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                      智能家居控制板開發控制器硬件結構和核心模塊設計

                      發布時間:2022/8/27 17:05:49
                      智能家居智能控制器采用嵌入式系統設計方法。在硬件設計上盡量選擇通用性、模塊化的設備,按照系統的設備對硬件功能進行劃分,統一接口,這樣增加各個模塊的通用性以及實用性,方便系統的維護和升級,下面由合肥控制板開發芯思微智能科技有限公司張工講解如下二大點:

                      一、智能家居系統控制器的硬件結構  
                      按照硬件設備功能的不同,智能家居智能控制器的硬件大致可以分為微處理器、保障系統正常工作的外圍電路、輸入輸出設備、通信模塊等。其中,智能家居控制器的微處理器采用旨在為智能終端提供低成本解決方案的三星S3C6410ARM處理器,同時搭載電源模塊等外圍電路保障其工作。輸入輸出設備選用普遍應用于智能終端產品的觸摸顯示屏。通信模塊包括以太網接口模塊、藍牙模塊、串行通信模塊。系統最重要的部分是擴展了低功耗藍牙模塊,使控制器能夠通過藍牙通信的方式實現對智能家居設備實施控制。智能家居控制器的硬件系統結構如圖4-1所示。  
                      二、智能家居控制器的核心模塊設計  
                      智能家居控制器的核心模塊是以S3C610處理器位中心,配備一些必要的外圍電路,如電源模塊、時鐘及復位模塊等,構成控制器運行的最小系統。并且擴展了存儲器模塊以及用來系統調試的JTAG接口模塊。  

                      2.1電源模塊  
                      電源模塊是整個控制器系統工作的基礎,有著非常重要的地位,但也是被眾多開發者經常忽略的部分。本方案采用的外部電源為5V,經過電源電路的管理得到微處理器需要的1.2V電壓;DDR SDRAM等需要的1.8V電壓;藍牙模塊、USB、串口的需要的3.3V電壓;觸摸顯示器需要的5V電壓。圖4-2和4-3分別為1.2V電源電路和1.8V電源電路的設計。 
                       
                      其中,XC9216A12CMR是同步整流的降壓DC/DC轉換器,內置0.6Ω的P-Channel MOSFET開關以及0.7Ω的N-Channel MOSFET開關。XC9216A12CMR具有很高的工作頻率使得電路能夠使用很小的電感和電容。通常利用兩個陶瓷電容和一個電感就能構建成一個達到500mA的輸出線路。  
                      2.2時鐘復位模塊  
                      (1)時鐘模塊:時鐘信號一般由石英晶體振蕩器產生,根據需要進行配置,就可以得到需要的時鐘信號。S3C6410具有時鐘震蕩電路,在芯片的XUSBTI和XUSBXTO引腳之間接入一個48MHz晶體震蕩器就能使其正常工作。在1.2V電壓下,其工作頻率可以達到667MHz。如果系統需要更高的工作頻率,可以利用S3C6410提供的PPL,理論上工作頻率可以倍頻到1.6GHz。  

                      (2)復位模塊:嵌入式微處理器在剛上電開始工作時的工作狀態通常不穩定,這就影響微處理器使其不能正常工作。為了使微處理器能夠隨時恢復到一個確定的工作狀態,需要為其設計一個復位電路。復位的控制信號應該根據微處理器的引腳的輸入輸出電壓為參考,S3C6410的引腳電壓范圍為3.0V~3.6V,所以一般控制信號的門檻電壓小于3.0V。電路提供物理按鍵,這樣系統就能實現上電復位及系統工作時人為的進行按鍵復位的功能。圖4-4展示了該系統的復位電路設計。
                       
                      復位電路用到了MAX811芯片。MAX811是一款可靠并且成本低廉的數字系統電源監控芯片。其工作電壓為5V或3V,電源閥值為2.93V。這些特性能夠滿足本系統的需要。  
                      2.3存儲模塊  
                      (1)SDRAM接口電路:SDRAM工作需要同步時鐘,并且為實現不丟失數據要持續刷新存儲器陣列。一旦掉電,存儲的數據將丟失。由于S3C6410支持32位數據總線的移動SDRAM接口,所以本系統采用兩個型號為K4XIG163PC-FGC6的移動DDRSDRAM。移動DDR SDRAM的K4XIG163PC-FGC6的供電電源為1.8V,功耗比較低,并且支持睡眠功能、工作不需要上拉電阻,設計簡單方便。K4XIG163PC-FGC6具有四個Bank,每一個Bank對應32字節(16Mbit X 16)。所以系統總的SDRAM大小為256M。 
                       
                      (2)NAND-Flash接口電路:NAND-Flash屬于Flash存儲器的一種,其實現模式利用非線性的宏單元方案,是為固態大容量內存提供了低成本的解決方案。S3C6410支持8位數據總線的NAND-Flash接口,本方案的NAND-Flash采用K9F2G08。K9F2G08的存儲容量為1 Gbit,位寬為8位。其頁的大小為1 028×4 bit,每塊由64頁構成,共有2048塊。K9F2G08的工作電壓為2.7V~3.6V。S3C6410的XSELNAND引腳與VDD_IO直接相接,高電平表示Flash的選擇類型為NAND-Flash。 
                       
                      2.4 JTAG接口模塊  
                      JTAG的全稱為“Joint Test Action Group”,是一種標準的測試協議,廣泛應用于芯片的內部測試以及進行系統仿真調試。一般FPGA、ARM、DSP等芯片都支持JTAG。本系統提供JTAG模塊,方便開對系統進行開發和調試。
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