嵌入式设计是一个巨大的项目。今天我们来谈谈硬件电路设计中的几个注意事项。首先,让我们了解嵌入式硬件框架。我们知道,CPU是整个系统的灵魂,所有的外围配置都与其相关联,这也突出了嵌入式设计的一个特点硬件可剪裁。在做嵌入式硬件设计中,以下几点需要关注。
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电源在嵌入式系统中的作用可以看作是空气对人体的作用,甚至更重要:人呼吸空气中有氧气、二氧化碳和氮气,但含量稳定,相当于电源系统中的各种杂波。我们希望获得纯净稳定的电源,但由于各种因素的限制,这只是我们的梦想。应注意两个方面:
嵌入式系统需要各种量级的电源,如常见的5v、3.3v、1.8v等等,在嵌入式系统中使用,以尽量减少电源的纹波LDO设备。如果使用DC-DC纹波不仅大,而且头疼。
嵌入式系统的正常运行不仅需要稳定足够的电源,还需要足够的电流。因此,在选择电源设备时,需要考虑其负载。我通常在设计时留下30%的余量。
若为多层板,电源部分在layout当需要电源分割时,应注意分割路径,并尽可能将一定数量的电源放在一起。如果是双面板,应注意接线宽度,并在板允许的情况下尽可能加宽。适当的解耦电容应尽可能靠近电源管脚。
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晶体振动相当于嵌入式系统的心脏,其稳定性与其运行状态和通信性能直接相关。常见的振动有无源晶体振动,有源晶体振动,首先确定振荡频率,然后确定晶体振动类型。
a、无源晶体振动的匹配电容和匹配电阻的选择一般基于参考手册。插件晶体振动通常用于单片机的设计。ARM中,为了减少空间和便于布线,经常使用四角无源晶振配合贴片电容。虽然我们对于固定晶振的匹配电路比较熟悉,但是为了达到万无一失,还是要看参考手册确定电容大小,是否需要匹配电阻等细节。
b、有源晶体振动具有更好、更准确的时钟信号,但相比之下,它高于无缘晶体振动的价格,因此这也是硬件电路设计中需要注意的成本。在设计电路板时,应注意晶体振动线尽可能靠近芯片,关键信号远离时钟线。在条件允许的情况下增加接地保护环。如果是多层板,关键信号也应远离晶体振动线。
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在嵌入式调试阶段,当管脚资源丰富时,我通常会预留一个IO口连接led或者喇叭,为下一个软件的编写铺平道路。在嵌入式系统运行过程中适当控制IO从而判断系统是否正常运行。
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如果嵌入式系统有电源、晶振和CPU,所以这是我们熟悉的最小系统。如果嵌入式系统需要运行较大的操作系统,则不仅需要CPU具有MMU,CPU还需要外接SDRAM和NANDFLASH。如果该cpu具有SDRAM和NANDFLASH在硬件设计中,控制器不需要考虑地址线的使用。若无相关控制器,则应注意使用地址线。
这部分在LAYOUT时间是一个关键点。原因是相关信号线等长,以确保信号的延迟等于时钟和DQS差分信号线走线。布线时需要综合运用各种布线技巧,如与cpu对称分布,菊花链布线,T型布线,这都需要依据内存的个数多少来进行选择,一般来说个数越多,布线越复杂,但是知道其关键点,一切迎刃而解。
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嵌入式系统最重要的是通过各种接口控制外围模块,以达到设计师预设的目的。常用的接口有串口(可用于连接蓝牙,wifi和4G等模块),USB接口、网络接口、JTAG接口、音视频接口、HDMI接口等等。做好电磁兼容设计是一项重要的工作,因为这些接口与外部模块相连。除此之外,在LAYOUT注意使用差分线。
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这个功能之所以单独列出,是因为它是可有可无的。如果嵌入式系统仅作为连接外围设备模块的连接器连接到计算机主机或直接挂在网络上,则不需要屏幕。但如果是消费品,经常与用户互动,就要唠叨几句。电容屏幕是嵌入式屏幕的主要部件,在电路设计中应注意触摸屏连接线和显示屏连接线的布局。在走线过程中,尽量靠近主控cpu,同时,注意配对信号的差分线,RGB等长控制信号。各种信号的间距为3W规则,避免相互干扰。在屏幕设计中,必须保证功率,防止干扰,防止屏幕闪光和花屏。
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