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[经验] 实战讲解:如何设计ARM嵌入式系统硬件结构

2020-7-23 07:30:00  2177 ARM 嵌入式
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随着计算机技术、微电子技术和网络技术的迅速发展,嵌入式系统在工农业等诸多领域得到了广泛的应用。本文主要详细介绍ARM嵌入式系统硬件设计及ARM嵌入式系统的应用实例,具体的跟随小编一起来了解一下。
  ARM嵌入式系统硬件设计  图1是系统硬件结构图“系统采用外部3.6864MHz的晶振产生内核所需要的18.432MHz、36.864MHz、49.152MHz或73.728MHz的时钟
 
  以下主要针对此硬件开发平台,进行结构、储存器扩展、主要接口、显示及其外设方面设计的介绍。
  1、电源部分设计
  电源是系统可靠工作的保证,包括供电和复位电路部分。系统复位模块提供CS89712启动信号。系统采用nPOR信号作为复位信号,使用复位芯片产生复位信号。如图2:
  
  整个系统的外部电源输入采用直流18V-36V,系统的供电较为复杂,电压等级多,其中CS89712芯片I/0和内核分别采用3.3V.2.5V供电,而扩展的MAX125、LCD显示器采用5V供电,同时LCD对比度调节需负电压偏置(选用MAX686芯片);而模拟量采集MAX125前向通道中滤波和电压跟随电路所用运放电源电压为正、负12V。这里采用Ericsson的DC/DC电源模块PKC2131PI,提供隔离的正负12V和+5V,同时选用MICREL公司MIC2211-2.5/3.3BML型双输出LDO提供CS89712的3.3V和2.5V。图3为CS89712双电源供电电路:
  
  2、存储器部分设计
  本系统采用FLASH存储程序和参数,使用SDRAM作为程序的运行空间。数据及堆栈。CS89712内置了SDRAM控制器和内存接口。其中FLASH部分采用2片Intel公司TE28F320B3Ba110,构成32位宽8MB的FLASH,SDRAM采用2片NEC公司uPD-4564163G5,构成32位宽16MB的SDRAM,如图4:
  
  3、LCD硬件扩展设计
  液晶显示器(LCD)具有显示信息丰富、功耗低、体积小、重量轻等其他显示器无法比拟的优势,目前在智能仪表仪器和低功耗电子产品中得到了广泛的应用。
  CS89712内置了LCD控制器,LCD控制器就相当于嵌入式系统的显卡,接口有以下信号:DD[0:3](数据线)、FRM(帧同步信号)、CL1(行同步信号)、CL2(象素数据时钟)、M(交流偏置信号)。这里我们扩展的是一个STN的彩色LCD,该LCD显示屏提供8位数据接口。表1为CS89712和该LCD控制信号接线对应表。
  
  
  4、触摸屏硬件扩展设计
  触摸屏输入部分由触摸屏、触摸屏控制器组成,和LCD配合可以实现完整的人机操作界面。图7为实际的触摸屏输入系统部分,采用四线电阻式触摸屏,触摸屏控制器采用T[(BB)公司的ADS7846,其可以通过SPI接口直接和CS89712相接。
  
  5、以太网接口的设计
  由于CS89712内部集成了CS8900A以太网控制器其本身带有802.3MAC引擎、Buffer、串行EEP-ROM接口和10BASE-T的模拟前端。只需增加I/O隔离滤波器RJ45接口即可。此部分电路如图8:
  
  6、数据采集硬件扩展设计
  MAX125是MAXIM公司生产的高速2X4通道同步采样14位逐次比较型A/D转换芯片,其模拟输入范围为正负5V,内部具有2.5V参考电源,内置有四个采样/保持放大器(T/H)。输入分为A、B两组,通过开关的切换可以对八个通道进行采集,转换所得的数字量都存储在4X14的RAM中。其并行接口数据访问和总线释放的定时特性与CS89712芯片总线的特性兼容,故两者可以直接相连而不需等待状态。由于MAXI25为+5V供电,在与I/O电源电压为3.3V的CS89712联接时需要使用总线电平转换芯片74LVC245A,其中采用读写控制信号控制总线转换方向,转换完成后自动申请CS89712的外部中断EINT1,读取A/D数据自动会撤消该中断。通过在前向通道加接限幅保护、电压跟随和滤波输入电路,即可完成模拟数据采集电路的设计。
  税控收款机应用举例  一、基于S3C44B0的税控收款机
  1、采用嵌入式CPU(S3C44B0)
  2、从系统结构上改变目前收款机应用系统中出现的高端机(由PC机组成系统)成本过高与低端机(由单片机组成系统)资源不足的状况,使嵌入式系统在税控收款机上得到广泛应用
  二、税控收款机组成框图
  
  三、税控收款机硬件组成:
  1、CPU:S3C44B0
  2、存储器:FLASH、SDRAM、NANDFLASH
  3、显示器:LCD、VFD
  4、触摸屏:四线电阻式触摸屏
  5、PS/2外设接口:键盘、条码扫描器、磁卡扫描器
  6、RS232、并行口扩展接口:用外设扩展芯片实现
  7、网络扩展接口
  8、电源模块:主板电源modem电源、VFD电源等
  四、POS机软件组成:
  1、操作系统
  1)采用uCLinux操作系统,不需要MMU支持,内核可裁减
  2)包括了完善的TCP/IP协议栈,PPP拨号网络
  2、图形系统
  采用MiniGUI,中国人自行开发,界面美观,移植简单
  3、应用程序
  1)商业功能模块
  2)税控功能模块
  3)报表功能模块
  4)管理设置功能模块
  5)其它功能模块

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