嵌入式系统硬件设计样本
七基于ARM的嵌入式系统硬件结构设计.ppt
自动引导模式流程
自动引导模式流程： 复位； 如果自动引导模式使能，Nand Flash中的前4KB代码拷贝到内部
的小石头区域； 小石头映射到nGCS0； CPU开始执行小石头区域中的代码。 Nand Flash模式： 通过NFCONF寄存器设置Nand Flash配置； 把Nand Flash命令写入NFCMD寄存器； 把Nand Flash地址写入NFADDR寄存器； 读/写数据同时通过NFSTAT寄存器检测Nand Flash状态。读操作
5
S3C2410X及片内外围简介
6
S3C2410X支持大、小端模式，将存储空间分成8组（ Bank），每组大小是128MB，共计1GB。
7
特殊功能寄存器
1、内存控制器（Memory Controller）：内存控制器为访问外部存 储空间提供存储器控制信号，共有13个寄存器。
8
特殊功能寄存器
2．Nand Flash 控制器 S3C2410X支持Nand Flash启动，启动代码存储在Nand Flash上 。启动时，Nand Flash的前4KB将被装载到内部的固定地址的 SRAM中，利用硬件纠错码ECC对数据的正确性检验，然后开始 执行其中的启动代码。一般情况下，该启动代码会把Nand Flash 中的内容拷贝到SDRAM中去，拷贝完后，主程序将在SDRAM中 执行。操作流程如图4.13所示。
12
时钟和电源管理
（1）锁相环PLL。 锁相环最基本的结构由3个基本的部件组成：鉴相器（PFD）、环 路滤波器（Loop Filter）和压控振荡器（VCO），如图4.14所示 。鉴相器是个相位比较装置，它把输入信号Fref与压控振荡器输 出分频后的信号Fvco的相位进行比较，产生对应于两个信号相位 差的误差电压，该误差电压控制调整压控振荡器的频率，以达到 与输入信号同频。
嵌入式架构设计文档模板
嵌入式架构设计文档模板一、项目概述。
1. 项目背景。
咱这个项目呢，就是为了解决[具体问题]而诞生的。
比如说，就像我们每天都觉得找东西很麻烦，那这个嵌入式设备就像是一个超智能的小管家，能帮我们快速搞定那些让人头疼的事儿。
2. 目标。
咱这个嵌入式系统的目标呀，就是要又快又稳又聪明！具体来说呢，就是要在[规定的时间内]完成[任务1]、[任务2]这些事儿，而且不能出岔子，得像老黄牛一样踏实可靠。
同时，还得有那么点“小机灵鬼”的感觉，能够根据不同的情况做出正确的反应。
二、硬件架构设计。
1. 处理器选型。
我思来想去啊，最后选了[处理器型号]这个家伙。
为啥呢？它就像一个超级大脑，运算速度那叫一个快，就像闪电侠一样。
而且它的功耗还特别低，就像一个很会过日子的小能手，不会一下子就把电量给耗光光。
另外呀，它的接口特别丰富，就像一个有好多口袋的神奇背包，能轻松连接各种各样的设备。
2. 存储系统。
存储这一块也很重要呢。
我们采用了[存储类型，如闪存或者DDR内存等]。
闪存就像是一个超级记忆大师，断电了也不会把数据忘掉，而DDR内存呢，速度快得像火箭，能让数据快速地跑来跑去。
它们两个搭配起来，就像是一对好搭档，一个负责稳稳地保存数据，一个负责快速地处理数据的临时周转。
3. 外设接口。
外设接口那可真是五花八门呀。
有像[接口1名称，如USB接口]这样的大众明星接口，大家都认识它，能方便地连接各种外部设备，像鼠标、键盘这些小伙伴。
还有[接口2名称，如SPI接口]这种比较专业的接口，它就像是一个幕后英雄，默默地连接着一些特殊的传感器或者芯片，让整个系统能够获取更多的信息。
三、软件架构设计。
1. 操作系统选择。
操作系统这事儿我可琢磨了好久。
最后决定用[操作系统名称]。
这个操作系统就像是一个超级大管家，把所有的软件和硬件资源都管理得井井有条。
它比较小巧玲珑，不会占用太多的资源，就像一个很会节省空间的小房子。
而且它的实时性很强，就像一个严格遵守时间的小闹钟，什么时候该做什么事儿，都安排得明明白白的。
ARM嵌入式系统硬件设计及应用实例
ARM嵌入式系统硬件设计及应用实例ARM是一种广泛使用的嵌入式系统指令集架构，其在众多应用中都有着广泛的应用。
本文将以ARM嵌入式系统硬件设计及应用实例为主题，探讨其在不同领域中的具体应用。
一、ARM嵌入式系统硬件设计1.CPU设计：ARM架构的中央处理器是嵌入式系统的核心部件，其设计一般包括指令集设计、流水线设计和外设控制等。
基于ARM架构的CPU设计可以运行各种不同的操作系统和应用程序。
2.存储系统设计：嵌入式系统中的存储系统一般包括闪存、SDRAM等，用于存储程序代码、数据和系统参数等。
ARM嵌入式系统中的存储系统设计需要考虑性能、容量和功耗等因素。
3.总线系统设计：嵌入式系统中的总线系统用于连接各个模块，包括处理器、存储器、外设等。
ARM嵌入式系统中的总线系统设计需要考虑传输速度、连接方式和信号完整性等因素。
4.外设接口设计：ARM嵌入式系统通常需要与各种外设进行通信，包括显示器、触摸屏、传感器、通信模块等。
外设接口设计需要考虑接口标准、通信协议和电气特性等因素。
二、ARM嵌入式系统应用实例1.智能手机：智能手机是目前使用最广泛的ARM嵌入式系统应用之一、ARM架构提供了高性能、低功耗和丰富的接口，使得智能手机可以运行各种应用程序，如游戏、社交媒体和移动支付等。
2.智能家居：ARM嵌入式系统在智能家居应用中具有广泛的应用。
通过连接各种传感器和外设，ARM嵌入式系统可以实现智能家居设备的自动化控制，如智能灯光、智能门锁和智能温控等。
3.工业控制：工业控制系统是现代工业生产中的关键部件，ARM嵌入式系统在工业控制领域中具有重要应用。
ARM架构的高性能和丰富的接口，使得ARM嵌入式系统可以实现精确的数据采集、实时控制和通信功能。
4.医疗设备：ARM嵌入式系统在医疗设备中也有广泛应用。
例如，基于ARM架构的嵌入式系统可以用于电子血压计、血糖仪和心电图仪等医疗设备的数据采集、处理和显示。
5.汽车电子：现代汽车中的电子系统也广泛采用ARM嵌入式系统。
ARM嵌入式系统硬件设计及应用实例
ARM嵌入式系统硬件设计及应用实例ARM嵌入式系统是指使用ARM架构的处理器作为核心的嵌入式系统，它在嵌入式领域应用非常广泛，因为ARM处理器具有低功耗、高性能、低成本等优势。
ARM嵌入式系统的硬件设计主要包括处理器选择、电源管理、外设接口、外设选型等方面，下面将以一个智能家居控制系统为例，介绍ARM嵌入式系统硬件设计及应用实例。
一、处理器选择在设计ARM嵌入式系统时，首先需要选择合适的ARM处理器，常见的ARM处理器系列包括Cortex-M系列、Cortex-A系列和Cortex-R系列。
对于智能家居控制系统这种低功耗、实时性要求不高的应用场景，可以选择Cortex-M系列处理器，如STM32系列。
STM32系列处理器具有低功耗、高性能、丰富的外设接口等特点，非常适合嵌入式系统应用。
二、电源管理在设计ARM嵌入式系统时，电源管理是非常重要的一环。
智能家居控制系统通常需要接入多个传感器、执行器等设备，这些设备工作时会消耗大量电能。
因此，需要合理设计电源管理模块，包括电源管理芯片、电源转换器、稳压器等组件，以确保系统稳定可靠地工作。
三、外设接口智能家居控制系统通常需要接入多种外设设备，如传感器、执行器、显示屏、通信模块等。
因此，在ARM嵌入式系统的硬件设计中，需要设计适配这些外设设备的接口，如GPIO、SPI、I2C、UART等接口。
同时，还需要考虑外设设备与ARM处理器之间的数据传输速度、稳定性等因素。
四、外设选型在设计ARM嵌入式系统时，选择合适的外设设备也非常重要。
对于智能家居控制系统来说，传感器是必不可少的外设设备之一、传感器的选择应考虑其精度、灵敏度、稳定性等因素。
此外，还需要考虑执行器、显示屏、通信模块等外设设备的选型，以确保系统正常工作。
以上是一个智能家居控制系统的ARM嵌入式系统硬件设计及应用实例。
通过合理选择处理器、设计电源管理模块、设计外设接口、选择外设设备等步骤，可以设计出稳定可靠的ARM嵌入式系统，满足不同应用场景的需求。
嵌入式技术课程设计案例
嵌入式技术课程设计案例嵌入式技术课程设计案例：智能家居控制系统一、项目背景随着人们生活水平的提高，智能家居逐渐成为现代家庭的重要组成部分。
智能家居控制系统能够实现对家庭设备的集中控制，提高生活便利性，降低能源消耗。
本项目旨在设计一个基于嵌入式技术的智能家居控制系统。
二、系统设计1. 硬件平台选择：选用STM32F103C8T6微控制器作为主控制器，该控制器具有丰富的外设接口和强大的处理能力。
2. 传感器模块：包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器、烟雾传感器等，用于监测家庭环境参数。
3. 执行器模块：包括灯光控制器、窗帘控制器、空调控制器等，用于控制家庭设备的开关和调节。
4. 通信模块：采用WiFi模块实现控制器与手机APP的通信，采用Zigbee模块实现传感器与控制器之间的无线通信。
5. 人机界面：开发一款手机APP，实现远程控制家庭设备、实时监测家庭环境等功能。
三、系统实现1. 硬件平台搭建：根据设计要求搭建硬件平台，包括微控制器、传感器模块、执行器模块、通信模块等。
2. 传感器数据处理：编写程序实现传感器数据的采集和处理，将环境参数实时显示在APP上。
3. 执行器控制：编写程序实现执行器设备的开关和调节，如灯光亮度调节、空调温度调节等。
4. 通信协议制定：制定传感器与控制器、控制器与手机APP之间的通信协议，实现数据的有效传输。
5. APP开发：开发手机APP，实现用户界面的设计和功能开发，如设备控制、环境监测等。
四、系统测试与优化1. 功能测试：对系统进行功能测试，确保各模块正常运行，满足设计要求。
2. 性能测试：对系统进行性能测试，包括数据传输速率、稳定性等指标的测试。
3. 优化改进：根据测试结果对系统进行优化改进，提高系统性能和稳定性。
五、总结与展望本课程设计通过智能家居控制系统项目的实践，使我们深入了解了嵌入式技术的实际应用和系统开发流程。
在项目实施过程中，我们掌握了硬件平台的搭建、传感器数据处理、执行器控制、通信协议制定等方面的技能，提高了实际动手能力和团队协作能力。
嵌入式系统软硬件设计
《嵌入式系统的软、硬件设计》实验报告实验题目：交通灯控制系统2015年1月南京理工大学自动化学院目录1、实验设计目的和要求 (1)2、实验原理分析 (2)3、实验解决方案 (6)4、软件具体设计 (9)5、调试及结果分析 (14)6、个人工作 (15)附录 (19)Ⅰ软件设计文档 (19)Ⅱ.部分重要程序源代码 (22)1、实验设计目的和要求1.1实验目的本实验是基于嵌入式教学实验基础进行再开发，实现交通灯控制系统多项功能。
主要的设计目的是：交通灯（LED灯）基本流程控制，时间倒计时显示、行驶方向指示、蜂鸣器报警（响声频率可调）、模拟各方向车辆行驶（南北方向以步进电机转动表示，东西方向以直流电机转动表示）。
1.2实验具体设计要求led：⑴南北绿灯，东西红灯(20秒) ；⑵南北方向绿灯闪烁（3秒）；⑶南北方向黄灯（1.5秒）；⑷南北方向红灯，东西绿灯（20秒）；⑸东西方向绿灯闪烁（3秒）；⑹东西方向黄灯亮（1.5秒）。
⑺回到⑴LCD:LCD屏幕上显示倒计时，并且显示箭头指示当前可以通行的方向。
蜂鸣器：当绿灯闪烁时蜂鸣器发声。
电机：东西方向绿灯亮时直流电机转动，南北方向绿灯亮时步进电机转动。
键盘：当键2按下后，系统的处于暂停状体（电机和指示灯保持目前状体不变，倒计时暂停保持当前数字）。
当键1按下后，系统退出暂停，继续暂停前状态执行。
当键3按下后，退出系统。
基于以上设计要求，本实验最中完成后实现的功能流程如下图1-1所示：开始南北绿灯亮，东西红灯亮，步进电机转动，计时20s南北绿灯闪烁，蜂鸣器响计时3s南北绿灯关，南北黄灯亮,步进电机停止计时2s蜂鸣器关，南北黄灯关，东西红灯关南北红灯亮，东西绿灯亮，直流电机转动计时20s东西绿灯闪烁，蜂鸣器响计时3s东西绿灯关，直流电机停止，东西黄灯亮计时2s蜂鸣器关，东西黄灯关南北红灯关显示器进行倒计时和方向指示显示图1-1 交通灯系统流程图1.3实验设备（1）PC 兼容机一台，操作系统为Windows，虚拟机有Linux系统；（2）ICETEK-OMAPL138-A实验箱。
嵌入式系统 第3章嵌入式系统硬件设计PPT课件
13
S3C2410资源
七、定时器和PWM
基于DMA和中断操作的4通道16位定时器 /1通道16位内部定时器，支持PWM功能
可编程的占空比、频率和极性
14
S3C2410资源
八、RTC实时时钟
完全的时钟特性：秒、分、小时、 日期、星期、月份、年
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性能上
Nor-flash 的读速度比Nand-Flash快 Nor-flash 的写速度比Nand-Flash慢 Nor-flash 的擦除速度比Nand-Flash慢 大多数写入操作需要先进行擦除操作 Nand-flash的擦除单元更小，相应的擦除
电路更少
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接口电路复杂程度
Nor-flash待用SRAM接口，有足够多的地 址引脚，容易进行电路设计
SDRAM存储器件选择 原理图设计考虑的问题
地址空间分配 常见电路连接图实例
35
基于S3C2410的存储系统SDRAM电路图
36
FLASH存储系统设计
FLAH选择 NAND-Flash Nor-Flash
电路原理图设计 软件设计
37
FLASH类型
Nor-Flash与Nand-Flash区别 性能上 接口差别 容量和成本 可靠性和耐用性 易用性 软件支持
ARM920T核由ARM9TDMI，存储管理单元 （MMU）和高速缓存三部分组成。其中MMU可以管 理虚拟内存，高速缓存由独立的16KB指令Cache和 16KB数据Cache组成。
ARM920T有两个协处理器：CP14和CP15。 CP14用于调试控制，CP15用于存储系统控制以及 测试控制。
嵌入式毕业设计
嵌入式毕业设计是一个涉及硬件和软件的综合项目，旨在培养学生掌握嵌入式系统设计和开发的基本技能。
以下是一个嵌入式毕业设计的示例：题目：基于ARM的智能家居控制系统一、引言随着人们生活水平的提高，对家居环境的要求也越来越高。
为了满足这一需求，智能家居控制系统应运而生。
本设计旨在通过ARM处理器和相关外设，实现一个智能家居控制系统的基本功能。
二、系统硬件设计主控制器：选择一款基于ARM Cortex-M4架构的微控制器，如STM32F4系列。
该微控制器具有高性能、低功耗、丰富的外设接口等特点，适用于智能家居控制系统的需求。
传感器模块：包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器等，用于检测家居环境中的温度、湿度、光照等信息。
执行器模块：包括继电器、电机等，用于控制家电设备的开关、运行状态等。
通信模块：采用WiFi模块，实现与手机APP的通信，用户可以通过手机APP远程控制家居设备。
三、系统软件设计驱动程序：编写微控制器与传感器、执行器等外设的驱动程序，实现硬件设备的初始化和控制。
应用程序：基于嵌入式操作系统（如FreeRTOS），编写智能家居控制系统的应用程序。
应用程序包括温度控制、湿度控制、光照控制等功能，并根据传感器采集的数据实时调整家电设备的运行状态。
通信协议：实现与手机APP的通信协议，包括数据格式定义、通信协议设计等。
四、系统测试与调试硬件测试：对各个模块进行测试，确保硬件设备正常工作。
软件测试：对驱动程序和应用程序进行测试，确保软件功能正常。
系统调试：将各个模块集成到一起，进行系统调试，确保整个系统能够正常运行。
五、结论与展望本设计实现了基于ARM的智能家居控制系统的基本功能，包括温度控制、湿度控制、光照控制等功能。
通过本设计，学生可以掌握嵌入式系统设计和开发的基本技能，为未来的职业发展打下坚实的基础。
同时，本设计还可以进一步扩展功能，如增加语音识别、人脸识别等新技术，提高智能家居控制系统的智能化水平。
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3.20
2.50
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6.40
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2.3
220V，60W焊笔、0.4mm焊锡、松香、镊子、放大镜、吸锡线等。
A.焊接时焊缝规定平滑，不得有虚焊等焊接缺陷，发现缺陷及时修补。
B.选用合理焊接顺序可以提高焊接效率。
3.1.9 数码管
电路中加入了四位共阳极数码管，公共端单片机P10-P14连接，由于单片机输出电流很小，局限性以驱动数码管，因此需要加三极管对对电流进行放大，三极管基极串联电阻进行限流；数码管负极接地，串联电阻进行限流。
3.2
3.2.1
Altium Designer是原Prote软件开发商ALitum公司推出电子产品开发系统，重要运营在Windows操作系统。这套软件通过把原理图设计、电路仿真、PCB绘制编辑、拓扑逻辑自动布线、信号完整新分析和设计输出技术完美融合。
D.焊接引脚比较多元器件时候，可以先把对角两个引脚焊好进行固定。
图2.5 焊接练习板
3
3.1
3.1.1
单片机又称单片微型计算机，内部集成了微解决器、存储器等各种芯片，起控制作用，是电路中最重要某些。
3.1.2
D1-D8接单片机P0口，通过控制P0口输出电平高低控制LED亮灭，D9负极接地，可以显示单片机与否已经上电工作；每个发光二极管都串联了限流电阻，防止电流过大被烧坏。
3.1.3 外部晶振
单片机XTAL1和XTAL2引脚连接外部晶振，用来为电路提供振荡和精确时钟信号。
3.1.4 复位电路
单片机RST引脚接复位电路，按下按键可使单片机复位。
3.1.5 报警器
报警器通过J1与单片机相连，J1引脚1与三极管基极相连，引脚2与单片机P3.6相连。通过跳线帽连接引脚1与引脚2，当单片机P3.6输出高电平时即可启动报警器。
本次使用AD软件进行原理图设计绘制。
图3.1 原理图
3.2.2
A. 图幅。惯用图幅为A4、A3、A2，并有原则格式图框。
B. 规范网络标号命名。标号命名要对其功能有一定启示作用。命名统一使用英文大写格式。
C. 不使用管脚使用“×”。
D. 在画原理图时，电源符号上下要一致，便于理解。
C.在焊接某些元件时应注意焊接时间不能过长，例如LED灯，否则容易损坏元器件。
A.焊接过程中注意二极管正负极不要接反。
B.如果芯片两个引脚不小心焊接到一起，可以用吸锡线吸取多于焊锡。
C.焊接完毕后，上电LED不亮，有也许LED方向接反，有也许焊锡不够导致接触不良，也有也许焊接时间太长致使LED损坏。
2.2
2.2.1
通惯用封装类型来表达元器件形状及尺寸。
图2.4 实物封装
2.2.2
表2.1 封装尺寸简介
英制
公制
长
宽
高
0201
0603
0.6
0.3Βιβλιοθήκη 0.2304021005
1.00
0.5
0.30
0603
1608
1.60
0.8
0.40
0805
2.00
1.25
0.50
1206
3216
3.20
1.60
0.55
3.1.6 CH340G
CH340G是一种USB总线转接芯片，实现USB转串口功能。RXD、TXD用于接受、发射信号。
3.1.7 USB
USB用于与计算机连接向单片机传播数据，同步可觉得电路供电。D-、D+为数据传播线。
3.1.8
24C02CT-E是EEPROM（带电可擦除可编程）存储芯片，掉电后数据不丢失。SDA为数据线，SCL为时钟信号线，用于与单片机之间数据发送和接受。
1
1.1
本课程由浅入深，重要讲授如何设计运用一套完整嵌入式系统。一方面掌握基本工具及元件用法，如结识元器件、焊接技巧学习、AD软件使用等；另一方面学习嵌入式系统基本知识，学习如何设计一种基本嵌入式系统；最后自主设计一套完整实用嵌入式系统。
1.2
嵌入式系统（Embedded system），是一种“完全嵌入受控器件内部，为特定应用而设计专用计算机系统”，依照英国电气工程师协会（U.K. Institution of Electrical Engineer）定义，嵌入式系统为控制、监视或辅助设备、机器或用于工厂运作设备。与个人计算机这样通用计算机系统不同，嵌入式系统普通执行是带有特定规定预先定义任务。由于嵌入式系统只针对一项特殊任务，设计人员可以对它进行优化，减小尺寸减少成本。嵌入式系统普通进行大量生产，因此单个成本节约，可以随着产量进行成百上千放大。
嵌入式系统硬件设计
课程设计报告书
指引教师
姓名
学号
院系机械设计制造及其自动化
班级机械电子
完毕时间
嵌入式硬件系统设计课程设计报告
摘要
嵌入式系统已经广泛应用于生产生活方方面面，从电磁炉到机器人控制，从电子玩具到智能手机，都离不开嵌入式系统应用。本报告重要记录了在《嵌入式硬件系统》课程中所学所感。
核心词：嵌入式系统，PCB焊接，Altium Designer，51单片机
第五章为项目规定，描述了项目任务书及项目可行性。
第六章为项目制作及调试，简介了项目制作过程。
2
2.1
2.1.1
元器件及线粗细尺寸单位普通是mil。1mil=0.0254mm.
图2.1 常用电路图元件
2.1.3 常用元器件实物
图2.2 常用元器件实物
2.1.4
A. 参数表达办法
a.直接表达
直接表达法是指将电阻标称值用数字和文字符号直接写在电阻体上，其容许偏差则用百分数表达。
嵌入式系统核心是由一种或几种预先编程好以用来执行少数几项任务微解决器或者单片机构成。与通用计算机可以运营顾客选取软件不同，嵌入式系统上软件普通是暂时不变；因此经常称为“固件”。
1.3
第二章为PCB焊接练习，简介元器件结识，及PCB焊接过程中遇到困难。
第三章为电路原理图设计，简介了原理图各某些功能
第四章为PCB设计及制作，简介PCB电路绘制过程，及遇到问题和解决办法。
直接表达法普通仅用于体积尺寸较大对象上，当前很少使用。
b.色环标记
使用4至5个彩色环表达阻值。普通色环电阻器用4环表达，精密电阻用5环表达，电阻体一端头色环为第一环，另一端头为末环，末环普通表达偏差率。
色环表达普通用在直插电阻体上。
图2.3 色环标记
c.数码表达
使用3位数表达阻值。从左至右第1、2位表达有效数字，第3位表达10幂次。通惯用于贴片电阻及电容。