M105x系列跨界硬件核心板應用路電設計

M105x系列跨界硬件焦點板是 ZLG致遠電子精心設計的低功耗、高機能的嵌入式跨界硬件 SoC 焦點板，處置器采用 NXP 的 RT105x 跨界嵌入式處置器，本家兒頻最高可達 528MHz，集當作了 SDRAM、NAND Flash、SPI Flash、硬件看門狗和各類無線模塊，可選多種通信接口體例，好比，Wi-Fi、zigbee、LoRa、NFC、UART、I 2C、SPI、CAN、Ethernet、USB 和 SDIO 等，同時內部集當作了電源辦理單位 PMU，年夜年夜地簡化了系統電源設計，降低了產物設計當作本。這里介紹M105x應用路電設計。

東西/原料

M105x系列跨界硬件焦點板

最小系統

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M105x 焦點板最小系統如圖 3.1 所示，因為焦點板集當作了處置器、內存、存儲、復位芯片、處置器時序電源，在現實應用時焦點板的底板設計只需要一個 5V 電源供電和簡單的配置管腳即可，系統采用 SWD 體例調試和開辟，燒寫固件即可經由過程 SWD 也可以經由過程TF卡。

軟件調試接口SWD

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M105x 系列焦點板保舉利用 J-Link 開辟，固然 M105x 既撐持 JTAG，也撐持 SWD，但為了最年夜化的利用 RT105x 系列處置器的資本，保舉利用 SWD 的毗連體例。比擬于 JTAG 的 5 根旌旗燈號線，SWD 體例僅需要 2 根旌旗燈號線。
在利用 J-Link 毗連 M105x 焦點板時，請盡量使 SWD 的毗連線（好比杜邦線）盡可能的短，以免 J-Link 的毗連不不變，甚至毗連不上 RT105x 處置器，找不到內核。若是現實中線足夠短，但仍是呈現了毗連不上的環境，請在接近 M105x 焦點板一端，將毗連 SWD 接口的 GND 毗連線放置在 CLK 和 DIO 之間，以免 CLK 和 DIO 串擾，并再次測驗考試毗連。

電源電路

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供電系統的設計在嵌入式產物的設計中至關主要，設計時不單需要考慮電源自己的根基電氣參數，還要考慮電源的不變性設計，如電磁兼容、溫度規模、平安設計、三防設計等因素，任何一個疏忽的身分都可能導致整個系統無法正常工作。在起頭為一條目新的產物設計供電系統前，我們該當徹底領會整個系統的現實需求，并綜合當作本與效率周全論證可行的設計方案，為系統選擇一種合適的供電方式。
簡略單純開關穩壓電源具有利用簡單、效率高、轉換壓差年夜、電流輸出能力強、發燒量小的特點，使其在嵌入式系管轄域應用普遍，但各類型號電源芯片價錢和特征也有必然的差別。好比 LM2575 特點是電源輸入規模寬、輸出功率年夜，MP24943 和 TPS5430DDA 特點是價錢低廉，并且體積超小，用戶可按照現實環境選擇合適的開關穩壓電源芯片。評估板選用的方案為 MP1482，該芯片具有輸出電流年夜，耗散功率小、價錢廉價等長處。系統 5V 的電源參考電路如圖 3.2 所示。為了包管輸出電壓的精度，R18、R20 建議利用 1%以上的精度。
系統 3.3V 電源供電，可以采用 TLV62565 電源方案。參考電路詳見圖 3.3，該電源芯片關頭特征如下：
高達 96%的轉換效率；
輸出電源可調：0.9V～3.9V；
最年夜輸出電流 1.5A；
關斷電流為 0.3μA，靜態電流 28μA；
內置同步伐整開關管，提高轉換效率；
開關頻率 1.7MHz；
集當作短路、過流及 ESD 庇護。
輸出電壓可經由過程改變 R109、R110 的阻值來調節，參考公式： VOUT ＝ VFB× [（R109 / R110）＋ 1] 此中，反饋電壓 VFB ＝ 0.6V。

復位電路

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M105x 焦點板在復位引腳nRST_IN 上發生一個至少1μs 的低電平即可對系統進行復位，復位電路請參考圖 3.4 所示。與按鍵 S1 并聯的 C29 電容用于消弭按鍵發抖，電阻 R16 和電容 C30 構成的 RC 濾波器，用于消弭從復位按鍵和外部引入的干擾，同時也可消弭必然的按鍵發抖，ESD 庇護器件用于消弭人手和外部靜電干擾。
nRST_IN 毗連到焦點板上復位芯片的手動復位輸入引腳，在系統正常工作時，焦點板上復位芯片的 RESET 復位引腳輸出高電平，當按下復位按鍵時，nRST_IN 變低，進而復位芯片的 RESET 復位輸出引腳輸出 200ms 的低電平給 CPU 復位引腳，包管系統能正常復位。

調試串口電路

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M105x 焦點板利用 UART1 作為調試串口，用于在調試過程中輸出調試信息，建議用戶不要點竄調試串口，以免增添系統移植難度。調試串口參考電路如圖 3.5 所示。
電平轉換芯片采用 SP3232，它內部有一個高效的電荷泵，工作電壓為 3.3V 時只需 0.1μF 電容就可進行操作，電荷泵許可 SP3232 在+3.3V 到+5.0V 內的某個電壓下發送合適 RS-232C 的旌旗燈號，SP3232 器件內部的 ESD 庇護使得驅動器和領受器的管腳可承受±15kV 人體模子放電、IEC61000-4-2 的±8kV 接觸放電和±15kV 空氣放電，是以在 RS232 接口端一般來說無需再增添 ESD 庇護器件。

USB電路

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M105x 系列處置器撐持 2 路 USB OTG 節制器，M105x-EV-Board 本家兒板將 USB OTG2 設計為 1 路尺度 USB Host 接口，而將 USB OTG1 拆分為 1 路 USB Host 接口和 USB Device 接口，因為 USB Host 和 USB Device 兩個接口電路是由 USB OTG1 拆分而來，是以不克不及同時利用。
1. USB1 電路 USB1 參考電路如圖 3.6 所示，因為 USB1 撐持 OTG 功能，是以設計了兩個 USB 接口。接口 J7 為 USB Host，接口 J8 為 USB Device，兩路接口共用 USB1，為了防止熱插拔過程靜電損壞處置器，在數據引腳上毗連了 ESD 庇護器件 NUP4202W1T2G。USB_OTG1_ID 引腳的電平狀況決議 USB1 是利用 Host 功能仍是 Device 功能，當 JP30 斷開時，USB_OTG1_ID 為高電平，USB1 用作 Device 功能（默認）；當 JP30 短接時，USB_OTG1_ID 為低電平，USB1 用作 Host 功能。
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2. USB2 電路 USB2 參考電路如圖 3.7 所示。USB2 固心猿意馬用作 Host 功能，為了防止熱插拔過程靜電損壞處置器，在數據引腳上毗連了 ESD 庇護器件 NUP4202W1T2G。

蜂鳴器電路

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M105x-EV-Board 本家兒板設計了蜂鳴器驅動電路，參考電路如圖 3.8 所示，本家兒板利用的是無源蜂鳴器，電容 C43 用于衰減蜂鳴器的 EMC 輻射干擾，D3 起庇護三極管的感化。當三極管俄然截止時，無源蜂鳴器兩頭發生的瞬時感應電動勢可以經由過程 D3 敏捷釋放失落，避免其疊加到三極管集電極上從而擊穿三極管。

以太網接口電路

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以太網電路布局示意圖如圖 3.9所示，M105x 焦點板處置器內部集當作以太網節制器MAC （Media Access Controller），需要實現以太網通信功能時，需要底板設計上添加以太網收發電路（PHY）和以太網變壓器電路即可。
M105x 焦點板采用了 RMII 接口與以太網 PHY 毗連，接口應用參考電路框圖如圖 3.10 所示。
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1. 以太網收發器電路 M105x-EV-Board 本家兒板利用 TI 公司的 DP83848K 作為以太網收發芯片（以太網 PHY 芯片）。該芯片是單端口 10M/100M 以太網收發器，撐持 MII/RMII 接口，撐持 2 個 LED 指示毗連狀況和速度，處置器 MAC 與 PHY 經由過程 RMII 接口相連。利用 RMII 接口時，需要為以太網以太網PHY 芯片供給50MHz 的參考時鐘，該時鐘可以由 MCU 供給，也可以外接 50MHz 的有源晶振，M105x-EV-Board 本家兒板中采用 MCU 供給時鐘給以太網 PHY 芯片。如圖 3.11 所示為 DP83848K 電路，接口模式設置裝備擺設為 RMII，PCB 設計時以太網的 PHY 芯片至 M105x 焦點板毗連器的 RMII 走線注重做等利益理，走線應盡量短，同時需要寄望 TXD 和 RXD 旌旗燈號線上串聯的電阻，TXD 上串接的電阻應接近焦點板毗連器處，RXD 上串接的電阻應接近以太網 PHY 芯片處。
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2. 以太網變壓器電路如圖 3.12 所示，收集變壓器本家兒要用于旌旗燈號電平耦合，一方面可以加強旌旗燈號，包管傳輸距離；另一方面可以與外界隔離，提高抗干擾能力，也使分歧驅動類型的以太網 PHY 芯片可以或許彼此毗連通信。
以太網 PHY 芯片輸出分為電壓驅動型和電流驅動型。收集變壓器與 PHY 之間經由過程差分旌旗燈號線毗連，對于電壓驅動型 PHY，差分線需并接 49.9Ω 的匹配電阻到 VCC（PHY 芯片電源，一般為 3.3V）；對于電流驅動型 PHY，差分線需并接 49.9Ω 的匹配電阻經由過程串接電容到 GND。
以太網 PHY 芯片 DP83848K 為電壓驅動型，所以與收集變壓器的差分線經由過程并接 49.9Ω 的匹配電阻到 3.3V PHY 電源上。收集變壓器與 RJ45 網線接口之間也要接 75Ω 匹配電阻，以匹配輸出電纜特征阻抗。

RTC電路

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及時時鐘（RTC）可以采用 M105x 焦點板內部 RTC，也可以采用外部 RTC。利用處置器內部RTC時，VDD_XTAL引腳需要一向供電。因為RT105x 的片內RTC備份電流是36μA，若是系統對 RTC 的備份電流有要求，建議利用外擴 RTC 器件來耽誤 RTC 電池的利用時候，同時 RTC 的時候精度也有包管。
M105x-EV-Board 本家兒板擴展了一個及時時鐘芯片 PCF85063，PCF85063 是一條目低功耗的 CMOS 及時時鐘/日歷芯片，撐持可編程時鐘輸出、間斷輸出、低壓檢測等，與處置器經由過程 I 2C 串行總線進行通信，最年夜總線速度可達 400Kbit/s。PCF85063 本家兒要特征如下：
基于 32.768kHz 的時鐘，供給年、月、日、禮拜、時、分、秒等時候；
寬電源電壓規模：0.9V～5.5V；
極低的備份電流：0.22μA（VDD = 3.3V,Tamb = 25℃）；
報警和按時功能；
集當作晶振電容；
I 2C 設備地址：讀：A3h，寫：A2h；
撐持開漏間斷輸出。
PCF85063 參考應用電路如圖 3.13 所示。芯片供電電源可在 3.3V 系統電源和紐扣電池間切換。經由過程選擇短接 CB1、CB2、CB3 將 C34、C35、C36 與 C33 并聯，來調整晶振頻率的精度。RTC 和處置器間經由過程 I 2C 總線進行通信。
M105x-EV-Board 本家兒板已經將 I 2C 添加了上拉電阻，如在該 I 2C 總線掛接其他設備時，不需要再利用上拉電阻，反復利用上拉電阻會影響 I 2C 通信速度。

TF卡接口電路

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M105x-EV-Board 本家兒板利用了 SD1 接口毗連 TF 卡，并撐持從該 TF 卡接口啟動系統。圖 3.14 為 TF 卡參考接口電路。卡檢測旌旗燈號線 SD_nCD 用于檢測卡是否插入。當卡未插入卡座時，SD_nCD 被上拉為高電平，當卡完全插入卡座時，SD_nCD 被拉低。

LCD接口電路

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M105x 系列處置器集當作 LCD 節制器和觸摸屏節制器，LCD 節制器撐持 16bit 和 24bitRGB 模式，為充實操縱 I/O 資本，本家兒板采用了 16bit RGB 顯示，參考設計電路詳見圖 3.15 所示。M105x-EV-Board 本家兒板液晶屏接口選用 50pin 的軟排線接口，該接口兼容 TFT-4.3A 和 TFT-4.3CAP（觸摸屏默認 I 2C 地址為 0x38）液晶套件的液晶接口（該液晶接口也可撐持 24bit RGB 顯示，用戶若是需要利用該接口模式可以按照圖 3.15 所列的界說設計電路）。
為防止旌旗燈號反射，每根旌旗燈號線上均串聯了 22Ω 的匹配電阻，在 PCB 布線時，串聯的電阻盡量接近焦點板毗連器放置，時鐘線 TFT_VCLK 上加了磁珠和電容濾波電路，能有用濾除時鐘線上的干擾，也避免了 EMI 輻射。觸摸屏旌旗燈號線加了 RC 濾波電路和 ESD 庇護電路，能有用提高觸摸屏的抗干擾能力。需要注重的是，因為 MCU 驅動能力有限，當液晶屏毗連線過長時，可能導致液晶屏顯示不正常，此時可以在旌旗燈號線上添加總線驅動器（例如 SN74LVC245），加強驅動能力。圖中的 TFT_PWR 旌旗燈號和 CAP_RST 旌旗燈號建議毗連至焦點板的 GPIO 上，便利經由過程 CPU 節制這兩個旌旗燈號，以包管液晶屏和電容觸摸屏靠得住工作。

觸摸屏節制電路

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因為 RT105x 處置器引腳復用的功能較多，在帶有無線功能的 M105x 焦點板中，CPU 自帶的四線電阻式觸摸屏的引腳與無線通信模塊的 SPI 引腳復用，是以帶有無線功能的 M105x 焦點板無法利用 CPU 自帶的四線電阻式觸摸屏。
為解決此問題，M105x-EV-Board 評估底板上面額外添加了 BU21029MUV 觸控芯片來撐持電阻式觸摸屏功能，電路如圖 3.16 所示，BU21029MUV 經由過程 I 2C 接口與 CPU 通信，將四線電阻式觸摸屏的旌旗燈號轉換為數字旌旗燈號供給給 CPU。
同時 M105x-EV-Board 評估底板考慮了撐持電阻觸摸和電容觸摸兩種觸摸屏，經由過程液晶屏的 FFC 毗連器上的 I 2C 接口可以與電容觸摸屏通信。M105x-EV-Board 評估底板的 I 2C 接口毗連了 RTC 芯片 PCF85063（地址 0xA2），電阻式觸摸屏芯片 BU21029MUV（地址 0x40）或電容觸摸屏（地址 0x38），在電路設計擴展 I 2C 設備時，需要注重器件地址，不沖要突。
對于電阻式觸摸屏的方案，致遠電子保舉客戶利用擴展芯片的手藝方案，比擬于利用 CPU 自帶電阻觸摸屏接口，長處是：（1）可以避免與無線通信模塊的旌旗燈號沖突，騰出了引腳；（2）觸控精準，用戶體驗好。錯誤謬誤是：（1）增添了擴展觸摸屏芯片的當作本。

CSI電路

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M105x-EV-Board 供給了 1 路并行攝像頭接口，電路如圖 3.17 所示。該 FFC 接口兼容致遠電子 Camera-Test 攝像頭轉接板，轉接板上并行旌旗燈號經由過程 ADV7180 芯片轉換為模擬攝像頭輸入，轉接板接口形式為 BNC075 插座。在設計 PCB 時注重 D0~D7 數據接口的走線需要等利益理。

MQS音頻

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MQS 旌旗燈號與 SRC_BOOT_MODE 旌旗燈號引腳復用，SRC_BOOT_MODE 引腳用來設置系統啟動模式，引腳狀況會在 CPU 復位旌旗燈號的上升沿鎖心猿意馬到寄放器中，默認環境下設置為 CPU 內部啟動，然后 CPU 會讀取用戶設置的 BOOT_CFG 引腳狀況，從 BOOT_CFG 狀況對應的設備啟動，如 SPI Flash、TF 卡等。
當 SRC_BOOT_MODE 旌旗燈號引腳在系統復位的上升沿鎖心猿意馬后，就可以用作其它功能了，好比 MQS。MQS 的利用很是簡單，直接毗連耳機或功放即可。