第7章_ARM7系列芯片的外围电路设计
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第7章 ARM7系列芯片的 外围电路设计
➢ 1. 嵌入式硬件系统模块 ➢ 2. 存储器电路与设计 ➢ 3. 键盘输入模块 ➢ 4. 显示输出模块 ➢ 5. 串行通信模块
1
7.1 嵌入式硬件系统模块
7.1.1 7.1.2 7.1.3 7.1.4 7.1.5
最小系统结构 电源电路 时钟电路 复位电路 存储器系统
单元03 单元13 单元23
7
单元30 单元31 单元32 单元33
单元7 单元6
3
15
举例：IS61LV25616AL芯片
美国ISSI公司的IS61LV25616AL芯片是采用高性 能CMOS技术、高速16位 512KB的SRAM。 IS61LV25616AL芯片内部逻辑结构 IS61LV25616AL芯片的引脚描述 IS61LV25616AL芯片与LPC2100/2200系列的连 接示意图
根据存储信息原理的不同， RAM又可以分 为SRAM（Static RAM，静态随机存储 器）、SDRAM（Synchronous Dynamic RAM，同步的动态随机存储器）和 PSRAM（Pseudo Static RAM，假静态随 机存储器）。
11
ROM（只读存储器）
ROM是一种只能读出预先存储数据的固态 半导体存储器，其特性是ROM所存的数据 稳定，断电后数据不会改变；其结构较简 单，读出较方便，因而常用于存储各种固 定程序和数据。
的状态 。 存储器系统
调试测试 接口
3
7.1.2 电源电路
电源是电子设备不可缺少的重要组成部分， 良好的电源设计是系统稳定运行的保障， 在进行硬件系统设计之前要估算整个系统 的整体功率，然后在进行电源芯片的选型， 其性能的优劣直接关系到硬件系统的稳定性 和可靠性，以及电磁兼容性。
4
电源设计的思路
复位功能
• 上电复位 • 按键复位
7
7.1.5 存储器系统
存储器是计算机系统中用来存放程序和数据 的记忆设备。
在进行扩展嵌入式存储器时，一般采用存储 密度较大的存储器芯片，使其存储容量与 应用软件的大小相匹配。另外，对于没有总线 接口的微处理器，需要通过I/O口模拟总线时序 来访问片外存储器，或者使用I2C、SPI等串行 接口连接片外存储器。
存储器读/写 控制逻辑
WE
CS
OE
14
静态RAM的逻辑结构
1. 存储0 矩阵
A1 A0
Y译码器
2. 存储1 器单元读1 /写单元0控制逻辑
0
1
2
3
A32 .
A1
A40 .
地双向2 数据缓冲器
单元00 单元01 单元02
址3
0
地址译码器 译码器主 码要 方456 有 式单单两 。元元35种实单单元元24现方式AA23：单译码器X 12译码单单元元12方00 式单单元元，1211 双单单译元元1222
2
7.1.1 最小系统结构
复位电路
嵌入式微控制器是时钟整电个路 系统的核心，负
责整个系统的运作，但是它不能独立工
作，必须配置额外的外围电路为其提供
必电要源电的路基本条件。
输入设备
ARM MCU
所时谓钟电最路小系统结构，是指在嵌入输式出设微备控 制 到电器 一源外个电路部可增以加让尽 嵌A可 入RM能 式M少 微CU的 控电 制路 器模独复位块立电，工路 达作
使用变压器将220v交流市电降到7v~20v的 交流电，然后通过整流电路把交流电整流成 直流电，通过滤波采用线性稳压器件，实现 电压调节和稳压的作用，将较高的直流电压 转变为系统所需的系统工作电源。
AC220输入
变压
Biblioteka Baidu
整流滤波
稳压
滤波
5
7.1.3 时钟电路
基于时LPC序210电0 路的微控制器依靠LP时C21钟00 才能
嵌入式领随域机读中写存存储器储器静态一RAM般（SR可AM分） 为两大 类：随机访（R问AM存） 储器动态（RAMR（aDRnAdM）om Access Memory，伪R随A机MSRA）M（和PSR只AM）读存储 半导器体存（储器Read Only Me掩m模o式RrOyM，（MRaskOROMM）） 。
一次编程式ROM（PROM）
只读存储器 （ROM）
紫外线擦除、多次编程式ROM（EPROM） 电擦除、多次编程式ROM（EEPROM）
NOR FLASH 闪速存储器（FLASH）
NAND FLASH
10
RAM（随机访问存储器）
RAM也可称为读写存储器，其存储单元中 的内容在机器运行期间可按需随意读/写， 且访问速度与存储单元的位置无关，无需 经过中间电路的驱动。因为RAM在断电时 将丢失其存储内容，所以主要用于存储短 时间使用的程序。
8
7.2 存储器电路与设计
7.2.1 7.2.2 7.2.3 7.2.4 7.2.5 7.2.6 7.2.7
嵌入式系统中存储器的分类 SRAM接口 SDRAM接口 PSRAM接口 NAND FLASH接口 NOR FALSH接口 存储器与ARM的连接
9
7.2.1 嵌入式系统中 存储器的分类
正常工LPC作220。0
LPC2200
晶体振荡器也分为无源晶振（也可称为晶 XTA体L1，crystal）和XT有AL2源晶XT振AL（1 也可称为振XT荡AL2
器C1 ，oscillator）C22种类型。C Clock
(a)
(b)
6
7.1.4 复位电路
复位电路是微控制器系统最基本的组成部 分，可靠的复位设计是保证系统可靠运行 的前提条件。因为数字系统一上电时，其 内部状态是不可预知的，所以复位电路的 功能就是负责将微控制器内部初始化为某 个确定的状态。
根据不同的应用场合，FLASH的实现 技术分为 NOR型FLASH 和NAND型 FLASH 。
13
7.2.2 SRAM接口
1. SRAM特点
An-1~A0具S据R有将A极会M属高丢地址译码于的失易读失写性速存度存储储矩器阵，电源掉电双缓向后冲数S器据RAM中的Dm数-1~D0
2. 逻辑结器 构
ROM可以分为掩膜式只读存储器 （MROM）、可编程只读存储器 （PROM）、可擦可编程序只读存储器 （EPROM）、电可擦可编程只读存储器 （E2PROM）和闪速存储器（FLASH Memory）。
12
FLASH存储器
FLASH是在EPROM和E2PROM 基础 上发展起来的，兼有RAM和ROM两 者的优点，是一种可在系统（InSystem）进行电擦写，掉电后信息不 丢失的存储器。其具有高集成度、大 容量、高速度、低成本的特点 。
➢ 1. 嵌入式硬件系统模块 ➢ 2. 存储器电路与设计 ➢ 3. 键盘输入模块 ➢ 4. 显示输出模块 ➢ 5. 串行通信模块
1
7.1 嵌入式硬件系统模块
7.1.1 7.1.2 7.1.3 7.1.4 7.1.5
最小系统结构 电源电路 时钟电路 复位电路 存储器系统
单元03 单元13 单元23
7
单元30 单元31 单元32 单元33
单元7 单元6
3
15
举例：IS61LV25616AL芯片
美国ISSI公司的IS61LV25616AL芯片是采用高性 能CMOS技术、高速16位 512KB的SRAM。 IS61LV25616AL芯片内部逻辑结构 IS61LV25616AL芯片的引脚描述 IS61LV25616AL芯片与LPC2100/2200系列的连 接示意图
根据存储信息原理的不同， RAM又可以分 为SRAM（Static RAM，静态随机存储 器）、SDRAM（Synchronous Dynamic RAM，同步的动态随机存储器）和 PSRAM（Pseudo Static RAM，假静态随 机存储器）。
11
ROM（只读存储器）
ROM是一种只能读出预先存储数据的固态 半导体存储器，其特性是ROM所存的数据 稳定，断电后数据不会改变；其结构较简 单，读出较方便，因而常用于存储各种固 定程序和数据。
的状态 。 存储器系统
调试测试 接口
3
7.1.2 电源电路
电源是电子设备不可缺少的重要组成部分， 良好的电源设计是系统稳定运行的保障， 在进行硬件系统设计之前要估算整个系统 的整体功率，然后在进行电源芯片的选型， 其性能的优劣直接关系到硬件系统的稳定性 和可靠性，以及电磁兼容性。
4
电源设计的思路
复位功能
• 上电复位 • 按键复位
7
7.1.5 存储器系统
存储器是计算机系统中用来存放程序和数据 的记忆设备。
在进行扩展嵌入式存储器时，一般采用存储 密度较大的存储器芯片，使其存储容量与 应用软件的大小相匹配。另外，对于没有总线 接口的微处理器，需要通过I/O口模拟总线时序 来访问片外存储器，或者使用I2C、SPI等串行 接口连接片外存储器。
存储器读/写 控制逻辑
WE
CS
OE
14
静态RAM的逻辑结构
1. 存储0 矩阵
A1 A0
Y译码器
2. 存储1 器单元读1 /写单元0控制逻辑
0
1
2
3
A32 .
A1
A40 .
地双向2 数据缓冲器
单元00 单元01 单元02
址3
0
地址译码器 译码器主 码要 方456 有 式单单两 。元元35种实单单元元24现方式AA23：单译码器X 12译码单单元元12方00 式单单元元，1211 双单单译元元1222
2
7.1.1 最小系统结构
复位电路
嵌入式微控制器是时钟整电个路 系统的核心，负
责整个系统的运作，但是它不能独立工
作，必须配置额外的外围电路为其提供
必电要源电的路基本条件。
输入设备
ARM MCU
所时谓钟电最路小系统结构，是指在嵌入输式出设微备控 制 到电器 一源外个电路部可增以加让尽 嵌A可 入RM能 式M少 微CU的 控电 制路 器模独复位块立电，工路 达作
使用变压器将220v交流市电降到7v~20v的 交流电，然后通过整流电路把交流电整流成 直流电，通过滤波采用线性稳压器件，实现 电压调节和稳压的作用，将较高的直流电压 转变为系统所需的系统工作电源。
AC220输入
变压
Biblioteka Baidu
整流滤波
稳压
滤波
5
7.1.3 时钟电路
基于时LPC序210电0 路的微控制器依靠LP时C21钟00 才能
嵌入式领随域机读中写存存储器储器静态一RAM般（SR可AM分） 为两大 类：随机访（R问AM存） 储器动态（RAMR（aDRnAdM）om Access Memory，伪R随A机MSRA）M（和PSR只AM）读存储 半导器体存（储器Read Only Me掩m模o式RrOyM，（MRaskOROMM）） 。
一次编程式ROM（PROM）
只读存储器 （ROM）
紫外线擦除、多次编程式ROM（EPROM） 电擦除、多次编程式ROM（EEPROM）
NOR FLASH 闪速存储器（FLASH）
NAND FLASH
10
RAM（随机访问存储器）
RAM也可称为读写存储器，其存储单元中 的内容在机器运行期间可按需随意读/写， 且访问速度与存储单元的位置无关，无需 经过中间电路的驱动。因为RAM在断电时 将丢失其存储内容，所以主要用于存储短 时间使用的程序。
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7.2 存储器电路与设计
7.2.1 7.2.2 7.2.3 7.2.4 7.2.5 7.2.6 7.2.7
嵌入式系统中存储器的分类 SRAM接口 SDRAM接口 PSRAM接口 NAND FLASH接口 NOR FALSH接口 存储器与ARM的连接
9
7.2.1 嵌入式系统中 存储器的分类
正常工LPC作220。0
LPC2200
晶体振荡器也分为无源晶振（也可称为晶 XTA体L1，crystal）和XT有AL2源晶XT振AL（1 也可称为振XT荡AL2
器C1 ，oscillator）C22种类型。C Clock
(a)
(b)
6
7.1.4 复位电路
复位电路是微控制器系统最基本的组成部 分，可靠的复位设计是保证系统可靠运行 的前提条件。因为数字系统一上电时，其 内部状态是不可预知的，所以复位电路的 功能就是负责将微控制器内部初始化为某 个确定的状态。
根据不同的应用场合，FLASH的实现 技术分为 NOR型FLASH 和NAND型 FLASH 。
13
7.2.2 SRAM接口
1. SRAM特点
An-1~A0具S据R有将A极会M属高丢地址译码于的失易读失写性速存度存储储矩器阵，电源掉电双缓向后冲数S器据RAM中的Dm数-1~D0
2. 逻辑结器 构
ROM可以分为掩膜式只读存储器 （MROM）、可编程只读存储器 （PROM）、可擦可编程序只读存储器 （EPROM）、电可擦可编程只读存储器 （E2PROM）和闪速存储器（FLASH Memory）。
12
FLASH存储器
FLASH是在EPROM和E2PROM 基础 上发展起来的，兼有RAM和ROM两 者的优点，是一种可在系统（InSystem）进行电擦写，掉电后信息不 丢失的存储器。其具有高集成度、大 容量、高速度、低成本的特点 。