2.6 嵌入式系统中常用硬件模块
1．系统供电电路
开发板由开关电源供电，包括一个5V/1A和一对+12/100mA、－12V/100mA的输入。5V电源经线形稳压器（LDO）后得到1.8V电压供CPU的核心工作，另外5V电压再经线形稳压器后得到3.3V供CPU I/O口部分和其他接口器件工作。±12V经78L05和79L05稳压后供A/D和D/A部分的运算放大器和DAC器件工作。在电源的保护方面，不仅在开关电源的AC输入端接有保险管，开关电源的5V输出端也串有可恢复的保险管，当系统连接出错而导致电流过大时，可恢复保险管会因过热而自动断开，当冷却以后，又自动连接，实现系统的过流自动保护。图2.13所示是一种较为典型的电源电路图，在此系统中所用到电压有3种：5V、3.3V和2.5V。其中5V为系统总电源，3.3V电压供给系统外设接口，2.5V为处理器的内核电压。
图2.13 一种较为典型的电源电路
在电源电路中，为了能更好地滤除交流成分，使用了大量的去耠电容，如图2.14所示，使输出的直流电源更平滑。
图2.14 电源电路去耠电容的构成
S3C2410对于片内的各个部件采用独立电源供电方法，内核采用1.8V供电，一般SDRAM及存储单元采用3.3V供电，对于移动SDRAM中可采用1.8V供电，I/O采用独立的3.3V供电。
2．时钟配置
S3C2410时钟连接如图2.15所示，系统主时钟源的选择可以来自外部的晶体XTlpll，如图2.15(a)所示，或者来自于外部时钟EXTCLK，如图2.15(b)所示，具体时钟源的选择如表2.10所示。
图2.15 时钟连接
表2.10 时钟设置与芯片引脚OM关系
因此，系统的时钟设置除了与外接的晶振有关系，还与芯片引脚相关。
如果开发板上，OM[3:2]固定接为地，那么CPU的系统时钟和USB口的时钟都来自12MHz晶振，RTC时钟来自外接的32.768kHz的晶振。
3．复位逻辑
S3C2410复位逻辑电路如图2.16所示：
图2.16 复位逻辑电路
引脚nRESET连接到CPU的复位端，上电或手动复位时，复位电路都可以在nRESET产生大于10MS的复位电平，保证系统可靠复位；JTAG电路的复位引脚nTRST通过4.7kΩ电阻和nREST连接，通过JTAG接口也可实现对系统的复位。
4．启动分区（BOOT ROM BANK0）
系统选择电路连接如图2.17所示。
图2.17 系统选择电路连接
通过双掷开关S1、S2可以设定系统的启动方式。
5. S3C2410与存储器的连接
1）S3C2410与2片8位FLASH的连接方法
如图2.18所示是S3C2410与2片8位FLASH的连接，通过位扩展的方法使8位数据线FLASH扩展为16位，与S3C2410的DATA[15:0]连接。
图2.18 S3C2410与2片8位FLASH的连接
2）S3C2410与2片16MB的SDRAM的连接方法
如图2.19所示是S3C2410与2片16位FLASH的连接，通过位扩展的方法使16位数据线FLASH扩展为32位，与S3C2410的DATA[31:0]连接。
图2.19 S3C2410与2片16位Flash的连接
6. JTAG调试电路模块
JTAG是Joint Test Action Group的缩写，通过JTAG使固定在PCB上的集成电路，只通过边界扫描便可以进行测试。常见的JTAG cable结构都比较简单，一端是并行口DB25，接到电脑的并口上，中间经过74HC244和一些电阻实现电平转换，另一端的JTAG header接到目标板的JTAG interface。如图2.20所示。
图2.20 JTAG仿真电路
JTAG的数据传输形式是串行，主要使用了以下引脚：
TDI (Test Data In)、TDO (Test Data Out)、TCK (Test ClocK)、TMS (Test Mode Select)、TRST (Test ReSeT) optional。因此，DB25-JTAG实际上只利用了DB25的少数几根线。但由于DB25的8条数据线都可以作为output，市面上就出现了各种使用不同Pin Assignment的JTAG线。图2.20所示是H-JTAG一种接法，引脚定义如表2.11所示。
表2.11
而S3C2410的烧写程序连接如表2.12所示。
表2.12
通过调试代理软件H-JTAG可以进行仿真调试，可大大降低仿真调试成本，JTAG的实物如图2.21所示。
图2.21 JTAG实物
7. LCD和触摸屏接口
板载SHARP 3.5〞TFT液晶屏LQ035Q7DB02,320×240,262144色，White LED背光，带触摸屏。而且板上也留出了LCD的扩展接口，如图2.22所示，供用户扩展之用。
图2.22 LCD的扩展接口
SHARP液晶自带四线电阻式触摸屏，可以直接和S3C2410的触摸屏驱动电路连接，触摸位置直接用CPU内置的ADC电路采样而得。板载触摸屏电路如图2.23所示。
图2.23 板载触摸屏电路
8．键盘和SPI接口
板载键盘扩展我们用的是SPI接口的键盘显示控制芯片ZLG7289，电路连接关系如图2.24所示。
图2.24 键盘和SPI接口电路连接关系
板载键盘的按键和芯片扫描的行线和列线之间的对应关系如表2.13所示。
表2.13 按键和扫描的行列线间的对应
9. A/D、D/A转换接口
由于CPU内部已经内置了8个通道的10-bit ADC转换器，所以在系统内没有扩展另外的ADC转换芯片，而直接采用的是CPU内置的ADC, A/D的参考电压为3.3V; D/A转换部分扩展了最常用的8bit DAC转换芯片DAC0832。为了方便用户测试和实验，可以连接多种信号作为A/D的输入，也可以是电位器调节的电压信号、温度传感器LM35输出的电压信号或者是D/A的输出信号，这里A/D、D/A电路如图2.25所示。
图2.25 A/D、D/A电路
10. SmartMedia Card(NAND FLASH memory)卡接口
在系统设计中，采用了SmartMedia Card接口，它与NAND FLASH的接口兼容，可以插入SAMSUNG的SmartMedia Card直接从卡里的NAND FLASH启动系统，接口如图2.26所示。
图2.26 SmartMedia Card(NAND FLASH memory)卡接口
11. PCMCIA接口
PCMCIA接口，我们通过专用扩展芯片CL-PD6710扩展而得，芯片的片选读写连接到CPU的nGCS2引脚上，对应内存空间：0x10000000—0x17FFFFFF。接口如图2.27所示。
图2.27 PCMCIA接口
通过附带的PCMCIA-CF转接卡，可以直接连接CF卡设备，如无线网卡、存储设备等。
12. SD卡主机（MMC）接口
SD卡系统是一个大容量存储系统，它提供了一个便宜的、结实的卡片式的存储媒介，其低耗电和广供电电压的特性可以满足移动电话、电池应用比如音乐播放器、个人管理器、掌上电脑、电子书、电子百科全书、电子词典等等。接口电路如图2.28所示。
图2.28 SD卡主机（MMC）接口
13. IIC接口
CPU内置IIC总线控制器。为了方便用户测试IIC总线读写，板载两个IIC设备：一个是IIC接口的EEPROM 24C16，为16Kbit的串行EEPROM，方便用户存储一些小容量的数据，掉电不丢失；另一个是IIC接口的LED数码管显示控制器ZLG7290，通过控制器，控制8位8段数码管的动态扫描。IIC EPROM连接电路如图2.29所示。
图2.29 IIC EPROM连接电路
IIC LED控制器连接电路如图2.30所示。
图2.30 IIC LED控制器连接电路
14. USB接口
CPU内置两个USB控制器，一个是USB Host（主机）控制器，另外一个可以配置成USB Host或者USB Device（设备）控制器。在板上，我们放置了3个USB的接口，两个是HOST的接口，一个是DEVICE的接口，第二个USB口的功能切换通过USB接口旁边的一个双掷开关来进行选择。电路连接如图2.31所示，当S4拨到1端时，第二个USB口置为Device的功能，拨到3端时，置为Host的功能。
图2.31 USB接口
15. UART接口和IrDA接口
CPU内置三个异步串口，第三个串口可以选为通用异步串口或红外接口，串行的连接如图3.32所示。
图3.32 串行接口
16．音频接口
CPU内置IIS总线，通过扩展音频芯片UDA1341TS实现对音频的录放功能，而且为了方便用户的使用，对双通道的音频信号增加了功放电路及2个1W的喇叭输出，增强现场效果，当然，板载喇叭输出也可以电路板左下角喇叭旁边的双掷开关S5关闭。
思考与实验
一、判断题
1.ARM公司是专门从事基于RISC技术芯片的制造开发公司。（ ）
2．在ARM中BANK是指寄存器组。（ ）
3．在ARM7中没有提供用于虚拟存储及存储保护的数据访问中止模式。（ ）
4.S3C2410是韩国三星公司的一款基于ARM940T内核的16/32位RISC嵌入式微处理器。（ ）
5.S3C2410有三种起动方式，通过引脚OM［1: 0］进行选择。（ ）
6.S3C2410有三种起动方式，当OM［1: 0］＝00时，处理器从Nand FLASH启动。（ ）
7.S3C2410采用ARM920T内核，16/32位复杂指令集。（ ）
8.S3C2410中有8个存储器BANK, BANK7的起始地址和容量可编程设置。（ ）
9.S3C2410中有8个存储器BANK，并且8个BANK的起始地址是固定的。（ ）
10.S3C2410中具有基于DMA和中断操作的32位定时器。（ ）
11.S3C2410中有117个通用I/O口和24个外部中断源。（ ）
12．选择ARM处理器，主要考虑的因素有：ARM微处理器内核、系统的工作频率、晶片内部存储器的容量、编译系统。（ ）
二、选择题
1．不需要MMU支持时可选用（ ）芯片。
A. ARM720T
B. ARM920T
C. ARM7TDMI
D. ARM922T
2.S3C2410是韩国Samsung公司生产的（ ）处理器。
A. ARM7
B. ARM9
C. ARM10
D. ARM11
3.S3C2410是韩国Samsung公司开发的（ ）的微处理器。
A. 16位RISC
B. 16位CISC
C.32位RISC
D. 32位CISC
4．三星公司开发的S3C2410微处理器SoC芯片集成单元内部与存储器电压分别是（ ）。
A. 1.8V与3.3V
B. 3.8V与3.3V
C. 5V与3.3V
D. 3.3V与1.8V
5．三星公司开发的S3C2410微处理器有（ ）通用异步串行端口。
A. 2
B. 3
C. 4
D. 5
6．三星公司开发的S3C2410微处理器有（ ）PWM定时器和一个内部定时器。
A. 2
B. 3
C. 4
D. 5
7．三星公司开发的S3C2410微处理器有（ ）个通用I/O。
A. 32
B. 64
C. 117
D. 128
8．三星公司开发的S3C2410微处理器有（ ）LCD控制器。
A. 0
B. 1
C. 2
D. 3
9．三星公司开发的S3C2410微处理器中异步串口用（ ）表示。
A. ADC
B. RTC
C. GPIO
D. UART
10．三星公司开发的S3C2410微处理器中通用可编程输入输出（ ）表示。
A. NAND
B. RTC
C. GPIO
D. UART
三、阅读下列程序，程序的功能是用键盘控制LED灯的亮暗，当K1-K4中某个按键按下时，LED1-LED4中相应LED点亮，请分析。
#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对应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对应GPF1-GPF3 K4对应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对应的4根引脚设为输出
GPBCON =GPB7_out | GPB8_out | GPB9_out | GPB10_out ;
//K1-K4对应的4根引脚设为输入
GPFCON &= GPF1_in & GPF2_in & GPF3_in & GPF7_in ;
while(1){
//若Kn为0(表示按下)，则令LEDn为0(表示点亮)
GPBDAT = ((GPFDAT & 0x0e)<<6) | ((GPFDAT & 0x80)<<3); }
return 0;
}
四、电路原理分析题
1．下图所示为按键电路、键盘电路、LED灯电路与S3C2410连接情况，请分析按键时电位的变化情况。
2．分析下图中LCD与S3C2410连接时工作情况。
3．下图电路是步进电机工作时的连接图，请识别电路中器件并写出器件所起的功能。
4．分析以下数码电路，写出应用的场合。
5．分析以下电路图，写出各器件的功能。
