基于嵌入式硬件构件的软硬件设计规范

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1、基于嵌入式硬件构件的软硬件设计规范2.1电路原理图设计与绘制基本要求1．设计时需要考虑的基本问题1）MCU的选择选择MCU时要考虑MCU所能够完成的功能、MCU的价格、功耗、供电电压、I/O口电平、管脚数目以及MCU的封装等因素。MCU的功耗可以从其电气性能参数中查到。供电电压有5V、3.3V以及目前正在开发中的1.8V超低电压供电模式。为了能合理分配MCU的I/O资源，在MCU选型时一定要做一张引脚分配表。2）电源部分（1）要考虑系统对电源的需求，例如系统需要几种电源，如24V、12V、5V或者3.3V等，

2、估计各需要多少功率或最大电流（mA）。在计算电源总功率时要考虑一定的余量，可取2倍，即：电源总功率=2×器件总功率。（2）考虑芯片与器件对电源波动性的需求。一般要求在正负5%以内。对于A/D转换芯片的参考电压一般要求正负1%以内。（3）考虑使用电源模块还是外接电源的方式提供工作电源。3）普通I/O口（1）上拉、下拉问题：考虑用内部或者外部上/下拉电阻，内部上/下拉阻值一般在700Ω欧姆左右，低功耗模式不宜使用。外部上/下拉根据需要可选10KΩ～1MΩ之间。（2）开关量输入：一定要保证高低电压分明，理想情况下高

3、电平就是电源电压，低电平就是地的电平。如果外部电路无法正确区分高低电平，但高低仍有较大压差，可考虑用A/D采集的方式设计处理。对分压方式中的采样点，要考虑分压电阻的选择，使该点通过采样端口的电流不小于采样最小输入电流，否则无法进行采样。（3）开关量输出：基本原则是保证输出高电平接近电源电压，低电平接近地电平。I/O口的吸纳电流一般大于放出电流，对小功率元器件控制是最好采用低电平控制的方式。一般情况下，负载要求小于10mA可用芯片引脚直接控制；电流在10~100mA时可用三极管控制，100mA～1A时用IC控制

4、；更大的电流则适合用继电器控制，同时需要使用光电隔离芯片。4）A/D电路与D/A电路A/D电路：要清楚前端采样基本原理，对电阻型、电流型和电压型传感器采用不同的采集电路。如果采集的信号微弱，要考虑怎样进行信号放大。D/A电路：考虑MCU的引脚通过何种输出电路控制实际对象。5）其它通信接口：如USB、SCI、SPI、以太网接口等。设计接口时一定要分模块设计，各模块之间要完全独立。增加或删除某一接口时按模块取舍。键盘、LCD、LED等注意选型。2．各模块的设计原则（1）每个模块取一个合适的名字。（2）在文档中，对

5、每个模块分别设计，画出原理图或框图，简明扼要写出基本原理。（3）任何模块可看成一个基本的输入/输出系统。（4）使用复接点复接线方式，利用冗余提高稳定。3．绘制原理图的基本要求（1）用A4纸。（2）不使用网格，底色为白色。（3）每个模块独立画出，用虚线框框1好，分清输入输出，左侧输入右侧输出。（4）每个模块要标注模块名。（5）MCU最小系统不能做任何更改，各系统中的相同MCU的最小系统保持一致。（6）以MCU为中心扩展其它模块，形成分级结构。网标命名原则是下一级硬件对象迁就上一级硬件对象，例如某一MCU的PTA

6、1引脚控制一盏小灯LED，应该在LED的引脚上标PTA1，而不是在PTA1引脚上标LED。（7）对外接口的设计，尽可能采用防止反插的接口。（8）设计时，每个电路板都应该设计有电源指示灯、运行指示灯、故障指示灯等来表达电路的运行状态。实际使用时，若确实不需要这些指示灯，可以不焊接。（9）文字标注可使用五号或小五号字体，电路原理图中的说明使用汉字。（10）电路绘制完成后，不要忘记要填写版权框中的有关信息。22.2电路板布板基本要求1．布局在正式走线之前要对PCB的大体格局进行规划，布局规划基本原则：（1）在PCB

7、布板之前首先要打印出相应的原理图，然后根据原理图确定整个PCB板的大体布局即各个模块的位置安排；（2）PCB板的形状如无其他要求，一般为矩形，长宽比为4:3或3:2；（3）考虑面板上元件的放置要求；（4）考虑边缘接口。2．元件放置（1）芯片尽可能正放；（2）元件放置要求整齐，各模块内同类元件尽可能排放在一起；（3）电容的位置要特别注意，其中电源模块的滤波电容要求靠近电源，而IC的滤波电容要靠近IC的引脚；（4）考虑元件间的距离，防止元件之间出现重叠。3．有关设定在正式布线之前，需要对PROTEL的一些属性进行

8、设置：（1）线宽。导线尽可能宽，这样既可以减小阻抗，又可以防止由于制造工艺的原因导致导线断路。电源、地线的宽度要大于普通信号线。三者关系为地线>电源线>信号线。（2）间距。导线间距离以及导线与元件间距离要尽可能的大，这样可以有效解决焊接时短路的问题。（3）过孔大小。过孔大小设定要适中。4．测量点考虑到硬件测试的方便，在PCB布板时要留下一些测量点，以便调试之用。测量点要根据原理图确定。以下几处需要留