2.6 嵌入式系統中常用硬件模塊

1．系統供電電路

開發板由開關電源供電，包括一個5V/1A和一對+12/100mA、－12V/100mA的輸入。5V電源經線形穩壓器（LDO）后得到1.8V電壓供CPU的核心工作，另外5V電壓再經線形穩壓器后得到3.3V供CPU I/O口部分和其他接口器件工作。±12V經78L05和79L05穩壓后供A/D和D/A部分的運算放大器和DAC器件工作。在電源的保護方面，不僅在開關電源的AC輸入端接有保險管，開關電源的5V輸出端也串有可恢復的保險管，當系統連接出錯而導致電流過大時，可恢復保險管會因過熱而自動斷開，當冷卻以后，又自動連接，實現系統的過流自動保護。圖2.13所示是一種較為典型的電源電路圖，在此系統中所用到電壓有3種：5V、3.3V和2.5V。其中5V為系統總電源，3.3V電壓供給系統外設接口，2.5V為處理器的內核電壓。

在電源電路中，為了能更好地濾除交流成分，使用了大量的去耠電容，如圖2.14所示，使輸出的直流電源更平滑。

S3C2410對于片內的各個部件采用獨立電源供電方法，內核采用1.8V供電，一般SDRAM及存儲單元采用3.3V供電，對于移動SDRAM中可采用1.8V供電，I/O采用獨立的3.3V供電。

2．時鐘配置

S3C2410時鐘連接如圖2.15所示，系統主時鐘源的選擇可以來自外部的晶體XTlpll，如圖2.15(a)所示，或者來自于外部時鐘EXTCLK，如圖2.15(b)所示，具體時鐘源的選擇如表2.10所示。

因此，系統的時鐘設置除了與外接的晶振有關系，還與芯片引腳相關。

如果開發板上，OM[3:2]固定接為地，那么CPU的系統時鐘和USB口的時鐘都來自12MHz晶振，RTC時鐘來自外接的32.768kHz的晶振。

3．復位邏輯

S3C2410復位邏輯電路如圖2.16所示：

引腳nRESET連接到CPU的復位端，上電或手動復位時，復位電路都可以在nRESET產生大于10MS的復位電平，保證系統可靠復位；JTAG電路的復位引腳nTRST通過4.7kΩ電阻和nREST連接，通過JTAG接口也可實現對系統的復位。

4．啟動分區（BOOT ROM BANK0）

系統選擇電路連接如圖2.17所示。

通過雙擲開關S1、S2可以設定系統的啟動方式。

5. S3C2410與存儲器的連接

1）S3C2410與2片8位FLASH的連接方法

如圖2.18所示是S3C2410與2片8位FLASH的連接，通過位擴展的方法使8位數據線FLASH擴展為16位，與S3C2410的DATA[15:0]連接。

2）S3C2410與2片16MB的SDRAM的連接方法

如圖2.19所示是S3C2410與2片16位FLASH的連接，通過位擴展的方法使16位數據線FLASH擴展為32位，與S3C2410的DATA[31:0]連接。

6. JTAG調試電路模塊

JTAG是Joint Test Action Group的縮寫，通過JTAG使固定在PCB上的集成電路，只通過邊界掃描便可以進行測試。常見的JTAG cable結構都比較簡單，一端是并行口DB25，接到電腦的并口上，中間經過74HC244和一些電阻實現電平轉換，另一端的JTAG header接到目標板的JTAG interface。如圖2.20所示。

JTAG的數據傳輸形式是串行，主要使用了以下引腳：

TDI (Test Data In)、TDO (Test Data Out)、TCK (Test ClocK)、TMS (Test Mode Select)、TRST (Test ReSeT) optional。因此，DB25-JTAG實際上只利用了DB25的少數幾根線。但由于DB25的8條數據線都可以作為output，市面上就出現了各種使用不同Pin Assignment的JTAG線。圖2.20所示是H-JTAG一種接法，引腳定義如表2.11所示。

而S3C2410的燒寫程序連接如表2.12所示。

通過調試代理軟件H-JTAG可以進行仿真調試，可大大降低仿真調試成本，JTAG的實物如圖2.21所示。

7. LCD和觸摸屏接口

板載SHARP 3.5〞TFT液晶屏LQ035Q7DB02,320×240,262144色，White LED背光，帶觸摸屏。而且板上也留出了LCD的擴展接口，如圖2.22所示，供用戶擴展之用。

SHARP液晶自帶四線電阻式觸摸屏，可以直接和S3C2410的觸摸屏驅動電路連接，觸摸位置直接用CPU內置的ADC電路采樣而得。板載觸摸屏電路如圖2.23所示。

8．鍵盤和SPI接口

板載鍵盤擴展我們用的是SPI接口的鍵盤顯示控制芯片ZLG7289，電路連接關系如圖2.24所示。

板載鍵盤的按鍵和芯片掃描的行線和列線之間的對應關系如表2.13所示。

9. A/D、D/A轉換接口

由于CPU內部已經內置了8個通道的10-bit ADC轉換器，所以在系統內沒有擴展另外的ADC轉換芯片，而直接采用的是CPU內置的ADC, A/D的參考電壓為3.3V; D/A轉換部分擴展了最常用的8bit DAC轉換芯片DAC0832。為了方便用戶測試和實驗，可以連接多種信號作為A/D的輸入，也可以是電位器調節的電壓信號、溫度傳感器LM35輸出的電壓信號或者是D/A的輸出信號，這里A/D、D/A電路如圖2.25所示。

10. SmartMedia Card(NAND FLASH memory)卡接口

在系統設計中，采用了SmartMedia Card接口，它與NAND FLASH的接口兼容，可以插入SAMSUNG的SmartMedia Card直接從卡里的NAND FLASH啟動系統，接口如圖2.26所示。

11. PCMCIA接口

PCMCIA接口，我們通過專用擴展芯片CL-PD6710擴展而得，芯片的片選讀寫連接到CPU的nGCS2引腳上，對應內存空間：0x10000000—0x17FFFFFF。接口如圖2.27所示。

通過附帶的PCMCIA-CF轉接卡，可以直接連接CF卡設備，如無線網卡、存儲設備等。

12. SD卡主機（MMC）接口

SD卡系統是一個大容量存儲系統，它提供了一個便宜的、結實的卡片式的存儲媒介，其低耗電和廣供電電壓的特性可以滿足移動電話、電池應用比如音樂播放器、個人管理器、掌上電腦、電子書、電子百科全書、電子詞典等等。接口電路如圖2.28所示。

13. IIC接口

CPU內置IIC總線控制器。為了方便用戶測試IIC總線讀寫，板載兩個IIC設備：一個是IIC接口的EEPROM 24C16，為16Kbit的串行EEPROM，方便用戶存儲一些小容量的數據，掉電不丟失；另一個是IIC接口的LED數碼管顯示控制器ZLG7290，通過控制器，控制8位8段數碼管的動態掃描。IIC EPROM連接電路如圖2.29所示。

IIC LED控制器連接電路如圖2.30所示。

14. USB接口

CPU內置兩個USB控制器，一個是USB Host（主機）控制器，另外一個可以配置成USB Host或者USB Device（設備）控制器。在板上，我們放置了3個USB的接口，兩個是HOST的接口，一個是DEVICE的接口，第二個USB口的功能切換通過USB接口旁邊的一個雙擲開關來進行選擇。電路連接如圖2.31所示，當S4撥到1端時，第二個USB口置為Device的功能，撥到3端時，置為Host的功能。

15. UART接口和IrDA接口

CPU內置三個異步串口，第三個串口可以選為通用異步串口或紅外接口，串行的連接如圖3.32所示。

16．音頻接口

CPU內置IIS總線，通過擴展音頻芯片UDA1341TS實現對音頻的錄放功能，而且為了方便用戶的使用，對雙通道的音頻信號增加了功放電路及2個1W的喇叭輸出，增強現場效果，當然，板載喇叭輸出也可以電路板左下角喇叭旁邊的雙擲開關S5關閉。

思考與實驗

一、判斷題

1.ARM公司是專門從事基于RISC技術芯片的制造開發公司。（ ）

2．在ARM中BANK是指寄存器組。（ ）

3．在ARM7中沒有提供用于虛擬存儲及存儲保護的數據訪問中止模式。（ ）

4.S3C2410是韓國三星公司的一款基于ARM940T內核的16/32位RISC嵌入式微處理器。（ ）

5.S3C2410有三種起動方式，通過引腳OM［1: 0］進行選擇。（ ）

6.S3C2410有三種起動方式，當OM［1: 0］＝00時，處理器從Nand FLASH啟動。（ ）

7.S3C2410采用ARM920T內核，16/32位復雜指令集。（ ）

8.S3C2410中有8個存儲器BANK, BANK7的起始地址和容量可編程設置。（ ）

9.S3C2410中有8個存儲器BANK，并且8個BANK的起始地址是固定的。（ ）

10.S3C2410中具有基于DMA和中斷操作的32位定時器。（ ）

11.S3C2410中有117個通用I/O口和24個外部中斷源。（ ）

12．選擇ARM處理器，主要考慮的因素有：ARM微處理器內核、系統的工作頻率、晶片內部存儲器的容量、編譯系統。（ ）

二、選擇題

1．不需要MMU支持時可選用（ ）芯片。

A. ARM720T

B. ARM920T

C. ARM7TDMI

D. ARM922T

2.S3C2410是韓國Samsung公司生產的（ ）處理器。

A. ARM7

B. ARM9

C. ARM10

D. ARM11

3.S3C2410是韓國Samsung公司開發的（ ）的微處理器。

A. 16位RISC

B. 16位CISC

C.32位RISC

D. 32位CISC

4．三星公司開發的S3C2410微處理器SoC芯片集成單元內部與存儲器電壓分別是（ ）。

A. 1.8V與3.3V

B. 3.8V與3.3V

C. 5V與3.3V

D. 3.3V與1.8V

5．三星公司開發的S3C2410微處理器有（ ）通用異步串行端口。

A. 2

B. 3

C. 4

D. 5

6．三星公司開發的S3C2410微處理器有（ ）PWM定時器和一個內部定時器。

A. 2

B. 3

C. 4

D. 5

7．三星公司開發的S3C2410微處理器有（ ）個通用I/O。

A. 32

B. 64

C. 117

D. 128

8．三星公司開發的S3C2410微處理器有（ ）LCD控制器。

A. 0

B. 1

C. 2

D. 3

9．三星公司開發的S3C2410微處理器中異步串口用（ ）表示。

A. ADC

B. RTC

C. GPIO

D. UART

10．三星公司開發的S3C2410微處理器中通用可編程輸入輸出（ ）表示。

A. NAND

B. RTC

C. GPIO

D. UART

三、閱讀下列程序，程序的功能是用鍵盤控制LED燈的亮暗，當K1-K4中某個按鍵按下時，LED1-LED4中相應LED點亮，請分析。

        #define GPBCON (＊(volatile unsigned long ＊)0x56000010)
        #define GPBDAT (＊(volatile unsigned long ＊)0x56000014)
        #define GPFCON (＊(volatile unsigned long ＊)0x56000050)
        #define GPFDAT (＊(volatile unsigned long ＊)0x56000054)
        /＊ LED1- LED 4對應GPB7- GPB 10 ＊/
        #define GPB7_out (1<<(7＊2))
        #define GPB8_out (1<<(8＊2))
        #define GPB9_out (1<<(9＊2))
        #define GPB10_out (1<<(10＊2))
        /＊ K1-K3對應GPF1-GPF3 K4對應GPF7 ＊/
        #define GPF1_in ~(3<<(1＊2))
        #define GPF2_in ~(3<<(2＊2))
        #define GPF3_in ~(3<<(3＊2))
        #define GPF7_in ~(3<<(7＊2))
        int main()
        {
        //LED1-LED4對應的4根引腳設為輸出
        GPBCON =GPB7_out | GPB8_out | GPB9_out | GPB10_out ;
        //K1-K4對應的4根引腳設為輸入

        GPFCON &= GPF1_in & GPF2_in & GPF3_in & GPF7_in ;
        while(1){
        //若Kn為0(表示按下)，則令LEDn為0(表示點亮)
        GPBDAT = ((GPFDAT & 0x0e)<<6) | ((GPFDAT & 0x80)<<3); }
        return 0;
        }

四、電路原理分析題

1．下圖所示為按鍵電路、鍵盤電路、LED燈電路與S3C2410連接情況，請分析按鍵時電位的變化情況。

2．分析下圖中LCD與S3C2410連接時工作情況。

3．下圖電路是步進電機工作時的連接圖，請識別電路中器件并寫出器件所起的功能。

4．分析以下數碼電路，寫出應用的場合。

5．分析以下電路圖，寫出各器件的功能。