CN202600408U

CN202600408U - 一种微控制器的硬件评估板

Info

Publication number: CN202600408U
Application number: CN 201220095624
Authority: CN
Inventors: 吴瑾; 王宜怀; 陈建明
Original assignee: Suzhou University
Current assignee: Suzhou University
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2012-03-14
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2022-03-14

Abstract

本实用新型公开了一种微控制器的硬件评估板，包括分别与所述微控制器连接的硬件最小系统、串行通信接口电路、以太网通信接口电路、网络状态指示灯电路、小灯控制模块、按键接口、外部接口、扩展板接口。本实用新型实施例采用嵌入式硬件构件的设计思想设计硬件电路，该思想中的核心构件和中间构件的具体设计体现在对本实用新型各组成部分的详细设计上：硬件最小系统可作为核心构件，其在应用到具有相同MCU的嵌入式应用系统中时，不必作任何改动；最小硬件系统之外的其他组成部分可作为中间构件，其在应用到具有相同MCU的嵌入式应用系统中时，仅需为需求接口添加接口网标。故本实用新型具有通用性、可移植性及可复用性。

Description

一种微控制器的硬件评估板

技术领域

本实用新型属于电子系统智能化嵌入式应用领域，尤其涉及一种微控制器的硬件评估板。

背景技术

自从1974年第一款微处理器芯片问世以来，嵌入式系统应用已经深入到军事、航空航天、通信、家电等各个领域。其中，MCU(Micro Control Unit，微控制器)是嵌入式系统的核心器件，MCU运行的准确度直接决定嵌入式系统的准确度，因此，在构建嵌入式系统之前，需要对MCU的各种功能进行测试，而在对MCU进行功能测试之前，首先要设计以MCU为主的硬件电路。

目前，在设计两个不同嵌入式系统中以同一个MCU为主的硬件电路时，设计人员往往是从基本电路一步步设计；或者选取一个以具有相同或相似MCU为主的硬件电路原理图，在上述硬件电路原理图上进行修改。但是，在类似的硬件电路原理图上进行修改，修改繁琐且容易出错。

从上述可以看出，目前急需一种微控制器的硬件评估板，简化以MCU为主的硬件电路板的设计过程，提高通用性、可移植性及可复用性。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种微控制器的硬件评估板，以简化硬件电路板设计，提高通用性、可移植性及可复用性。

为此，本实用新型采用的技术方案是：

一种微控制器的硬件评估板，包括：

分别与所述微控制器连接的硬件最小系统、串行通信接口电路、以太网通信接口电路、网络状态指示灯电路、小灯控制电路、按键接口、外部接口以及扩展板接口；

所述硬件最小系统包括分别与所述微控制器连接的电源电路、晶振电路、锁相回路PLL滤波电路、复位电路以及写入器接口电路。

优选的，所述硬件最小系统还包括与所述电源电路连接的滤波电路。

优选的，所述写入器接口电路为后台调试模式BDM接口电路，所述BDM接口电路包括26脚BDM插座。

优选的，所述电源电路包括连接外部电源的LM2575-5.0芯片和与所述LM2575-5.0芯片连接的LM1085-3.3。

优选的，所述LM2575-5.0芯片连接单一的12VDC直流电。

优选的，所述晶振电路具体为25MHz的外部无源晶振电路。

优选的，所述硬件评估板还包括与所述串行通信接口电路相连，用于对所述串行通信接口电路进行驱动的驱动电路。

优选的，所述以太网通信接口电路包括内置以太网隔离变压器的RJ45接口。

本实用新型实施例采用嵌入式硬件构件的设计思想设计硬件电路，该思想中的核心构件和中间构件的设计具体体现在对本实用新型的各组成部分的详细设计上：所述硬件最小系统可作为核心构件，其在应用到具体的系统中时，不必作任何改动，因为具有相同MCU的嵌入式应用系统，其硬件最小系统相同；最小硬件系统之外的其他组成部分可作为中间构件，其在应用到具体的系统中时，仅需为需求接口添加接口网标，因为具有相同MCU的嵌入式应用系统，构件实体内部相同，但接口网标名称不同。因此，将本实用新型应用在具有相同MCU的嵌入式应用系统时，仅需针对接口网标进行简单修改，而无需对具体的电路进行修改，简化了基于相同MCU的硬件电路板的设计过程，故本实用新型提供的硬件评估板具有通用性、可移植性及可复用性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的微控制器硬件评估板的结构图；

图2为本实用新型实施例提供的硬件最小系统结构图；

图3为本实用新型实施例提供的电源电路结构图；

图4为本实用新型实施例提供的串行通信接口电路结构；

图5为本实用新型实施例提供的以太网通信接口电路结构图；

图6为本实用新型实施例提供的网络状态指示灯电路结构图；

图7为本实用新型实施例提供的小灯控制电路结构图；

图8为本实用新型实施例提供的扩展板接口结构图；

图9为本实用新型实施例提供的外部接口结构图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供一种微控制器的硬件评估板，以解决当前嵌入式的相关硬件开发中由于缺少可供硬件工程师共同遵守的设计规范而带来的不便。

图1即示出了上述微控制器的硬件评估板的一种结构，其可包括：

分别与上述微控制器连接的硬件最小系统100、串行通信接口电路200、以太网通信接口电路300、网络状态指示灯电路400、小灯控制电路500、按键接口600、外部接口700以及扩展板接口800。

硬件最小系统100包括分别与上述微控制器连接的电源电路101、晶振电路102、PLL(Phase Locked Loop，锁相回路)滤波电路103、复位电路104以及写入器接口电路105。

在此需要指出，本实用新型在介绍硬件评估板的工作原理时，以微控制器为32位MCF52233进行说明，用于评估和测试MCF52233各模块的功能，上述模块包括：GPIO(General Purpose Input Output，通用输入/输出)模块、异步串行通信模块、A/D(Analog to Digital，模数)转换模块、定时器相关模块、SPI(Serial Peripheral Interface，串行外围设备接口)模块、I2C(Inter-Integrated Circuit，内部整合电路)模块、Flash(闪存)模块、嵌入式以太网模块以及其他模块，如时钟模块、芯片配置模块、系统控制模块、实时时钟模块、电源转换模块、复位控制模块。MCU最小系统是指可以使其内部程序运行起来所必需的外围电路集合。相应地，上述硬件最小系统100即是可使32位MCF52233微控制器内部程序运行起来所必需的外围电路的集合。

图2为本实用新型实施例提供的硬件最小系统100的结构图，其所包括的电源电路101、晶振电路102、PLL滤波电路103、复位电路104以及写入器接口电路105分别通过相应的引脚与MCF52233微控制器相连，参见图2，以下分别对硬件最小系统100的各组成部分进行详述：

电源电路101

电源电路101为上述微控制器及上述硬件评估板提供3.3V工作电压，它的好坏直接决定其能否稳定地工作。参见图2，该电路通过VDD引脚和VSS引脚与上述MCF52233微控制器相连，其中，VDD表示逻辑正极，VSS表示逻辑负极。

上述电源电路101连接单一的12VDC(Direct Current，直流电)，并通过电压转换芯片LM2575-5.0将12V电压转换为5V电压，继而再经过电压转换芯片LM1085-3.3为MCF52233微控制器提供3.3V工作电压，其中，LM1085-3.3的转换电路比较简单，只需为上述LM1085-3.3连接3个滤波电容即可，参见图3，图3为本实用新型实施例提供的电源电路的结构原理图。

在本实用新型其他实施例中，为了提高电源电路的抗干扰性，硬件最小系统100还可包括与电源电路101相连接的滤波电路，即所有的电源引脚还接有相应的滤波电容，电源电路101通过上述滤波电路与上述MCF52233微控制器相连。

在本实用新型其他实施例中，为了在对MCF52233微控制器进行评估和测试时，标识上述电源电路101是否正常工作、硬件评估板和MCF52233微控制器之间是否通电，硬件最小系统100还可包括电源指示灯。

晶振电路102

晶振电路102为MCF52233微控制器提供工作时钟，本实施例选用的是25MHz的外部无源晶振电路，参见图2，其通过EXTAL引脚和XTAL引脚与MCF52233微控制器连接，其中，EXTAL为晶振或外部时钟输入，XTAL为晶振输出。

PLL滤波电路103

PLL滤波电路实现对MCF52233微控制器内PLL模块滤波的作用，参见图2，其通过VDDPLL引脚与上述微控制器相连，上述VDDPLL引脚由上述微控制器内部提供电压。

复位电路104

复位电路104实现对上述微控制器上电复位以及运行时的按键复位功能，其包括复位按钮、三极管、发光二极管和4.7kΩ上拉电阻。复位信号包括复位输入RSTI信号和复位输出RSTO信号。RSTI为低电平有效，参见图2，正常工作时，RSTI引脚通过4.7kΩ上拉电阻接到电源电路101的电源正极保持高电平；若按下复位按钮，RSTI引脚接地变为低电平，上述微控制器复位。若复位成功，RSTO引脚会输出低电平，使上述三极管导通，上述发光二级管点亮。此处需要指出的是，若RSTI引脚一直被拉低或悬空，上述微控制器将无法正常工作。

写入器接口电路105

MCF52233支持BDM(Background Debug MODE，后台调试模式)和JTAG(Joint Test Action Group，联合测试行动小组)，本实施例在此基础上，采用自定的片上调试规范BDM，且写入器接口电路105使用自主研发的32位ColdFire写入器对上述微控制器的Flash进行写入、擦除以及应用程序的调试和下载。

本实施例中，写入器接口电路105具体为BDM接口电路，其包括26脚BDM插座和相关电路，以实现上述写入器与上述微控制器的连接，其具体连接方式可参见图2，其中：TCLK用于同步JTAG逻辑；BKPT用于输入断点中断请求输入信号；DSI为上述微控制器中被调试模块的数据输入信号；DSO为上述被调试模块的应答信号；DSCLK为串行时钟输入时钟；ALLPST为逻辑与；JTAG_EN为模式选择，该引脚为高电平时进入JTAG模式，该引脚为低电平时，进入BDM模式。由于本实用新型采用BDM模式，故在测试过程中，该引脚保持低电平。

在上述微控制器中，若用RS-232C总线进行串行通信，则需外接驱动电路实现电平转换：在发送端，需用上述驱动电路将TTL点评转换成RS-232C点评；在接收端，需用上述驱动电路将RS-232C电平转换为TTL电平。

参见图4，图4即是本实施例提供的作为上述驱动电路的串行通信接口电路的结构原理图。该电路以MAX232芯片为核心，上述MAX232芯片采用单一+5V电源供电。上述串行通信接口电路的具体工作原理如下：

发送过程：MCU的TXD引脚将其上的TTL电平经过上述MAX232芯片的11引脚(T1IN引脚)被输送至该芯片内部，在该芯片内部，TTL电平被提升为RS-232，继而通过14引脚(T1OUT引脚)被发送出去。

接收过程：RS-232电平经过上述MAX232的13引脚(R1IN引脚)进入到该芯片内部，在该芯片内部RS-232电平被降低为TTL电平，继而经过12引脚(R1OUT引脚)被传输至MCU的RXD引脚，从而进入MCU内部。

MCF52233微控制器的以太网模块采用CMOS工艺，由于电平信号的不同以及存在网络冲击信号，不能将其直接连接到普通的RJ45接口，而需要添加隔离及电平信号转换电路。在本实用新型实施例中，为了简化电路设计，可采用内置以太网隔离变压器的RJ45接口，内置的以太网隔离变压器具体为10Mbps/100Mbps以太网滤波变压器PRJ-005A。上述内置的以太网隔离变压器起到信号传输、阻抗匹配、波形修复、杂波抑制以及高电压隔离等作用。

参见图5，图5为本实施例提供的采用上述内置以太网隔离变压器的RJ55接口的以太网通信接口电路的结构图。MCF52233微控制器的PRXN接收接口与PRXP接收接口，分别连接至上述PRJ-005A的6引脚和3引脚，经上述PRJ-005A后分别引到RJ55的RX-/RX+引脚；上述微控制器的PTXN发送接口和PTXP发送接口，连接至上述分别PRJ-005A的2引脚和1引脚，经上述PRJ-005A后分别引到RJ55的TX-/TX+引脚。EPHY偏置控制引脚PRBIAS与PHY_VSSA之间要外接0.1％的电阻，布板时该电阻要尽可能地靠近上述PHY_RBIAS引脚。寄生电容的电容值，如图5中NET_C1、NET_C2和NET_C3，超过50pF会使得通信不稳定，而最佳须在10pF以下。

参见图6，图6为本实施例提供的网络状态指示灯电路结构图，其中，COLLED、DUPLED、SPDLED、LNKLED、ACTLED为网络指示灯信号引脚，用于指示网络工作状态。

参见图7，图7为本实施例提供的小灯控制电路结构图，其中，TIN0～TIN3为小灯输入引脚，用于控制小灯的亮暗。

参见图8，图8为本实施例提供的扩展板接口结构图。参见图9，图9为本实施例提供的外部接口结构图。其中，图8和图9的具体连接和工作原理与现有技术相同，对此不再加以阐述。

本实用新型为了适应组态的需要，方便对相关微控制器的功能进行测试，采用了“核心板+扩展板”的硬件平台，其中本实用新型作为核心板，其可与一款MT-Extend Borad I型扩展板兼容，核心板和扩展板通过设置在核心板上的扩展板接口800相连，故在应用本实用新型对微控制器的功能进行测试时，可将其插入上述MT-Extend Borad I型扩展板上。

具体地，利用本实用新型对微控制器的功能进行测试时，将上述相连接的核心板和扩展板通过核心板中的写入器接口电路105连接至32位ColdFire写入器，再将写入器连接至PC机，上述写入器与PC机具体可通过USB接口相连。

以下对利用本实用新型对微控制器的功能进行测试的测试过程做详细介绍：

利用电源指示灯测量本实用新型提供的电源电路是否正常工作，即上电时，电源指示灯正常发亮，则说明上述电源电路正常工作。

将PC机中发明人自主研发的小灯程序通过上述写入器写入MCU，此时，观察扩展板上的小灯是否能正常亮暗闪烁，由此检测本实用新型的硬件最小系统是否正常工作。

用串口线连接PC机和串行通信接口电路200，将串口测试程序写入MCU中并运行，之后，由串行通信接口电路200向上述PC机发送″Hello！World！″，同时等待PC机接收及返回反馈数据，若异步串行通信模块通信正常，则可收到PC机的反馈数据，当本硬件评估板接收到了来自PC机的反馈数据后再向其发送反馈信息，即完成一次双向通信过程。当然，此过程可反复进行多次，若上述过程在某一环节处中断，则证明异步串行通信模块不能正常通信。由此简要测试了MCF52233微控制器的异步串行通信模块的功能。

将本实用新型实施例中所采用的MCF52233MCU的ANx引脚接传感器的采样脚，并将核心板与PC机通过串行通信接口电路200连接。之后，将A/D转换测试程序写入MCU中并运行，若A/D转换模块正常工作，则本硬件评估板即响应高端请求，获取8路AD转换结果，并将上述8路AD转换结果进行均值滤波，继而通过串口传输至PC端。由此简要测试了MCF52233微控制器的A/D转换模块的功能。

将本实用新型实施例中所采用的MCF52233 MCU的引脚QSPI_CS0、QSPI_DOUT、QSPI_CLK与具有QSPI(Queued Serial Peripheral Interface，队列串行外围接口)的20引脚YM12864R汉字图形点阵液晶显示模块相连接，上述显示模块包括LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)。其中：QSPI_CS0(PQSPAR3)与上述LCD的第4引脚相连，QSPI_DOUT(PPQSPAR0)与上述LCD的第5引脚相连，QSPI_CLK(PQSPAR2)与上述LCD的第6引脚相连。其通过QSPI在上述LCD上显示文字，若SPI(Serial Peripheral Interface，串行外围接口)模块正常工作，则上述LCD可正常显示待显示的文字。由此简要测试了MCF52233微控制器的SPI模块的功能。

将本实用新型的串行通信接口电路200与PC机的串行口相连，并将本实用新型的I2C接口中的SCL与PCF8563中的SCL相连，同样，将上述I2C接口中的SDA与PCF8563中的SDA相连，将上述I2C接口中的接地端与PCF8563中的接地端相连。以PCF8563日历芯片为从机，通过串口设置时间并显示时间。由此简要测试了MCF52233微控制器的I2C模块的功能。

用RJ45网线连接PC机和太网通信接口电路300，将网络连接状态测试程序写入MCU中并运行，若PC机屏幕右下角的″网络连接状态″图标显示已连上，表示MCF52233微控制器的以太网通信接口电路初始化成功，若″网络连接状态″图标出现叉号，表示上述以太网通信接口电路初始化失败。由此简要测试了MCF52233微控制器的以太网通信接口电路的功能。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种微控制器的硬件评估板，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的硬件评估板，其特征在于，所述硬件最小系统还包括与所述电源电路连接的滤波电路。

3.根据权利要求1所述的硬件评估板，其特征在于，所述写入器接口电路为后台调试模式BDM接口电路，所述BDM接口电路包括26脚BDM插座。

4.根据权利要求1所述的硬件评估板，其特征在于，所述电源电路包括连接外部电源的LM2575-5.0芯片和与所述LM2575-5.0芯片连接的LM1085-3.3。

5.根据权利要求4所述的硬件评估板，其特征在于，所述LM2575-5.0芯片连接单一的12VDC直流电。

6.根据权利要求1所述的硬件评估板，其特征在于，所述晶振电路具体为25MHz的外部无源晶振电路。

7.根据权利要求1所述的硬件评估板，其特征在于，还包括与所述串行通信接口电路相连，用于对所述串行通信接口电路进行驱动的驱动电路。

8.根据权利要求1所述的硬件评估板，其特征在于，所述以太网通信接口电路包括内置以太网隔离变压器的RJ45接口。