嵌入式硬件設計需考慮的幾大關(guān)鍵問(wèn)題

　　嵌入式開(kāi)發(fā)項目中，首先需要做需求分析，然后根據需求分析進(jìn)行綜合考慮，這里給出幾個(gè)嵌入式硬件設計時(shí)特別要注意的問(wèn)題。

　　1、MCU的選擇

　　選擇MCU時(shí)要考慮MCU所能夠完成的功能、MCU的價(jià)格、功耗、供電電壓、I/O口電平、管腳數目以及MCU的封裝等因素。MCU的功耗可以從其電氣性能參數中查到。供電電壓有5V、3.3V以及1.8V超低電壓供電模式。為了能合理分配MCU的I/O資源，在MCU選型時(shí)可繪制一張引腳分配表，供以后的設計使用。

　　2、電源

　　考慮嵌入式系統對電源的需求，例如嵌入式系統需要幾種電源，如24V、12V、5V或者3.3V等，估計各需要多少功率或最大電流(mA)。在計算電源總功率時(shí)要考慮一定的余量，可按公式“電源總功率=2×器件總功率”來(lái)計算。

　　考慮芯片與器件對電源波動(dòng)性的需求。一般允許電源波動(dòng)幅度在±5%以?xún)?。對于A(yíng)/D轉換芯片的參考電壓一般要求±1%以?xún)取?/span>
 

 

　　考慮工作電源是使用電源模塊還是使用外接電源。

　　3、普通I/O口

　　上拉、下拉電阻：考慮用內部或者外部上/下拉電阻，內部上/下拉阻值一般在700Ω左右，低功耗模式不宜使用。外部上/下拉電阻根據需要可選10KΩ～1MΩ之間。

　　開(kāi)關(guān)量輸入：一定要保證高低電壓分明。理想情況下高電平就是電源電壓，低電平就是地的電平。如果外部電路無(wú)法正確區分高低電平，但高低仍有較大壓差，可考慮用A/D采集的方式設計處理。對分壓方式中的采樣點(diǎn)，要考慮分壓電阻的選擇，使該點(diǎn)通過(guò)采樣端口的電流不小于采樣最小輸入電流，否則無(wú)法進(jìn)行采樣。

　　開(kāi)關(guān)量輸出：基本原則是保證輸出高電平接近電源電壓，低電平接近地電平。I/O口的吸納電流一般大于放出電流。對小功率元器件控制最好是采用低電平控制的方式。一般情況下，若負載要求小于10mA，則可用芯片引腳直接控制;電流在10~100mA時(shí)可用三極管控制，在100mA～1A時(shí)用IC控制;更大的電流則適合用繼電器控制，同時(shí)建議使用光電隔離芯片。

　　4、A/D電路與D/A電路

　　A/D電路：要清楚前端采樣基本原理，對電阻型、電流型和電壓型傳感器采用不同的采集電路。如果采集的信號微弱，還要考慮如何進(jìn)行信號放大。

　　D/A電路：考慮MCU的引腳通過(guò)何種輸出電路控制實(shí)際對象。

　　5、控制電路

　　對外控制電路要注意設計的冗余與反測，要有合適的信號隔離措施等。在評估設計的布板時(shí)，一定要在構件的輸入輸出端引出檢測孔，以方便排查錯誤時(shí)測量。
 

 

　　6、考慮低功耗

　　低功耗設計并不僅僅是為了省電，更多的好處在于降低了電源模塊及散熱系統的成本。由于電流的減小也減少了電磁輻射和熱噪聲的干擾。隨著(zhù)設備溫度的降低，器件壽命則相應延長(cháng)，要做到低功耗一般需要注意以下幾點(diǎn)：

　　并不是所有的總線(xiàn)信號都要上拉。上下拉電阻也有功耗問(wèn)題需要考慮。上下拉電阻拉一個(gè)單純的輸入信號，電流也就幾十微安以下。但拉一個(gè)被驅動(dòng)了的信號，其電流將達毫安級。所以需要考慮上下拉電阻對嵌入式系統總功耗的影響。

　　不用的I/O口不要懸空，如果懸空的話(huà)，受外界的一點(diǎn)點(diǎn)干擾就可能成為反復振蕩的輸入信號，而MOS器件的功耗基本取決于門(mén)電路的翻轉次數。

　　對一些外圍小芯片的功耗也需要考慮。對于內部不太復雜的芯片功耗是很難確定的，它主要由引腳上的電流確定。例如有的芯片引腳在沒(méi)有負載時(shí)，耗電大概不到1毫安，但負載增大以后，可能功耗很大。

　　7、考慮低成本

　　正確選擇電阻值與電容值

　　比如一個(gè)上拉電阻，可以使用4.5K-5.3K的電阻，你覺(jué)得就選個(gè)整數5K，事實(shí)上市場(chǎng)上不存在5K的阻值，最接近的是4.99K(精度1%)，其次是5.1K(精度5%)，其成本分別比精度為20%的4.7K高4倍和2倍。20%精度的電阻阻值只有1、1.5、2.2、3.3、4.7、6.8幾個(gè)類(lèi)別(含10的整數倍);類(lèi)似地，20%精度的電容也只有以上幾種值，如果選了其它的值就必須使用更高的精度，成本就翻了幾倍，卻不能帶來(lái)任何好處。

　　指示燈的選擇

　　面板上的指示燈選什么顏色呢?有些人按顏色選，比如自己喜歡藍色就選藍色。但是其它紅綠黃橙等顏色的不管大小(5mm以下)封裝如何，都已成熟了幾十年，價(jià)格一般都在5毛錢(qián)以下，而藍色卻是近三四年才發(fā)明的，技術(shù)成熟度和供貨穩定度都較差，價(jià)格卻要貴四五倍。

　　不要什么都選最好的

　　在一個(gè)高速嵌入式系統中并不是每一部分都工作在高速狀態(tài)，而器件速度每提高一個(gè)等級，價(jià)格差不多要翻倍，另外還給信號完整性問(wèn)題帶來(lái)極大的負面影響。