M105x系列跨界硬件核心板应用路电设计

M105x系列跨界硬件焦点板是 ZLG致远电子精心设计的低功耗、高机能的嵌入式跨界硬件 SoC 焦点板，处置器采用 NXP 的 RT105x 跨界嵌入式处置器，本家儿频最高可达 528MHz，集当作了 SDRAM、NAND Flash、SPI Flash、硬件看门狗和各类无线模块，可选多种通信接口体例，好比，Wi-Fi、zigbee、LoRa、NFC、UART、I 2C、SPI、CAN、Ethernet、USB 和 SDIO 等，同时内部集当作了电源办理单位 PMU，年夜年夜地简化了系统电源设计，降低了产物设计当作本。这里介绍M105x应用路电设计。

东西/原料

M105x系列跨界硬件焦点板

最小系统

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M105x 焦点板最小系统如图 3.1 所示，因为焦点板集当作了处置器、内存、存储、复位芯片、处置器时序电源，在现实应用时焦点板的底板设计只需要一个 5V 电源供电和简单的配置管脚即可，系统采用 SWD 体例调试和开辟，烧写固件即可经由过程 SWD 也可以经由过程TF卡。

软件调试接口SWD

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M105x 系列焦点板保举利用 J-Link 开辟，固然 M105x 既撑持 JTAG，也撑持 SWD，但为了最年夜化的利用 RT105x 系列处置器的资本，保举利用 SWD 的毗连体例。比拟于 JTAG 的 5 根旌旗灯号线，SWD 体例仅需要 2 根旌旗灯号线。
在利用 J-Link 毗连 M105x 焦点板时，请尽量使 SWD 的毗连线（好比杜邦线）尽可能的短，以免 J-Link 的毗连不不变，甚至毗连不上 RT105x 处置器，找不到内核。若是现实中线足够短，但仍是呈现了毗连不上的环境，请在接近 M105x 焦点板一端，将毗连 SWD 接口的 GND 毗连线放置在 CLK 和 DIO 之间，以免 CLK 和 DIO 串扰，并再次测验考试毗连。

电源电路

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供电系统的设计在嵌入式产物的设计中至关主要，设计时不单需要考虑电源自己的根基电气参数，还要考虑电源的不变性设计，如电磁兼容、温度规模、平安设计、三防设计等因素，任何一个疏忽的身分都可能导致整个系统无法正常工作。在起头为一条目新的产物设计供电系统前，我们该当彻底领会整个系统的现实需求，并综合当作本与效率周全论证可行的设计方案，为系统选择一种合适的供电方式。
简略单纯开关稳压电源具有利用简单、效率高、转换压差年夜、电流输出能力强、发烧量小的特点，使其在嵌入式系管辖域应用普遍，但各类型号电源芯片价钱和特征也有必然的差别。好比 LM2575 特点是电源输入规模宽、输出功率年夜，MP24943 和 TPS5430DDA 特点是价钱低廉，并且体积超小，用户可按照现实环境选择合适的开关稳压电源芯片。评估板选用的方案为 MP1482，该芯片具有输出电流年夜，耗散功率小、价钱廉价等长处。系统 5V 的电源参考电路如图 3.2 所示。为了包管输出电压的精度，R18、R20 建议利用 1%以上的精度。
系统 3.3V 电源供电，可以采用 TLV62565 电源方案。参考电路详见图 3.3，该电源芯片关头特征如下：
高达 96%的转换效率；
输出电源可调：0.9V～3.9V；
最年夜输出电流 1.5A；
关断电流为 0.3µA，静态电流 28µA；
内置同步伐整开关管，提高转换效率；
开关频率 1.7MHz；
集当作短路、过流及 ESD 庇护。
输出电压可经由过程改变 R109、R110 的阻值来调节，参考公式： VOUT ＝ VFB× [（R109 / R110）＋ 1] 此中，反馈电压 VFB ＝ 0.6V。

复位电路

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M105x 焦点板在复位引脚nRST_IN 上发生一个至少1μs 的低电平即可对系统进行复位，复位电路请参考图 3.4 所示。与按键 S1 并联的 C29 电容用于消弭按键发抖，电阻 R16 和电容 C30 构成的 RC 滤波器，用于消弭从复位按键和外部引入的干扰，同时也可消弭必然的按键发抖，ESD 庇护器件用于消弭人手和外部静电干扰。
nRST_IN 毗连到焦点板上复位芯片的手动复位输入引脚，在系统正常工作时，焦点板上复位芯片的 RESET 复位引脚输出高电平，当按下复位按键时，nRST_IN 变低，进而复位芯片的 RESET 复位输出引脚输出 200ms 的低电平给 CPU 复位引脚，包管系统能正常复位。

调试串口电路

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M105x 焦点板利用 UART1 作为调试串口，用于在调试过程中输出调试信息，建议用户不要点窜调试串口，以免增添系统移植难度。调试串口参考电路如图 3.5 所示。
电平转换芯片采用 SP3232，它内部有一个高效的电荷泵，工作电压为 3.3V 时只需 0.1μF 电容就可进行操作，电荷泵许可 SP3232 在+3.3V 到+5.0V 内的某个电压下发送合适 RS-232C 的旌旗灯号，SP3232 器件内部的 ESD 庇护使得驱动器和领受器的管脚可承受±15kV 人体模子放电、IEC61000-4-2 的±8kV 接触放电和±15kV 空气放电，是以在 RS232 接口端一般来说无需再增添 ESD 庇护器件。

USB电路

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M105x 系列处置器撑持 2 路 USB OTG 节制器，M105x-EV-Board 本家儿板将 USB OTG2 设计为 1 路尺度 USB Host 接口，而将 USB OTG1 拆分为 1 路 USB Host 接口和 USB Device 接口，因为 USB Host 和 USB Device 两个接口电路是由 USB OTG1 拆分而来，是以不克不及同时利用。
1. USB1 电路 USB1 参考电路如图 3.6 所示，因为 USB1 撑持 OTG 功能，是以设计了两个 USB 接口。接口 J7 为 USB Host，接口 J8 为 USB Device，两路接口共用 USB1，为了防止热插拔过程静电损坏处置器，在数据引脚上毗连了 ESD 庇护器件 NUP4202W1T2G。USB_OTG1_ID 引脚的电平状况决议 USB1 是利用 Host 功能仍是 Device 功能，当 JP30 断开时，USB_OTG1_ID 为高电平，USB1 用作 Device 功能（默认）；当 JP30 短接时，USB_OTG1_ID 为低电平，USB1 用作 Host 功能。
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2. USB2 电路 USB2 参考电路如图 3.7 所示。USB2 固心猿意马用作 Host 功能，为了防止热插拔过程静电损坏处置器，在数据引脚上毗连了 ESD 庇护器件 NUP4202W1T2G。

蜂鸣器电路

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M105x-EV-Board 本家儿板设计了蜂鸣器驱动电路，参考电路如图 3.8 所示，本家儿板利用的是无源蜂鸣器，电容 C43 用于衰减蜂鸣器的 EMC 辐射干扰，D3 起庇护三极管的感化。当三极管俄然截止时，无源蜂鸣器两头发生的瞬时感应电动势可以经由过程 D3 敏捷释放失落，避免其叠加到三极管集电极上从而击穿三极管。

以太网接口电路

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以太网电路布局示意图如图 3.9所示，M105x 焦点板处置器内部集当作以太网节制器MAC （Media Access Controller），需要实现以太网通信功能时，需要底板设计上添加以太网收发电路（PHY）和以太网变压器电路即可。
M105x 焦点板采用了 RMII 接口与以太网 PHY 毗连，接口应用参考电路框图如图 3.10 所示。
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1. 以太网收发器电路 M105x-EV-Board 本家儿板利用 TI 公司的 DP83848K 作为以太网收发芯片（以太网 PHY 芯片）。该芯片是单端口 10M/100M 以太网收发器，撑持 MII/RMII 接口，撑持 2 个 LED 指示毗连状况和速度，处置器 MAC 与 PHY 经由过程 RMII 接口相连。利用 RMII 接口时，需要为以太网以太网PHY 芯片供给50MHz 的参考时钟，该时钟可以由 MCU 供给，也可以外接 50MHz 的有源晶振，M105x-EV-Board 本家儿板中采用 MCU 供给时钟给以太网 PHY 芯片。如图 3.11 所示为 DP83848K 电路，接口模式设置装备摆设为 RMII，PCB 设计时以太网的 PHY 芯片至 M105x 焦点板毗连器的 RMII 走线注重做等利益理，走线应尽量短，同时需要寄望 TXD 和 RXD 旌旗灯号线上串联的电阻，TXD 上串接的电阻应接近焦点板毗连器处，RXD 上串接的电阻应接近以太网 PHY 芯片处。
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2. 以太网变压器电路如图 3.12 所示，收集变压器本家儿要用于旌旗灯号电平耦合，一方面可以加强旌旗灯号，包管传输距离；另一方面可以与外界隔离，提高抗干扰能力，也使分歧驱动类型的以太网 PHY 芯片可以或许彼此毗连通信。
以太网 PHY 芯片输出分为电压驱动型和电流驱动型。收集变压器与 PHY 之间经由过程差分旌旗灯号线毗连，对于电压驱动型 PHY，差分线需并接 49.9Ω 的匹配电阻到 VCC（PHY 芯片电源，一般为 3.3V）；对于电流驱动型 PHY，差分线需并接 49.9Ω 的匹配电阻经由过程串接电容到 GND。
以太网 PHY 芯片 DP83848K 为电压驱动型，所以与收集变压器的差分线经由过程并接 49.9Ω 的匹配电阻到 3.3V PHY 电源上。收集变压器与 RJ45 网线接口之间也要接 75Ω 匹配电阻，以匹配输出电缆特征阻抗。

RTC电路

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及时时钟（RTC）可以采用 M105x 焦点板内部 RTC，也可以采用外部 RTC。利用处置器内部RTC时，VDD_XTAL引脚需要一向供电。因为RT105x 的片内RTC备份电流是36µA，若是系统对 RTC 的备份电流有要求，建议利用外扩 RTC 器件来耽误 RTC 电池的利用时候，同时 RTC 的时候精度也有包管。
M105x-EV-Board 本家儿板扩展了一个及时时钟芯片 PCF85063，PCF85063 是一条目低功耗的 CMOS 及时时钟/日历芯片，撑持可编程时钟输出、间断输出、低压检测等，与处置器经由过程 I 2C 串行总线进行通信，最年夜总线速度可达 400Kbit/s。PCF85063 本家儿要特征如下：
基于 32.768kHz 的时钟，供给年、月、日、礼拜、时、分、秒等时候；
宽电源电压规模：0.9V～5.5V；
极低的备份电流：0.22µA（VDD = 3.3V,Tamb = 25℃）；
报警和按时功能；
集当作晶振电容；
I 2C 设备地址：读：A3h，写：A2h；
撑持开漏间断输出。
PCF85063 参考应用电路如图 3.13 所示。芯片供电电源可在 3.3V 系统电源和纽扣电池间切换。经由过程选择短接 CB1、CB2、CB3 将 C34、C35、C36 与 C33 并联，来调整晶振频率的精度。RTC 和处置器间经由过程 I 2C 总线进行通信。
M105x-EV-Board 本家儿板已经将 I 2C 添加了上拉电阻，如在该 I 2C 总线挂接其他设备时，不需要再利用上拉电阻，反复利用上拉电阻会影响 I 2C 通信速度。

TF卡接口电路

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M105x-EV-Board 本家儿板利用了 SD1 接口毗连 TF 卡，并撑持从该 TF 卡接口启动系统。图 3.14 为 TF 卡参考接口电路。卡检测旌旗灯号线 SD_nCD 用于检测卡是否插入。当卡未插入卡座时，SD_nCD 被上拉为高电平，当卡完全插入卡座时，SD_nCD 被拉低。

LCD接口电路

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M105x 系列处置器集当作 LCD 节制器和触摸屏节制器，LCD 节制器撑持 16bit 和 24bitRGB 模式，为充实操纵 I/O 资本，本家儿板采用了 16bit RGB 显示，参考设计电路详见图 3.15 所示。M105x-EV-Board 本家儿板液晶屏接口选用 50pin 的软排线接口，该接口兼容 TFT-4.3A 和 TFT-4.3CAP（触摸屏默认 I 2C 地址为 0x38）液晶套件的液晶接口（该液晶接口也可撑持 24bit RGB 显示，用户若是需要利用该接口模式可以按照图 3.15 所列的界说设计电路）。
为防止旌旗灯号反射，每根旌旗灯号线上均串联了 22Ω 的匹配电阻，在 PCB 布线时，串联的电阻尽量接近焦点板毗连器放置，时钟线 TFT_VCLK 上加了磁珠和电容滤波电路，能有用滤除时钟线上的干扰，也避免了 EMI 辐射。触摸屏旌旗灯号线加了 RC 滤波电路和 ESD 庇护电路，能有用提高触摸屏的抗干扰能力。需要注重的是，因为 MCU 驱动能力有限，当液晶屏毗连线过长时，可能导致液晶屏显示不正常，此时可以在旌旗灯号线上添加总线驱动器（例如 SN74LVC245），加强驱动能力。图中的 TFT_PWR 旌旗灯号和 CAP_RST 旌旗灯号建议毗连至焦点板的 GPIO 上，便利经由过程 CPU 节制这两个旌旗灯号，以包管液晶屏和电容触摸屏靠得住工作。

触摸屏节制电路

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因为 RT105x 处置器引脚复用的功能较多，在带有无线功能的 M105x 焦点板中，CPU 自带的四线电阻式触摸屏的引脚与无线通信模块的 SPI 引脚复用，是以带有无线功能的 M105x 焦点板无法利用 CPU 自带的四线电阻式触摸屏。
为解决此问题，M105x-EV-Board 评估底板上面额外添加了 BU21029MUV 触控芯片来撑持电阻式触摸屏功能，电路如图 3.16 所示，BU21029MUV 经由过程 I 2C 接口与 CPU 通信，将四线电阻式触摸屏的旌旗灯号转换为数字旌旗灯号供给给 CPU。
同时 M105x-EV-Board 评估底板考虑了撑持电阻触摸和电容触摸两种触摸屏，经由过程液晶屏的 FFC 毗连器上的 I 2C 接口可以与电容触摸屏通信。M105x-EV-Board 评估底板的 I 2C 接口毗连了 RTC 芯片 PCF85063（地址 0xA2），电阻式触摸屏芯片 BU21029MUV（地址 0x40）或电容触摸屏（地址 0x38），在电路设计扩展 I 2C 设备时，需要注重器件地址，不冲要突。
对于电阻式触摸屏的方案，致远电子保举客户利用扩展芯片的手艺方案，比拟于利用 CPU 自带电阻触摸屏接口，长处是：（1）可以避免与无线通信模块的旌旗灯号冲突，腾出了引脚；（2）触控精准，用户体验好。错误谬误是：（1）增添了扩展触摸屏芯片的当作本。

CSI电路

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M105x-EV-Board 供给了 1 路并行摄像头接口，电路如图 3.17 所示。该 FFC 接口兼容致远电子 Camera-Test 摄像头转接板，转接板上并行旌旗灯号经由过程 ADV7180 芯片转换为模拟摄像头输入，转接板接口形式为 BNC075 插座。在设计 PCB 时注重 D0~D7 数据接口的走线需要等利益理。

MQS音频

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MQS 旌旗灯号与 SRC_BOOT_MODE 旌旗灯号引脚复用，SRC_BOOT_MODE 引脚用来设置系统启动模式，引脚状况会在 CPU 复位旌旗灯号的上升沿锁心猿意马到寄放器中，默认环境下设置为 CPU 内部启动，然后 CPU 会读取用户设置的 BOOT_CFG 引脚状况，从 BOOT_CFG 状况对应的设备启动，如 SPI Flash、TF 卡等。
当 SRC_BOOT_MODE 旌旗灯号引脚在系统复位的上升沿锁心猿意马后，就可以用作其它功能了，好比 MQS。MQS 的利用很是简单，直接毗连耳机或功放即可。