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《 嵌入式系统设计与实践》一一3.4 阅读原理图

简介: 本节书摘来自华章出版社《 嵌入式系统设计与实践 》一 书中的第3章,第3. 3 节,作者:Elecia White 著 ,更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看
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3.4 阅读原理图
如果你是传统软件世界的开发人员,那么原理图看起来就像是一个充斥着象形文字的视力表,散布着奇怪的方框和复杂的连线。就像数据表一样,知道从哪里着手往往是件令人望而生畏的事情。对于多页的原理图,从第一页开始可能是有风险的,因为很多电气工程师把他们的电源处理硬件放在第一页,而这部分对于软件工程师来说,不是一定要去关注的。图3-9展示了一个原理图的一页片段。
有些原理图中会带有文本块(通常位于图的角落),这些文本是注释,需要仔细阅读,特别是当文本块的标题是“处理器I/O”或者类似有用信息的时候。这些注释就如同代码中的注释一样,并不是每张图都有。所以,当发现原理图中有这些非常好的注释时,也许应该请我们的电子工程师出去吃个午饭了。
警告: 大多数时候,会有一个硬件框图帮助解码一个原理图。另一方面,我在许多面试中被问到的一个问题是:“这个原理图是做什么的?”所以,本节会展示一些的技巧以弄明白这个问题以及如何让原理图更容易理解。
当我们第一次浏览原理图时,我们应该从找到那些有许多连接的方框开始。这通常可以进一步简化,因为在原理图上方框的大小与连线的数量成正比——找到最大的那些方框。处理器可能是其中之一。因为它是软件世界的中心,发现它会帮助我们找到我们最关心的外设。
方框的上面是组件ID(U1),通常印在PCB上。方框的内部或者下面通常是零件号。如图3-9所示,零件号可能不是你习惯看的。虽然处理器手册上可以是AtmelAT91R40008,但其原理图可能写成AT9140008-66AI。然而,原理图不仅描述了如何在印刷电路板上制作迹线,它也说明了如何把正确的组件连接到板上。处理器上的额外字母说明了处理器是如何被封装和装在板上的。
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图3-9:原理图片段示例
现在,我们已经找到2~4个最大和连接最多的组件。看看它们的零件号,以确定它们实际是什么。希望已经找到处理器。(如果没有,继续寻找。)也可能发现一些内存。内存过去置于地址总线上,所以它有几乎有与处理器一样多的连接,通常有8条地址线和16个数据线,如图3-9所示。许多新的处理器有足够多的嵌入式内存,以减轻对外部RAM或闪存的需求,因此可能无法找到除了处理器以外的任何大型器件。
接下来,看看这些看起来像长矩形或者方框的连接器。它们标记为Js,而不是Us(如J3)。应该有一个与系统相连电源连接器(至少有两个引脚:电源线和地线)。可能还有一个用于调试处理器连接器(图3-9中的J1)。其他连接器可能会告诉你更多关于电路板的信息,它们提供了外部世界如何看电路板的信息。是不是有一个带有许多信号以表明一个子板的连接器?是不是有一个RS-232信号的连接器,以表明一个串行端口?导线名以USB或LCD开头的连接器?名字是为了给出一些提示。
标识出连接器和较大的芯片后,就可以开始建立系统的心理模型(或硬件框图,如果还没有的话)。现在回到那些方框,看看是否可以用名字来评估它们的功能。找到如感应器(SENSOR)或模数转换器(ADC)这样的名字可能会有所帮助。第6章会给出其他一些信号名,以帮助发现有意义的外设。
注意: 在原理图中,线可以交叉而没有连接。找到那些表示连接的圆点。很少有原理图会在一个四向交叉的地方放置一个圆点,因为在打印原理图时很难弄清楚这里是不是一个圆点。
在这个过程中,我们一直忽略了那些不是方框形状的组件。虽然了解这些电阻网络、RC滤波器,或者运算放大电路是有用的,但不需要现在就知道这些。图3-10展示了一些通用的原理图组件和它们的名字,但是在画原理图的时候可能会有些不一样。这可能会让人感到好奇“这个电阻起什么作用?” 3.8节会给出一些如何提高硬件知识的建议。
我建议忽略除了方框之外的其他一切元器件,这个建议有两个例外。首先,LED、开关、按钮经常连接到处理器。原理图会告诉你它被连接到那个处理器的引脚,以便让软件知道哪里读开关的状态,或者打开一个LED。
另一种值得注意的组件是连接到处理器和电源的电阻,它称为上拉电阻,因为它们将电压往上拉(向电源)。通常,上拉相对较弱(低电阻),使处理器可以驱动一根被上拉的I / O线,使它变为低电平。上拉意味着在该条线上的信号被定义为高,即使处理器没驱动它。一款处理器可能有内部的上拉,使处理器的输入即使在没有连接的情况下,也有一个默认的状态。
注意,也有下拉,这意味着电阻接地。所有这些对它们都适用,除了其默认的逻辑电平是低而不是高。没有接上拉或者下拉输入端的逻辑既不是高也不是低,而是悬浮(也可以称为hi-Z、高阻抗或者第三态)
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图3-10:通用原理图元器件

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