一文讀懂microport模塊及usb模塊電路原理

第一章為AM824-Core 開發(fā)套件，本文為 1.5 MicroPort 模塊介紹和1.6 MiniPort 模塊說明。

1.5 MicroPort 模塊介紹

MicroPort 是一個標(biāo)準(zhǔn)的微型擴(kuò)展接口，可以通過該接口擴(kuò)展各種外圍模塊，堆疊實(shí)現(xiàn)不同的應(yīng)用，目前支持MicroPort 接口的外設(shè)模塊有：SPI Flash 模塊（MicroPort-Flash）、EEPROM 模塊（MicroPort-EEPROM）和RTC 模塊（MicroPort-RTC）等。

>>> 1.5.1 SPI Flash 模塊

SPI Flash 模塊（MicroPort - Flash），按照MicroPort 接口將控制引腳引出，便于和支持MicroPort 接口的主機(jī)相連，其實(shí)物詳見圖1.25（a）。MicroPort-Flash 采用旺宏的安全Flash產(chǎn)品MX25L1608D，可通過SPI 標(biāo)準(zhǔn)接口對其進(jìn)行訪問，其容量為16Mb，典型可擦寫100 000次，數(shù)據(jù)可保持20 年。SPI Flash 模塊（MicroPort- Flash）插在主控制器上的MicroPort 接口（P1端口）功能定義詳見圖1.25（b）。MCU 通過MicroPort 接口與SPI Flash 模塊（MicroPort - Flash）直接相連，實(shí)現(xiàn)對Flash 的訪問，引腳功能說明詳見表1.9。

圖1.25 SPI Flash 模塊實(shí)物圖與接口定義

表1.9 SPI Flash 模塊功能引腳說明

[1] 默認(rèn)沒有引出，可根據(jù)實(shí)際情況選擇焊接對應(yīng)的0 歐電阻；

[2] 默認(rèn)沒有引出，該功能默認(rèn)和5 號位功能重疊，使用其他模塊時若5 號位功能沖突則可通過0 歐電阻將nCS 功能切換到該引腳。

SPI Flash 模塊（MicroPort-Flash）具體電路詳見圖1.26，實(shí)際硬件中R3和R4 電阻沒有焊接，默認(rèn)nWP 和HOLD 沒有引出來，如果有需要可以通過焊接R3 和R4 后進(jìn)行測試。

圖1.26 SPI Flash 模塊電路

>>> 1.5.2 EEPROM 模塊

EEPROM 模塊（MicroPort-EEPROM），按照MicroPort 接口將控制引腳引出，便于和支持MicroPort 接口的主機(jī)相連，其實(shí)物詳見圖1.27（a）。EEPROM 模塊（MicroPort-EEPROM）插在主控制器上的MicroPort 接口（P1 端口）功能定義詳見圖1.27（b）。

圖1.27 EEPROM 模塊實(shí)物圖與接口定義

MCU 通過MicroPort 接口與EEPROM 模塊（MicroPort -EEPROM）直接相連，實(shí)現(xiàn)對EEPROM 的訪問，引腳功能說明詳見表1.10。

表1.10 EEPROM 模塊功能引腳說明

MicroPort – EEPROM 采用復(fù)旦微半導(dǎo)體的FM24C02C，容量為2048 位（256 個字節(jié)），可使用I2C 接口對其進(jìn)行訪問，默認(rèn)7bit 從機(jī)地址為0x50，硬件電路詳見圖1.28。

圖1.28 EEPROM 模塊電路

>>> 1.5.3 RTC 模塊

RTC 模塊（MicroPort-RTC）是基于NXP推出的PCF85063AT 時鐘芯片，該芯片作為一款CMOS 實(shí)時時鐘和日歷，最適合低功耗應(yīng)用，所有地址和數(shù)據(jù)都可通過I2C 總線進(jìn)行傳輸，最大數(shù)據(jù)速率高達(dá)400 kbit/s。該模塊按照MicroPort 接口將控制引腳引出，便于與支持MicroPort 接口的主控制器相連，其實(shí)物詳見圖1.29（a）。時鐘模塊（MicroPort-RTC）插在主控制器上的MicroPort 接口（P1 端口）功能定義詳見圖1.29（b）。MCU 通過MicroPort 接口與時鐘模塊（MicroPort-RTC）直接相連訪問PCF85063，引腳功能說明詳見表1.11。

表1.11 時鐘模塊功能引腳說明

注：默認(rèn)沒有引出，可根據(jù)實(shí)際情況選擇焊接對應(yīng)的0 歐電阻。

圖1.29 時鐘模塊實(shí)物圖與接口定義

MCU 采用I2C接口對MicroPort - RTC 進(jìn)行訪問，默認(rèn)7bit 從機(jī)地址為0x51，硬件電路詳見圖1.30。實(shí)際硬件中R1、R2 和R3 電阻沒有焊接，默認(rèn)CLKOUT 和INT 功能沒有引出來，如果有需要可以通過焊接相應(yīng)電阻進(jìn)行測試。INT 兩個位置可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行選擇性焊接，設(shè)計(jì)兩個位置主要是避免應(yīng)用中和其他模塊功能沖突，盡可能多的提供選擇。

圖1.30 RTC 模塊電路

注：PCF85063/PCF8563 的SDA、SCL 和INT 引腳均為開漏結(jié)構(gòu)，實(shí)際應(yīng)用一定要接上拉電阻。

圖1.30 中的C2 默認(rèn)不焊接，主要是PCF85063 內(nèi)部已經(jīng)集成負(fù)載電容，無需外接，而該電路同時兼容PCF8563 的應(yīng)用，PCF8563 使用時需要外接C2 處的電容。D1 是一個共陰極雙二極管，主要作用是J1 接口外接電池時可將電池與3.3V 電源隔離，避免電池通過3.3V給其他系統(tǒng)供電浪費(fèi)能量或3.3V 系統(tǒng)直接給電池充電（一般這里采用不可充電電池）。

>>> 1.5.4 USB 模塊

USB 模塊（MicroPort-USB）是基于EXAR公司的XR21V1410IL16TR-F 全速USB-UART轉(zhuǎn)換芯片，其USB 接口符合USB2.0 規(guī)范，支持12Mbps 的數(shù)據(jù)傳輸速率。該模塊按照MicroPort 接口將控制引腳引出，便于與支持MicroPort 接口的主控制器相連，其實(shí)物詳見圖1.31（a）。USB 模塊（MicroPort-USB）插在主控制器上的MicroPort 接口（P1 端口）功能定義詳見圖1.31（b）。

圖1.31 USB 模塊實(shí)物圖和接口定義

MCU 通過MicroPort 接口與USB 模塊（MicroPort-USB）直接相連，實(shí)現(xiàn)USB 模塊的控制，引腳功能說明詳見表1.12。

表1.12 USB 模塊功能引腳說明

XR21V1410IL16TR-F 全速USB-UART 轉(zhuǎn)換芯片，其USB 接口符合USB2.0 規(guī)范，支持12Mbps 的數(shù)據(jù)傳輸速率。硬件電路詳見圖1.32。模塊通過MicroUSB 插座輸入數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為串口數(shù)據(jù)后跟主控MCU 通信，實(shí)現(xiàn)USB 轉(zhuǎn)串口功能。模塊自帶5V 轉(zhuǎn)3.3V 的電源芯片U3，無需底板額外供電，其輸出電流可達(dá)300mA,滿足XR21V1410IL16TR-F 的工作需求。ESD 保護(hù)二極管U2 為USB 接口電路提供可靠的ESD 保護(hù)。

圖1.32 USB 模塊電路

>>> 1.5.5 RX8025T 模塊

RX8025T 模塊（MicroPort-RX8025T）是基于EPSON 推出的I2C 總線實(shí)時時鐘芯片RX-8025T，該型號內(nèi)置高穩(wěn)定度的32.768KHz的DTCXO（數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器），除了提供日歷功能和時鐘計(jì)數(shù)功能外，該芯片還提供豐富的其它功能如鬧鐘、定周期定時器、時間更新中斷和時鐘輸出功能。該模塊按照MicroPort 接口將控制引腳引出，便于和支持MicroPort 接口的主機(jī)相連，其實(shí)物見圖1.33（a）。RX8025T 模塊（MicroPort - RX8025T）插在主控制器上的MicroPort 接口（P1 端口）功能定義詳見圖1.33（b），MCU 通過MicroPort 接口與RX8025T 模塊（MicroPort-RX8025T）直接相連，實(shí)現(xiàn)RX8025T 模塊的控制，引腳功能說明詳見表1.13。

圖1.33 RX8025T 模塊實(shí)物圖與接口定義

表1.13 RX8025T 模塊功能引腳說明

MCU 采用I2C接口對MicroPort - RX8025T 進(jìn)行訪問，讀地址：0x65h,寫地址：0x64h，硬件電路詳見圖1.34，其電路設(shè)計(jì)與RX8025SA 兼容，但RX-8025T 只有一路中斷輸出功能，由MicroPort 接口P1 的Pin5 引出。RX-8025T 芯片內(nèi)置高精度的32.768kHz 晶體，無需外接晶體就可以實(shí)現(xiàn)高精度的實(shí)時計(jì)時功能。中斷輸出引腳由上拉電阻接到系統(tǒng)電源，保證其引腳在不使用中斷輸出功能時處于穩(wěn)定的電平狀態(tài)。D1 是一個共陰極雙二極管，主要作用是P1 接口外接電池時可將電池與3.3V 電源隔離，避免電池通過3.3V 給其他系統(tǒng)供電浪費(fèi)能量或3.3V 系統(tǒng)直接給電池充電（一般這里采用不可充電電池）。

圖1.34 RX8025T 模塊電路

>>> 1.5.6 DS1302 模塊

DS1302 模塊（MicroPort-DS1302）是基于DALLAS 公司推出的高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時時鐘芯片，可以對年、月、日、周、時、分、秒進(jìn)行計(jì)時，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2.0V~5.5V，并具有涓細(xì)電流充電能力。該模塊按照MicroPort 接口將控制引腳引出，便于和支持MicroPort 接口的主機(jī)相連，其實(shí)物見圖1.35（a）。DS1302 模塊（MicroPort -DS1302）插在主控制器上的MicroPort 接口（P1端口）功能定義詳見圖1.35（b）。

圖1.35 DS1302 模塊實(shí)物圖與接口定義

MCU 通過MicroPort 接口與DS1302 模塊（MicroPort-DS1302）直接相連，實(shí)現(xiàn)DS1302模塊的控制，引腳功能說明詳見表1.14。

表1.14 DS1302 模塊功能引腳說明

DS1302 采用三線接口與MCU 進(jìn)行同步通信，外部連接32.768kHz 的晶振為其提供準(zhǔn)確的時鐘源，時鐘的精度取決于晶振的精度以及晶振的引腳負(fù)載電容。芯片具有主電源/后備電源雙電源引腳，其中主電源VCC2 連接到系統(tǒng)電源3.3V_DS1302，備用電源VCC1 連接到電池， DS1302 是由VCC1 或VCC2 兩者中的較大者供電。當(dāng)VCC2 大于VCC1+0.2V，VCC2 給芯片供電。當(dāng)VCC2 小于VCC1 時，芯片由VCC1 供電，因此在主電源關(guān)閉的情況下，能保持時鐘的持續(xù)運(yùn)行，硬件詳細(xì)電路詳見圖1.36。

圖1.36 DS1302 模塊電路

>>> 1.5.7 Analog 模塊

Analog 模塊（MicroPort-Analog）是基于3Peak 的LMV358A 運(yùn)放芯片開發(fā)的低功耗、高性能型模擬信號采集與輸出模塊。Analog 模塊插在主控制器上的MicroPort 接口（P1 端口）功能定義詳見圖1.37（b）。

圖1.37 Analog 模塊實(shí)物圖與接口定義

MCU 通過MicroPort 接口與Analog 模塊（MicroPort-Analog）直接相連，實(shí)現(xiàn)與AD 采集通道的連接、控制DA 輸出通道，引腳功能說明詳見表1.15。

表1.15 Analog 模塊功能引腳說明

MicroPort - Analog 包含2 個用于ADC 驅(qū)動及抗混疊濾波的3 階低通濾波器，1 個用于PWM DAC 的6 階低通濾波器。模塊與MCU 配合使用，可以更好的發(fā)揮MCU 片上ADC性能，使用ADC 功能時濾波器的輸入引腳與所需要采集的信號源直接相連，實(shí)現(xiàn)高輸入阻抗的信號采集功能，信號的輸入范圍為0~3.3V，其硬件電路詳見圖1.38。

圖1.38 ADC 驅(qū)動電路

使用PWM DAC 功能時濾波器的輸出引腳經(jīng)過濾波器處理后，得到一個與占空比成正比的模擬電壓值，可實(shí)現(xiàn)DAC 功能，具有低輸出阻抗，信號輸出范圍為0~3.3V，其硬件電路詳見圖1.39。

圖1.39 DAC 濾波電路

1.6 MiniPort 模塊說明

>>> 1.6.1 LED 模塊

LED 模塊（MiniPort-LED）集成8 個LED，按照MiniPort 接口將控制引腳引出，便于和支持MiniPort 接口的主機(jī)相連。可通過8 個I/O對其進(jìn)行控制，LED 模塊的MiniPort 接口母座（J4B 端口）功能定義詳見圖1.40，MCU通過MiniPort 接口驅(qū)動LED 模塊（MiniPort-LED）引腳功能說明詳見表1.16。

表1.16 LED 模塊引腳說明

圖1.40 LED 模塊實(shí)物與接口定義圖

LED 模塊（MiniPort - LED）電路詳見圖1.4.1，其中LED 為低電平有效（低電平亮）。通過MiniPort B（排母）與MiniPort A（彎針）相連，完成對LED 模塊（MiniPort - LED）的控制。

圖1.41 LED 模塊電路

LED 模塊通過MiniPort B（排母）與主控制器底板相連，同時將其余不使用的I/O 通過MiniPort A（彎針）引出，實(shí)現(xiàn)模塊的橫向堆疊。L1~L15 代表將A/B 接口未使用的對應(yīng)接口相連，便于堆疊擴(kuò)展。

>>> 1.6.2 數(shù)碼管模塊

數(shù)碼管模塊（MiniPort-View）集成2 個八段數(shù)碼管，按照MiniPort 接口將控制引腳引出，便于和支持MiniPort 接口的主機(jī)相連。通過COM0、COM1 控制數(shù)碼管的位選，seg A~segDP 連接數(shù)碼管的SEG 端，數(shù)碼管模塊對應(yīng)主控制器MiniPort 接口（J4 端口）功能定義詳見圖1.42。MCU 通過MiniPort 接口驅(qū)動數(shù)碼管模塊（MiniPort-View）引腳功能說明詳見表1.17。

圖1.42 數(shù)碼管模塊實(shí)物與接口定義圖

表1.17 數(shù)碼管模塊引腳說明

數(shù)碼管模塊（MiniPort - View）由兩個共陽數(shù)碼管LN3461BS 組成，具體電路詳見圖1.43。seg A~seg DP 8 個端口作為驅(qū)動數(shù)碼管段選的接口，通過470 歐限流電阻與數(shù)碼管的段選端（a，b，c，d，e，f，g，dp）相連。COM0 和COM1 作為位選控制位，通過5.1K 電阻連接到PNP 型三極管的基極，三極管的發(fā)射極接3.3V 電源，集電極與數(shù)碼管的位選段相連。由于數(shù)碼管的8 個段選都需要通過COM 端進(jìn)行供電，僅僅通過MCU 的I/O 電流驅(qū)動能力有限，為此本設(shè)計(jì)中加入三極管，增加COM 端驅(qū)動電流。

圖1.43 數(shù)碼管模塊電路圖

數(shù)碼管模塊通過MiniPort B（排母）與主機(jī)相連，同時將其余不使用的I/O 通過MiniPortA（彎針）引出，實(shí)現(xiàn)模塊的橫向堆疊。L1~L11 代表將A/B 接口未使用的對應(yīng)接口相連，便于堆疊擴(kuò)展。

>>> 1.6.3 按鍵模塊

按鍵模塊（MiniPort - Key）集成4 個按鍵，按照MiniPort 接口將控制引腳引出，便于和支持MiniPort 接口的主控制器相連。按鍵模塊對應(yīng)主控制器MiniPort 接口（J4端口）功能定義詳見圖1.44。MCU 通過MiniPort 接口控制按鍵模塊（MiniPort-Key）引腳功能說明詳見表1.18。

圖1.44 按鍵模塊實(shí)物與接口定義圖

表1.18 按鍵模塊引腳說明

按鍵模塊（MiniPort - Key）的電路詳見圖1.45，采用矩陣鍵盤方式進(jìn)行排列，其中KR0、KR1 為行線，KL0、KL1 為列線，列線與數(shù)碼管COM 段共用（軟件在實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管動態(tài)顯示和實(shí)現(xiàn)按鍵動態(tài)掃描時，對COM0、COM1 和KL0、KL1 的操作是相同的。數(shù)碼管驅(qū)動是依次置低COM0 和COM1，來選擇要點(diǎn)亮的數(shù)碼管。按鍵掃描驅(qū)動是依次置低KL0 和KL1，再通過KR0 和KR1 的值來判斷按鍵的狀態(tài)，因此可根據(jù)兩者的工作特性來實(shí)現(xiàn)KL0、 KL1和COM0、COM1 的復(fù)用），可實(shí)現(xiàn)該模塊與數(shù)碼管模塊共用時，減少I/O 占用。

圖1.45 按鍵模塊電路

圖1.45 中R3、R4 僅起到保護(hù)隔離的作用，如果沒有R3 和R4，將KL0 和KL1 直接連接到矩陣鍵盤對應(yīng)的列線上，則鍵盤電路會存在這樣的潛在問題：若KL0 設(shè)為0（低電平），KL1 設(shè)為1（高電平），這時若KEY0 和KEY1（KEY2 和KEY3）同時按下，KL0 與KL1兩個I/O 間就形成短路回路。

按鍵模塊通過MiniPort B（排母）與主機(jī)相連，同時將其余不使用的I/O 通過MiniPort A（彎針）引出，實(shí)現(xiàn)模塊的橫向堆疊。L1~L16 代表將A/B 接口未使用的對應(yīng)接口相連，便于堆疊擴(kuò)展。

>>> 1.6.4 595 模塊

595 模塊（MiniPort - 595）主要是用于I/O 擴(kuò)展，模塊采用74HC595 芯片，通過串轉(zhuǎn)并的方式擴(kuò)展8 路I/O。595 模塊可以直接驅(qū)動LED 模塊，也可以通過配合COM0 和COM1 引腳驅(qū)動數(shù)碼管模塊。74HC595 芯片共使用了三個控制引腳，它們分別是CP 時鐘信號引腳、D 數(shù)據(jù)引腳和STR 鎖存信號引腳。595 模塊對應(yīng)主控制器MiniPort 接口（J4 端口）功能定義如圖1.46（b）所示。595 模塊輸出信號通過MiniPort A（彎針）引出（MiniPort-595 J2A 端口），引腳功能定義詳見圖1.46（c），MCU通過MiniPort 接口控制595 模塊（MiniPort - 595）引腳功能說明詳見表1.19。

圖1.46 595 模塊實(shí)物與控制接口定義圖

表1.19 595 模塊控制引腳說明

595 模塊的電路詳見圖1.47，MiniPort B（排母）為595 模塊的輸入接口，MiniPort A（彎針）為595 模塊的輸出接口，通過該接口與LED、數(shù)碼管等模塊相連。

圖1.47 595 模塊電路圖

由于595 模塊主要用于外設(shè)擴(kuò)展，故MiniPort A 和MiniPort B 兩端部分引腳并不完全相同。L1~L15 代表將595 模塊A/B 接口未使用的對應(yīng)接口相連，便于堆疊擴(kuò)展。

>>> 1.6.5 ZLG72128 模塊

MiniPort-ZLG72128 模塊可以管理2 個普通按鍵、2 個功能按鍵和2 個共陰數(shù)碼管，該組件通過10×2 插針接口和AMetal824 平臺連接，通過AMetal824 的I2C接口操作和演示該組件。ZLG72128 模塊的主控芯片為ZLG72128 是廣州周立功單片機(jī)科技有限公司自行設(shè)計(jì)的數(shù)碼管顯示驅(qū)動與鍵盤掃描管理芯片，其主要特性：

• 直接驅(qū)動12 位共陰式數(shù)碼管（1 英寸以下）或96 只獨(dú)立的LED；

• 能夠管理多達(dá)32 只按鍵，自動消除抖動，其中有8 只可以作為功能鍵使用；

• 利用功率電路可以方便地驅(qū)動1 英寸以上的大型數(shù)碼管；

• 具有位閃爍、位消隱、段點(diǎn)亮、段熄滅、功能鍵、連擊鍵計(jì)數(shù)等強(qiáng)大功能；

• 提供有10 種數(shù)字和21 種字母的譯碼顯示功能，或者直接向顯示緩存寫入顯示數(shù)據(jù)；

• 與微控制器之間采用I2C串行總線接口，只需兩根信號線，節(jié)省I/O 資源；

• 工作電壓范圍：3.0～5.5V；

• 工作溫度范圍：－40～＋85℃；

• 封裝：標(biāo)準(zhǔn)TSSOP28。

ZLG72128 模塊通過MiniPort A（彎針）引出（MiniPort-595 J2A 端口），引腳功能定義詳見圖 1.48。ZLG72128 的I2C接口，僅需要SDA 和SCL 兩根信號線， 其地址:1100000 讀/寫（1/0），其相應(yīng)的電路原理圖詳見圖1.49。

圖 1.48 MiniPort-ZLG72128 實(shí)物與接口

圖1.49 MiniPort-ZLG72128 模塊原理圖