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嵌(qian)入(ru)(ru)式(shi)(shi)硬(ying)(ying)件(jian)(jian)(jian)(jian)開發主要編寫嵌(qian)入(ru)(ru)式(shi)(shi)系統(tong)硬(ying)(ying)件(jian)(jian)(jian)(jian)總(zong)體方(fang)案和詳細方(fang)案，進行硬(ying)(ying)件(jian)(jian)(jian)(jian)選(xuan)型(單片機、DSP或者其他處理器)及(ji)(ji)系統(tong)分析;負責硬(ying)(ying)件(jian)(jian)(jian)(jian)詳細設計及(ji)(ji)實(shi)現，包含原理設計、PCB layout、硬(ying)(ying)件(jian)(jian)(jian)(jian)調試;參(can)與(yu)系統(tong)移植以及(ji)(ji)驅動的開發調試;這(zhe)些都是(shi)嵌(qian)入(ru)(ru)式(shi)(shi)硬(ying)(ying)件(jian)(jian)(jian)(jian)開發的工作內容，而(er)在嵌(qian)入(ru)(ru)式(shi)(shi)硬(ying)(ying)件(jian)(jian)(jian)(jian)開發過(guo)程中(zhong)，很多(duo)人(ren)都會在這(zhe)些地方(fang)犯糊涂，總(zong)結了(le)一些嵌(qian)入(ru)(ru)式(shi)(shi)硬(ying)(ying)件(jian)(jian)(jian)(jian)開發中(zhong)需要留(liu)意的一些問題，這(zhe)是(shi)嵌(qian)入(ru)(ru)式(shi)(shi)硬(ying)(ying)件(jian)(jian)(jian)(jian)開發中(zhong)最重要的，必須了(le)解。

在嵌入式硬件(jian)開發中，你做了需求分析，但是(shi)(shi)往往到后面問(wen)題的考(kao)慮上(shang)還是(shi)(shi)會出現很多問(wen)題，在這里一個不漏的告(gao)訴(su)你：

1.MCU的(de)選擇

選(xuan)(xuan)擇 MCU 時要考慮 MCU 所能夠(gou)完成的功能、MCU 的價格(ge)、功耗(hao)、供(gong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)壓、I/O 口電(dian)(dian)平、管腳數目以(yi)及 MCU 的封裝(zhuang)等因素(su)。MCU 的功耗(hao)可以(yi)從其(qi)電(dian)(dian)氣性(xing)能參數中查到。供(gong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)壓有 5V、3.3V 以(yi)及 1.8V 超低電(dian)(dian)壓供(gong)電(dian)(dian)模(mo)式。為(wei)了能合理分配(pei) MCU 的I/O資源(yuan)，在 MCU 選(xuan)(xuan)型時可繪制一張引腳分配(pei)表，供(gong)以(yi)后的設計使用。

2. 晶振確定

晶(jing)(jing)振(zhen)相當(dang)于嵌入(ru)式系統的心臟(zang)，其(qi)穩定與否直接關系其(qi)運(yun)行狀(zhuang)態和通訊性能。常見的振(zhen)有(you)無源(yuan)晶(jing)(jing)振(zhen)，有(you)源(yuan)晶(jing)(jing)振(zhen)，首先要(yao)(yao)確(que)定其(qi)振(zhen)蕩頻(pin)率，其(qi)次(ci)要(yao)(yao)確(que)定晶(jing)(jing)振(zhen)類(lei)型(xing)。

a、無源晶振

 其匹(pi)配電(dian)(dian)(dian)容和(he)匹(pi)配電(dian)(dian)(dian)阻的選擇，這部分一(yi)般依據(ju)參考手冊(ce)。在(zai)(zai)單(dan)片機設計(ji)中，經常使用插件晶(jing)(jing)(jing)振配合瓷片電(dian)(dian)(dian)容。在(zai)(zai)ARM中，為了(le)減少空間和(he)便于布線，經常使用四角無源晶(jing)(jing)(jing)振配合貼片電(dian)(dian)(dian)容。雖然我們(men)對于固定晶(jing)(jing)(jing)振的匹(pi)配電(dian)(dian)(dian)路比(bi)較熟悉，但是為了(le)達(da)到萬(wan)無一(yi)失，還是要看參考手冊(ce)確定電(dian)(dian)(dian)容大小，是否需(xu)要匹(pi)配電(dian)(dian)(dian)阻等(deng)細節。

b、有源晶振

具有更好的更準確的時鐘信號，但是相比之下，比無緣(yuan)晶(jing)振(zhen)價(jia)格高，因此(ci)這也是在硬件電路設計中需要關注(zhu)的成本。

在(zai)做電(dian)路板設計時(shi)需要注(zhu)意晶(jing)振(zhen)走(zou)線(xian)盡量靠(kao)近芯(xin)片，關(guan)鍵(jian)信號遠離(li)時(shi)鐘(zhong)走(zou)線(xian)。在(zai)條(tiao)件(jian)允(yun)許(xu)的情(qing)況下增(zeng)加(jia)接地保護環。如果是多(duo)層板，也要講關(guan)鍵(jian)信號遠離(li)晶(jing)振(zhen)的走(zou)線(xian)。

3.普(pu)通(tong)I/O口

(1)上拉(la)(la)、下拉(la)(la)電阻(zu)(zu)：考慮用內部(bu)或者外部(bu)上/下拉(la)(la)電阻(zu)(zu)，內部(bu)上/下拉(la)(la)阻(zu)(zu)值一般(ban)在 700Ω 左右，低功耗模式不宜使用。外部(bu)上/下拉(la)(la)電阻(zu)(zu)根(gen)據需要可選 10KΩ～1MΩ 之(zhi)間。

(2)開關量(liang)輸入：一定(ding)要保(bao)證高低(di)電(dian)(dian)壓(ya)分明(ming)。理想情況下高電(dian)(dian)平(ping)(ping)就(jiu)(jiu)是(shi)電(dian)(dian)源電(dian)(dian)壓(ya)，低(di)電(dian)(dian)平(ping)(ping)就(jiu)(jiu)是(shi)地的電(dian)(dian)平(ping)(ping)。如(ru)果外部電(dian)(dian)路無法正確(que)區分高低(di)電(dian)(dian)平(ping)(ping)，但高低(di)仍有較(jiao)大壓(ya)差，可(ke)考慮(lv)用 A/D 采(cai)(cai)集(ji)的方式設(she)計處理。對分壓(ya)方式中的采(cai)(cai)樣點，要考慮(lv)分壓(ya)電(dian)(dian)阻的選擇(ze)，使該點通過采(cai)(cai)樣端口的電(dian)(dian)流不小(xiao)于采(cai)(cai)樣最小(xiao)輸入電(dian)(dian)流，否則無法進行采(cai)(cai)樣。

(3)開關量輸出：基本原則是保證輸出高(gao)電(dian)平(ping)(ping)接(jie)近(jin)電(dian)源電(dian)壓，低電(dian)平(ping)(ping)接(jie)近(jin)地電(dian)平(ping)(ping)。I/O 口的(de)(de)吸納電(dian)流(liu)(liu)(liu)一般大于(yu)放出電(dian)流(liu)(liu)(liu)。對小功率元(yuan)器件(jian)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)最好(hao)是采用低電(dian)平(ping)(ping)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)方式。一般情況下，若負載要求小于(yu)10mA，則可用芯片(pian)引腳直接(jie)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi);電(dian)流(liu)(liu)(liu)在 10~100mA 時(shi)可用三極管控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)，在 100mA～1A 時(shi)用 IC 控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi);更(geng)大的(de)(de)電(dian)流(liu)(liu)(liu)則適合用繼電(dian)器控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)，同時(shi)建(jian)議使用光(guang)電(dian)隔離芯片(pian)。

4.電源

(1)考慮系統(tong)對(dui)電源的需(xu)求，例如系統(tong)需(xu)要(yao)幾種電源，如24V、12V、5V或者3.3V等(deng)，估計各需(xu)要(yao)多少功率或最大電流(mA)。在計算電源總功率時要(yao)考慮一(yi)定的余量，可按(an)公式“電源總功率=2×器(qi)件總功率”來(lai)計算。

(2)考(kao)慮芯片與器件對電(dian)源(yuan)波(bo)動性(xing)的需求(qiu)。一般(ban)允許電(dian)源(yuan)波(bo)動幅度在(zai) ±5% 以(yi)內。對于A/D轉換(huan)芯片的參(can)考(kao)電(dian)壓一般(ban)要(yao)求(qiu) ±1% 以(yi)內。

(3)考慮工作電源是使(shi)用電源模塊還是使(shi)用外接電源。

5.控制電(dian)路(lu)

對外控制電路要(yao)(yao)注意設計的冗余(yu)與反(fan)測(ce)，要(yao)(yao)有(you)合(he)適的信號隔離措施等(deng)。在(zai)(zai)評估(gu)設計的布板時，一定要(yao)(yao)在(zai)(zai)構件的輸入(ru)輸出端引出檢測(ce)孔，以(yi)方(fang)便排查錯誤時測(ce)量(liang)。

6.A/D電(dian)路(lu)與D/A電(dian)路(lu)

(1)A/D電路(lu)(lu)：要清楚前端采(cai)(cai)樣基本(ben)原理，對電阻(zu)型(xing)、電流(liu)型(xing)和電壓型(xing)傳感器采(cai)(cai)用不同的采(cai)(cai)集(ji)電路(lu)(lu)。如果采(cai)(cai)集(ji)的信(xin)號(hao)微弱，還要考慮如何進行信(xin)號(hao)放大。

(2)D/A電(dian)路(lu)：考慮 MCU 的(de)引腳(jiao)通(tong)過何種(zhong)輸出電(dian)路(lu)控(kong)制(zhi)實(shi)際對象。

7. 考(kao)慮低(di)功耗(hao)

低(di)功(gong)耗(hao)(hao)設(she)計并不僅(jin)僅(jin)是(shi)為了省電，更多的(de)(de)(de)好(hao)處在(zai)于降(jiang)低(di)了電源模(mo)塊及散熱(re)系統(tong)的(de)(de)(de)成(cheng)本(ben)。由于電流的(de)(de)(de)減小也減少了電磁輻射和熱(re)噪聲(sheng)的(de)(de)(de)干擾。隨著設(she)備溫(wen)度的(de)(de)(de)降(jiang)低(di)，器件壽(shou)命(ming)則相應延長，要(yao)做到低(di)功(gong)耗(hao)(hao)一般需要(yao)注意以下(xia)幾點：

(1)并不是(shi)所有的(de)總線(xian)信號(hao)都要(yao)上拉。上下(xia)拉電(dian)阻(zu)也有功(gong)耗(hao)問題需要(yao)考慮。上下(xia)拉電(dian)阻(zu)拉一個單(dan)純的(de)輸入信號(hao)，電(dian)流(liu)(liu)也就幾十微安以下(xia)。但拉一個被驅(qu)動了的(de)信號(hao)，其(qi)電(dian)流(liu)(liu)將達毫安級。所以需要(yao)考慮上下(xia)拉電(dian)阻(zu)對系(xi)統總功(gong)耗(hao)的(de)影(ying)響。

(2)不(bu)用的(de)(de)(de)I/O口不(bu)要懸(xuan)空，如果懸(xuan)空的(de)(de)(de)話，受外界(jie)的(de)(de)(de)一點點干擾就可能成為反復振蕩的(de)(de)(de)輸入信(xin)號，而MOS器件的(de)(de)(de)功(gong)耗基本取決(jue)于門電路的(de)(de)(de)翻轉(zhuan)次數。

(3)對(dui)一些外圍小芯片的功(gong)耗(hao)(hao)也需要考慮。對(dui)于內部不(bu)太復(fu)雜的芯片功(gong)耗(hao)(hao)是很(hen)難確定(ding)的，它主要由(you)引腳上的電(dian)流確定(ding)。例如有的芯片引腳在沒有負載(zai)時，耗(hao)(hao)電(dian)大概不(bu)到1毫安，但負載(zai)增大以后，可能功(gong)耗(hao)(hao)很(hen)大。

8.考慮低成本

(1)正(zheng)確選(xuan)(xuan)擇電(dian)(dian)阻值與電(dian)(dian)容值。比(bi)如(ru)一(yi)個上拉(la)電(dian)(dian)阻，可以使用4.5K-5.3K的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)阻，你覺得(de)就(jiu)選(xuan)(xuan)個整數5K，事(shi)實上市場上不(bu)存在(zai)5K的(de)(de)(de)(de)阻值，最接近(jin)的(de)(de)(de)(de)是4.99K(精度(du)(du)1%)，其(qi)次是5.1K(精度(du)(du)5%)，其(qi)成(cheng)本(ben)分別比(bi)精度(du)(du)為20%的(de)(de)(de)(de)4.7K高(gao)4倍和2倍。20%精度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)阻阻值只(zhi)有1、1.5、2.2、3.3、4.7、6.8幾(ji)個類別(含(han)10的(de)(de)(de)(de)整數倍);類似地(di)，20%精度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)容也只(zhi)有以上幾(ji)種值，如(ru)果選(xuan)(xuan)了(le)其(qi)它的(de)(de)(de)(de)值就(jiu)必(bi)須(xu)使用更高(gao)的(de)(de)(de)(de)精度(du)(du)，成(cheng)本(ben)就(jiu)翻(fan)了(le)幾(ji)倍，卻不(bu)能(neng)帶來任何好處。

(2)指(zhi)示燈(deng)的選擇。面板上(shang)的指(zhi)示燈(deng)選什么顏(yan)(yan)色(se)呢?有些(xie)人按顏(yan)(yan)色(se)選，比如自(zi)己喜(xi)歡藍(lan)色(se)就選藍(lan)色(se)。但是(shi)其它紅綠(lv)黃橙等顏(yan)(yan)色(se)的不管(guan)大(da)小(5mm以下(xia))封裝如何，都已成熟了幾十年，價(jia)(jia)格(ge)一般都在5毛錢以下(xia)，而藍(lan)色(se)卻是(shi)近三四年才發明(ming)的，技術成熟度和(he)供貨(huo)穩定度都較差(cha)，價(jia)(jia)格(ge)卻要貴四五倍。 (注: 這一已經(jing)是(shi)幾年前的看(kan)法(fa)了.)

(3)不(bu)要什么都選最好(hao)的。在一(yi)(yi)個高速系統中并不(bu)是每(mei)一(yi)(yi)部(bu)分(fen)都工作(zuo)在高速狀(zhuang)態，而器件速度每(mei)提(ti)高一(yi)(yi)個等級，價格差不(bu)多要翻倍，另外還(huan)給信號(hao)完整性問(wen)題帶來極大的負(fu)面影響.

這(zhe)些是不(bu)(bu)是你(ni)(ni)都(dou)掌握了呢(ni)，在嵌(qian)入式硬(ying)件開發(fa)中(zhong)這(zhe)是很重要的，不(bu)(bu)要忽視這(zhe)些，這(zhe)都(dou)是你(ni)(ni)成為真正(zheng)的嵌(qian)入式硬(ying)件開發(fa)工程(cheng)師需要掌握的。