行时钟,这与PLL中分频系数和倍频系统相关,对软件设计时时钟初始化;

2)  根据所挂载的设备适当设置各个时钟频率,如在TMS320C6713中,可设置CPU时钟225M,外设模块时钟112.5M,外部存储器时钟90M

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(3)       复位电路

微处理器一般有复位引脚对系统进行复位,常用的有简单的按键进行复位和芯片(看门狗)复位电路。

1)  简单复位电路

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简单复位电路是通过对微处理器复位引脚置高电平或低电平来实现复位。

1)  看门狗复位

由于微处理器工作时受到电磁干扰影响,可能会出现程序跑飞,陷入死循环现象,手动复位虽然也能够重启系统使之正常运行,但是每次出现问题都需要手动重启比较麻烦,用看门狗电路则比较合适当出现问题时能够自动重启系统。常用看门狗有微处理器内部看门狗和外部看门狗。

看门狗实现原理:系统开始运行时对看门狗进行“喂狗”操作,即按一定的时间间隔给看门狗的复位引脚输出高电平或低电平脉冲,以保证正常运行。当程序跑飞后系统复位引脚就没有看门狗所需要的脉冲,于是就产生一个复位信号输出给微处理,重启系统。

     复位电路设计应注意的问题:

1)  微处理器内部的定时器在进行简单的调试时最好先在程序中关看门狗;

2)  外部的看门狗在调试时也可先不使用;

(4)       JTAG接口

JTAG接口一般为仿真器与目标板进行连接的接口,主要进行仿真、调试及程序烧写的功能。

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JTAG接口设计一般比较固定,按照数据手册上要求即可。

以上四部分基本为最小系统,同时还需要在微处理器和芯片的电源和地的引脚加去耦电容(消除谐波,使电源平稳),为了让电源模块正常运行时能够正确显示,一般在每种电源处接发光LED,方便电源模块的正确显示。

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值得注意的是电阻的选取,发光LED的导通电流一般为2-10Ma, 而二极管导通时的电压为1.7V,设所选择的电阻阻值为Rx,则通过的电流为Ix=(5-1.7)/Rx,让Ix的值在发光LED的导通电流范围内即可。

 

2、  存储器

存储器分为内部存储器和外部存储器,内部存储器包括微处理器内部的RAMROMFLASHTMS320C6000内部无FLASH,而TMS320F2812则有FLASH),外部存储器是挂载在微处理器外部的存储器,包括SDRAMFLASHNANDFLASHNORFLASH)、E2PROM等。

RAMSDRAM是易失性存储器,重新上电后就容易将其中的数据丢失;

FLASHROME2PROM是非易失性存储器,重新上电后数据会一直保留,除非用程序命令擦除,否则将一直保存。

外部存储器电路设计一般较固定,但在微处理器和存储器地址连接时应当注意地址偏移的问题。

E2PROMFLASHSDRAM连接不同,通过I2C总线进行数据和地址的通信。

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为了更好的理解外存内存及RAMROM之间的关系,对TMS320C6713的启动过程分析:

 

3、  其它外设

(1)       A/DD/A

A/D一般是对输入模拟信号采样、保持、量化、编码,得到数字量,D/A则是将数字量转化为模拟量输出。

    A/D设计时需要考虑的参数:

1)              分辨率(位数)。若一个8位的A/D口,其分辨率为1/256。像单片机、ARM等微处理器集成了A/D口,可以对输入模拟信号进行模数转换,但一般位数为8位、10位或12位,对于精度要求比较高的电路则无法满足要求,A/D芯片选择需要考虑精度要求。

2)              转换时间。完成一次模数转换所需要的时间。通常与该芯片的采样频率相关。

3)              参考电压。参考电压是对需要进行模数转换电压的基准。如一个12位的A/D芯片,它的分辨率为1/4096,如果它的参考电压为5V时,采样值最大时为4095,其对应的电压为5*4095/4096v,采样值最小为0,其对应的电压为0*4095/4096v。因此可见需要输入电压在0-5v范围内,一般得到的输入信号都需要经过一个放大器使其在参考电压范围内。

                   硬件知识及调试(一)

A/D设计时值得注意的是A/D位数越多,采样精度就准确,但并非位数越多越好,位数增加,则完成一次A/D转换的时间也就越多,芯片支持的采样频率也就相对降低,同时位数越高,成本也会提高。因此选择适当的位数,只要能够满足要求即可。

       2I2CSPI总线

            I2CSPI总线接口电路一般较为固定,一般为微处理器与芯片或微处理器间进行通信的接口,它们通信遵守特定的时序或协议,从而使主对从进行读或写等操作。

1)  I2C总线

I2C通过两根线SCLSDA进行通信,SCL为时钟线,而SDA为数据线。

2)  SPI总线

SPI总线三根传输线为MOSIMISOSCK

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      3UART(串口)、CAN总线

                在介绍UARTCAN之前先需要对TTL电平和CMOS电平有简单的了解。

       TTL电平电压范围0-3.6vCMOS电平有的为5v有的为12v

1)  UART

UART微处理器与主机之间进行通信的接口,对于微处理器来说,3V左右为高,0V左右为低,而对于主机,高电平为-15v—3v,低电平为15v-3v(负电平表示),因此两种电平无法兼容,需要对进行转化。常见的UART口有RS-485RS-232

                  硬件知识及调试(一)

2)  CAN

CAN总线常用于工业控制方面,可靠性比较高,可实现CAN设备之间的通信。如果微控制器内部集成CAN控制模块,只须接外部驱动电路即可:

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     4、  集成运放

   集成运放的两个特点:虚短和虚断

(1)       反相比例放大电路

(2)       同相比例放大电路

(3)       反相求和电路和同相求和电路

(4)       积分电路和微分电路 

(5)       反馈和负反馈

(6)       直流负反馈和交流负反馈的判断

(7)       电压负反馈和电流负反馈

判断方法:令负反馈放大电路的输出电压uO为零,若反馈量也随之为零,则说明引入了电压负反馈;若反馈量依然存在,则说明电路中引入了电流负反馈。

(8       串联反馈和并联反馈

判断方法:反馈信号与输入信号同一节点输入,则为并联反馈;反馈信号与输入信号不同节点输入,则为串联反馈。

 

 

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