基于ARM的CDMA移动电话系统设计硬件电路设计.doc

毕 业 论 文基于arm的cdma移动电话系统设计硬件电路设计 摘 要在很多需要对远程数据进行处理的场合中，无线数据采集与传输的应用日益广泛。目前普遍使用的方案是嵌入式cpu+cdma，由cpu负责对采集到的数据进行运算和处理，然后交给cdma模块将其发送给远程数据中心。 本文深入研究了基于s3c4510b arm处理器和cdma模块的移动电话开发，它是由cpu、flash、memory、cdma、power几个部分组成，通过protel99se工具软件完成了其硬件电路的原理图设计和印制电路版设计。本文实现了一个移动电话系统的底层硬件设计，涉及到的技术有cdma技术、计算机技术、嵌入式技术等，同时满足了系统低成本，低功耗、小体积和移动灵活的要求。关键词:arm cdma 硬件电路 印制电路版ii目 录摘 要iii1 绪 论11.1 工业应用数据采集与传输11.2 cdma 技术11.3 arm带来的优势32 protel99se介绍62.1 protel99se 特点62.2 原理图设计72.3 pcb设计83 硬件主要功能块实现113.1 总体结构113.2 arm 微处理器113.2.1 共同特点及分类113.2.2 s3c4510b芯片123.3 flash153.4 sdram163.5 串行接口电路173.6 jtag 接口183.7 电源模块193.8 cd615m5203.8.1 cdma无线模块接口使用说明223.8.2 主要功能说明244 原理图与印制板图的实现254.1 原理图的实现254.1.1 创建一个新的设计数据库254.1.2 新建原理图文档254.1.3 放置元件274.1.4 绘制电路原理图284.1.5 电气规则检查284.1.6 生成网络表294.2 印制板图的实现294.2.1 pcb 设计编辑器294.2.2 建立pcb文件294.2.3 布线设置304.2.4 设计规则检查314.3 pcb设计的一般原则314.3.1 布局314.3.2 布线314.3.3 焊盘314.4 pcb设计中的注意事项和经验324.4.1 pcb设计中的注意事项324.4.2 pcb设计中的经验325 总结34参 考 文 献35英 文 摘 要36致 谢37附 录38仲恺农业技术学院毕业论文(设计)成绩评定表1 绪 论1.1 工业应用数据采集与传输无线数据采集与传输的应用范围非常广，涉及行业有电力、水利、公安、交通、石油、安防和金融等。一般无线数据采集终端都用在专用系统中,特别适合小数据量低速数据传输要求，对工作稳定性的要求一般较高。数据采集一般采用标准rs232或rs485接口，采集压力、温度等传感器数据。由cpu负责对采集到的数据进行运算和处理，然后交给cdma模块将其发送给远程数据中心。cdma网络支持tcpip协议并且覆盖面广，比起使用短消息和超短波无线数传电台进行无线数据传输，cdma无论在费用、可靠性和可实施性等方面都具有很大的优势。 无线数据采集与传输终端的设计可以有两套方案：第一套为单片机cdma调制解调器，此方案虽然硬件成本较低，但功能比较有限，在协议的开发和支持上都有一定难度；第二套方案为嵌入式cpucdma 模块，此方案虽然硬件成本稍高，需要嵌入式cpu芯片来支持嵌入式操作系统，但可以实现丰富协议接口，便于移植和向高端系统应用升级，更加便于数据采集与传输的实现。本设计的目的就在于远程无线数据采集与传输。1.2 cdma 技术cdma是码分多址的英文缩写（code division multiple access），它是在数字技术的分支-扩频通信技术上发展起来的一种成熟的无线通信技术。cdma技术的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。移动通信系统有多种分类方法。例如按信号性质分，可分为模拟、数字；按调制方式分，可分为调频、调相、调幅；按多址连接方式分，可分为频分多址（fdma）、时分多址（tdma）和码分多址（cdma）。目前中国联通、中国移动所使用的gsm移动电话网采用的便是fdma和tdma两种方式的结合。gsm比模拟移动电话有很大的优势，但是，在频谱效率上仅是模拟系统的3倍，容量有限；在话音质量上也很难达到有线电话水平；tdma终端接入速率最高也只能达到9.6kbit/s；tdma系统无软切换功能，因而容易掉话，影响服务质量。因此，tdma并不是现代蜂窝移动通信的最佳无线接入，而cdma多址技术完全适合现代移动通信网所要求的大容量、高质量、综合业务、软切换等，正受到越来越多的运营商和用户的青睐。cdma技术的出现源自于人类对更高质量无线通信的需求。第二次世界大战期间因战争的需要而研究开发出cdma技术，其思想初衷是防止敌方对己方通讯的干扰，在战争期间广泛应用于军事抗干扰通信，后来由美国高通公司更新成为商用蜂窝电信技术。1995年，第一个cdma商用系统运行之后，cdma技术理论上的诸多优势在实践中得到了检验，从而在北美、南美和亚洲等地得到了迅速推广和应用。全球许多国家和地区，包括中国香港、韩国、日本、美国都已建有cdma商用网络。在美国和日本，cdma成为国内的主要移动通信技术。在美国，10个移动通信运营公司中有7家选用cdma。到今年4月，韩国有60%的人口成为cdma用户。在澳大利亚主办的第28届奥运会中，cdma技术更是发挥了重要作用。cdma具有以下突出优点： 1.抗干扰性能好；由于cdma经过扩频处理，故抗干扰性能好，可和同频带的窄带共存，而不影响其正常工作。 2.抗多径衰落能力强；多径衰落是影响移动通信质量的一个突出问题，通常必须采取空间分集、自适应均衡等技术加以克服，还有较大衰落余量。cdma系统可以利用多径信号提供路径分集，这样不但缓和瑞利衰落，而且还缓和了因物理遮挡所造成的慢衰落，从而大大提高通信质量。 3.系统容量增大；对于fdma与tdma，若小区的频点或时隙一分配完，则小区就不能接收新的呼叫，容量有硬性限制。而cdma是干扰受限系统，在指定的干扰电平下，即使用户数已达到限定数目时，也还允许增加个别用户，其缺点是造成话音质量下降。业务提供者可在容量与话音质量之间进行平衡。cdma精确的功率控制和软切换技术大大降低了干扰信号的强度和所需的信噪比要求，而且有效地采用诸如话音激活或可变速率话音编码、分集接收、功率控制。据介绍，cdma信噪比是damps、tdma的3.7倍，是tacs的11.2倍，是amps的13.6倍，是fmfdma方式的20倍。 4.通信质量好；cdma系统采用直接序列扩频技术，综合应用时间分集、频率分集、空间分集、路径分集等多种分集技术克服多径效应，可以获得很强的抗干扰能力，加上它在越区切换时采用先建立后中断的软切换技术，保证了cdma的通信质量，特别在越区切换时无乒乓效应。本系统属宽带低噪比，波形允许采用高冗余度纠错编码和高效数字调制技术来确保高质量话音和数据传输。 5.频率利用率高；cdma系统的同一频率，可以在所有小区内重复使用，其频率复用率为2/3（fdma和tdma的频率复用率为1/7），不需要fdma和tdma那样进行频率配置，大大简化了小区分裂和微蜂窝引入。 6.多址能力强；cdma系统多址能力决定扩频编码间的多址干扰大小，它与使用的扩频编码方案有关，与同时发送信号的用户间的多址干扰（即扩频编码的相关特性）有关，与允许的接收质量有关（输出信噪比），因此同时工作用户间的多址干扰越低，能允许的接收质量越低，cdma技术的多址能力就越强。 7.高度可靠的保密安全性；cdma移动通信系统是一个保密通信系统，若再加一定的加密算法技术，能大大提高通信保密性能，这是fdma、tdma系统所无法比拟的。分析其采用的扩频系统，要想截获别人的通信内容几乎是不可能的，如只要机内锂电池不放完电，它以512khz的时钟频率加以改变其序列的即时状态，即使是连续工作，它的扩频地址序列周期也长达7年。它还可以方便地在cdma系统设置和改变主密钥、副密钥、扩频码表、标准加密算法等，使通信的保密性更为可靠。 8.手机功耗小；cdma采用功率控制后，仅在衰落期间调高发射功率电平，从而使平均发射功率减小，fdma的最小功率为5mw、平均发射功率为794mw、峰值功率为3w，而cdma的最小功率为2.3mw、平均发射功率为5mw、 峰值功率为100mw。由此可见cdma的平均发射功率和最大发射功率比fdma低，从而使系统容量增加，减少了小区数和降低设备成本。随着中国联通cdma1x网络的建成商用， cdma无线数据网络系统由于其覆盖范围广，通信质量高，永远在线和按流量计费等优点，在无线上网、环境监控和数据采集等许多行业得到了广泛应用。作为系统重要组成部分的cdma无线数据终端，为了满足其成本低，体积小和移动灵活的要求，目前普遍使用的方案是在单片机系统上加载一些操作系统和网络协议栈来控制无线模块登录cdma网络，从而实现数据的传输。1.3 arm带来的优势嵌入式系统源自80年代以来的8位单片机技术。在90年代后期，随着网络技术的飞速发展，人们的日常生活进入了后pc时代，许多电子设备需要tcp/ip网络功能和更智能、更强大的计算能力，如语音、音频、视频的数据采集、处理与传输，图形界面和触摸屏技术，无线控制技术和相应的软件协议等。因此，对功能更强大的嵌入式处理器的需求也变得越来越突出。arm作为嵌入式系统领域中应用最广泛的32位处理器体系结构，已遍及工业控制、消费类电子、通信系统、网络应用、无线通信、成像和安全等各类应用领域，并成为多个应用领域的标准cpu，arm技术已经渗透到人们生活的各个方面。采用arm技术知识产权（ip）核的微处理器目前包括：arm7系列、arm9系列、arm9e系列、arm10e系列、securcore系列、strongarm系列和xscale系列。它们的共同特点是：体积小，功耗低，成本低，性能高；支持thumb（16位）/arm（32位）双指令集，能很好地兼容8/16位器件；大量使用寄存器，指令执行速度更快；大部分数据操作都在寄存器中完成；寻址方式灵活简单，执行效率高；指令长度固定。除了具有上述共同特点之外，每个系列还具有各自的特色和应用领域。其中，arm7、arm9、arm9e和arm10e为4个通用处理器系列，每个系列提供一套相对独特的性能来满足不同应用领域的需求；securcore系列专门为安全性要求较高的应用而设计，如电子商务、电子政务、电子银行业务、网络和认证系统等领域；intel公司的strongarm系列融合了intel的设计和处理技术以及arm体系结构的电源效率，在软件上兼容armv4体系结构，同时还采用了具有intel自身优点的技术，适用于便携式通信和消费类电子领域；intel公司的xscale系列是基于armv5te体系结构的解决方案，具有高性能、高性价比、低功耗等优点，适用于数字移动电话、个人数字助理和网络产品等领域。arm技术是嵌入式系统方面的主流技术，arm技术具有很高的性能和更高的功效。目前市场上arm芯片速度可达几百兆，以此为主控芯片可在硬件上实现高速、高精度且具有一定处理能力的数据采集处理通信系统。例如移动通信所用的arm7有它的优势所在，它小型、快速、低能耗、集成式risc内核。目前市场上，arm技术的ip核在下列领域已经取得或正在取得很大的成功。它们包括：无线/pda，超过85的无线设备（手机等）都采用了arm技术，在向3g升级的过程中，arm也地位稳固。在pda一类的手持设备中，arm针对视频流进行了优化，并获得广泛的支持。arm还为蓝牙的推广做好了准备，有20多家公司的元器件产品采用了arm技术，如爱立信、英特尔、科胜讯、朗讯、阿尔卡特、飞利浦、德州仪器等。arm处理器凭借其功能强，功耗低，性能高的优势迅速成为了各种控制应用领域的首选。建立一个新的处理器体系结构并把它推向市场非常昂贵，它不仅包括与设计和开发相关的时间和费用，同时还包括在工具、间接材料、推广程序以及对鼓励新用户具有吸引力的许可体系上的巨大投资。arm公司已经做了所有这些工作，并且非常出色。arm处理器已经获得业内广泛的认可，并有一些既定优势，它提供可向上移植的软件兼容性、广泛的处理器内核系列、未来高性能产品的发展计划以及arm处理器产品的多个供应商网络。基于arm的无线产品，例如华为将发布基于arm的无线产品，并从中取得优势。arm公司与华为公司共同宣布签署重要的授权协议，华为将获得arm7和arm9微处理器授权。华为技术有限公司是一家快速增长的网络和无线技术方案提供商，它在2006年发布一系列新的基于arm体系结构的无线产品。结合arm powered技术方案，华为公司以目前在移动通信方面的实力，将顺利进入wcdma无线市场。 他们保持革新才能在竞争中立足。进入无线市场将对他们的业务产生重大影响，因此，选择何种体系结构对他们尤为重要。为了满足消费者不断变化的需求，他们必须快速而灵活地进行技术转换。华为公司已获得arm7tdmi?微处理器内核和arm926ej prime starter kit授权。arm926ej prime starter kit包括arm926ej微处理器内核、arm926ej primexsys 平台和embedded trace macrocell 模块。arm926ej prime starter kit为华为提供了验证和系统集成的技术方案和硬件，还加快了新产品的上市时间。 华为公司还将获得包括arm代工计划合作伙伴在内的arm connected community成员公司的第三方开发工具支持和其他技术支持。这也将意味着arm在中国的合作伙伴们将更深入地设计自己的片上系统产品，帮助中国电子业发展。 2 protel99se介绍2.1 protel99se 特点protel 99se软件是protel 99 的升级，它沿袭了protel以前版本方便易学的特点，内部界面与protel 99大体相同，新增加了一些功能模块，功能更加强大。新增的层堆栈管理功能，可以设计32个信号层，16个地电层，16个机械层。新增了3d功能，在加工印制版之前可以看到板的三维效果。增强的打印功能，可以轻松修改打印设置控制打印结果。protel 99se容易使用的特性还体现在“这是什么”帮助，按下右上角的小问号，然后输入所要的信息，可以很快地看到特性的功能，然后用到设计中，按下状态栏末端的按钮，使用自然语言帮助顾问。protel 99se采用数据库的管理方式。所有与同一设计相关的原理图文件，印制电路板文件及各种报表文件都可以在同一“.ddb”数据库中并存，便于集体开发和文件管理。protel 99se 设计平台软硬件配置要求：硬件配置最低：cpupentium 100/166以上 内存32m以上 硬盘1g以上 显示器15显示分辩率1024768 建议配置：cpupentium ii 300 以上内存128m 硬盘6g以上显示器17以上显示分辩率12801024操作系统microsoft windows xp（含中文版）或microsoft windows 2000（含中文版）。protel 99se附件安装方法非常简单，只需双击光盘目录下的install.exe即可。2.2 原理图设计原理图的设计1可按下面过程来完成：1.设计图纸大小；protel 99/ schematic后，首先要构思好零件图，设计好图纸大小。图纸大小是根据电路图的规模和复杂程度而定的，设置合适的图纸大小是设计好原理图的第一步。2.设置protel 99/schematic设计环境；设置protel 98/schematic设计环境，包括设置格点大小和类型，光标类型等等，大多数参数也可以使用系统默认值。3.旋转零件；用户根据电路图的需要，将零件从零件库里取出放置到图纸上，并对放置零件的序号、零件封装进行定义和设定等工作。4.原理图布线；利用protel 99/schematic提供的各种工具，将图纸上的元件用具有电气意义的导线、符号连接起来，构成一个完整的原理图。5.调整线路；将初步绘制好的电路图作进一步的调整和修改，使得原理图更加美观。6.报表输出；通过protel 99/schematic提供的各种报表工具生成各种报表，其中最重要的报表是网络表，通过网络表为后续的电路板设计作准备。7.文件保存及打印输出；最后的步骤是文件保存及打印输出。原理图的设计流程图如下图1所示。图1 原理图设计流程2.3 pcb设计pcb的设计流程2分为网表输入、规则设置、元器件布局、布线、检查、复查、输出六个步骤. 1.网表输入网表输入有两种方法，一种是使用powerlogic的ole powerpcb connection功能，选择send netlist，应用ole功能，可以随时保持原理图和pcb图的一致，尽量减少出错的可能。另一种方法是直接在powerpcb中装载网表，选择file-import，将原理图生成的网表输入进来。 2.规则设置如果在原理图设计阶段就已经把pcb的设计规则设置好的话，就不用再进行设置这些规则了，因为输入网表时，设计规则已随网表输入进powerpcb了。如果修改了设计规则，必须同步原理图，保证原理图和pcb的一致。除了设计规则和层定义外，还有一些规则需要设置，比如pad stacks，需要修改标准过孔的大小。如果设计者新建了一个焊盘或过孔，一定要加上layer。 注意：pcb设计规则、层定义、过孔设置、cam输出设置已经作成缺省启动文件，名称为default.stp，网表输入进来以后，按照设计的实际情况，把电源网络和地分配给电源层和地层，并设置其它高级规则。在所有的规则都设置好以后，在powerlogic中，使用ole powerpcb connection的rules from pcb功能，更新原理图中的规则设置，保证原理图和pcb图的规则一致。 3.元器件布局网表输入以后，所有的元器件都会放在工作区的零点，重叠在一起，下一步的工作就是把这些元器件分开，按照一些规则摆放整齐，即元器件布局。powerpcb提供了两种方法，手工布局和自动布局。 注意事项:布局的首要原则是保证布线的布通率，移动器件时注意飞线的连接，把有连线关系的器件放在一起 ,数字器件和模拟器件要分开，尽量远离 ,去耦电容尽量靠近器件的vcc ,放置器件时要考虑以后的焊接，不要太密集 ,多使用软件提供的array和union功能，提高布局的效率。 4.布线布线的方式也有两种，手工布线和自动布线。powerpcb提供的手工布线功能十分强大，包括自动推挤、在线设计规则检查（drc），自动布线由specctra的布线引擎进行，通常这两种方法配合使用，常用的步骤是手工自动手工。 (1)手工布线 a. 自动布线前，先用手工布一些重要的网络，比如高频时钟、主电源等，这些网络往往对走线距离、线宽、线间距、屏蔽等有特殊的要求；另外一些特殊封装，如bga，自动布线很难布得有规则，也要用手工布线。 b. 自动布线以后，还要用手工布线对pcb的走线进行调整。 (2)自动布线 手工布线结束以后，剩下的网络就交给自动布线器来自动布线。选择tools-specctra，启动specctra布线器的接口，设置好do文件，按continue就启动了specctra布线器自动布线，结束后如果布通率为100%，那么就可以进行手工调整布线了；如果不到100%，说明布局或手工布线有问题，需要调整布局或手工布线，直至全部布通为止。 注意事项:电源线和地线尽量加粗 ,去耦电容尽量与vcc直接连接 ,设置specctra的do文件时，首先添加protect all wires命令，保护手工布的线不被自动布线器重布 ，如果有混合电源层，应该将该层定义为split/mixed plane，在布线之前将其分割，布完线之后，使用pour manager的plane connect进行覆铜 ，将所有的器件管脚设置为热焊盘方式，做法是将filter设为pins，选中所有的管脚， 修改属性，在thermal选项前打勾，手动布线时把drc选项打开，使用动态布线。 5.检查检查的项目有间距（clearance）、连接性（connectivity）、高速规则（high speed）和电源层（plane），这些项目可以选择tools-verify design进行。如果设置了高速规则，必须检查，否则可以跳过这一项。检查出错误，必须修改布局和布线。 注意： 有些错误可以忽略，例如有些接插件的outline的一部分放在了板框外，检查间距时会出错；另外每次修改过走线和过孔之后，都要重新覆铜一次。 6.复查复查根据“pcb检查表”，内容包括设计规则，层定义、线宽、间距、焊盘、过孔设置；还要重点复查器件布局的合理性，电源、地线网络的走线，高速时钟网络的走线与屏蔽，去耦电容的摆放和连接等。复查不合格，设计者要修改布局和布线，合格之后，复查者和设计者分别签字。 7.设计输出pcb设计可以输出到打印机或输出光绘文件。打印机可以把pcb分层打印，便于设计者和复查者检查；光绘文件交给制板厂家，生产印制板。光绘文件的输出十分重要，关系到这次设计的成败，下面将着重说明输出光绘文件的注意事项。 a. 需要输出的层有布线层（包括顶层、底层、中间布线层）、电源层（包括vcc层和gnd层）、丝印层（包括顶层丝印、底层丝印）、阻焊层（包括顶层阻焊和底层阻焊），另外还要生成钻孔文件。b. 如果电源层设置为split/mixed，那么在add document窗口的document项选择routing，并且每次输出光绘文件之前，都要对pcb图使用pour manager的plane connect进行覆铜；如果设置为cam plane，则选择lane，在设置layer项的时候，要把layer25加上，在layer25层中选择pads和vias。 c. 设置每层的layer时，将board outline选上。 d. 设置丝印层的layer时，不要选择part type，选择顶层（底层）和丝印层的outline、text、line。 e. 设置阻焊层的layer时，选择过孔表示过孔上不加阻焊，不选过孔表示加阻焊，视具体情况确定。 f. 生成钻孔文件时，使用powerpcb的缺省设置，不要作任何改动。 3 硬件主要功能块实现3.1 总体结构通过arm 和 cdma 模块通讯，将数据用无线传输。armcdmaflashmemorypower图2 整体架构本设计中使用的 arm 是 s3c4510b芯片14本设计中使用的 memory是k4s643232芯片15本设计中使用的 flash 是 sst39vf1601 芯片11本设计中使用的 cdma 是 cd615m5 本设计中使用的 power 是 lm117系列中的3.3v3.2 arm 微处理器3.2.1 共同特点及分类采用risc 架构的arm 微处理器一般具有如下特点：1.体积小、低功耗、低成本、高性能；2.支持thumb（16 位）/arm（32 位）双指令集，能很好的兼容8 位/16 位器件；3.大量使用寄存器，指令执行速度更快；4.大多数数据操作都在寄存器中完成；5.寻址方式灵活简单，执行效率高；6.指令长度固定arm 微处理器目前包括下面几个系列，以及其它厂商基于arm 体系结构的处理器，除了具有arm 体系结构的共同特点以外，每一个系列的arm 微处理器都有各自的特点和应用领域。arm7 系列arm9 系列arm9e 系列arm10e 系列securcore 系列intel 的xscaleintel 的strongarm其中，arm7、arm9、arm9e 和arm10 为4 个通用处理器系列，每一个系列提供一套相对独特的性能来满足不同应用领域的需求。securcore 系列专门为安全要求较高的应用而设计。3.2.2 s3c4510b芯片在本设计中的s3c4510b8是采用的arm7系列的，其核是arm7tdmi。这种处理器没有mmu，为低功耗、高性能的16/32 核，最适合用于对价格及功耗敏感的应用场合。 s3c4510b结构框图如下图3 s3c4510b 结构框其体系结构：用于嵌入式以太网应用的集成系统全16/32 的risc 架构支持大、小端模式。内部架构为大端模式，外部存储器可为大、小端模式内含效率高、功能强的arm7tdmi 处理器核高性价比、基于jtag 接口的调试方案边界扫描接口其封装形式是qfp208,各引脚分布如下：图4 s3c4510b 封装s3c4510b 芯片引脚分析：s3c4510b 共有208 只引脚，采用qfp封装。首先，电源和接地引脚有近50 根，再除去地址总线、数据总线和通用i/o 口，以及其他的专用模块如hdlc、uart、iic、mac 等的接口，真正需要仔细研究的引脚数就不是很多了，但这些引脚主要是控制信号，需要认真对待，在此先进行简单的分析，在硬件系统的设计中，应当注意芯片引脚的类型，s3c4510b（也包括其他的微处理器）的引脚主要分为三类，即：输入（i）、输出（o）、输入/输出（i/o）。输出类型的引脚主要用于s3c4510b 对外设的控制或通信，由s3c4510b主动发出，这些引脚的连接不会对s3c4510b 自身的运行有太大的影响。输入/输出类型的引脚主要是s3c4510b 与外设的双向数据传输通道。而某些输入类型的引脚，其电平信号的设置是s3c4510b 本身正常工作的前提，在系统设计时必须小心处理。s3c4510b 的主要控制信号如下：little（pin49）：大、小端模式选择引脚。高电平 = 小端模式；低电平 = 大端模式；该引脚在片内下拉，系统默认为大端模式，但在实际系统中一般使用小端模式，更符合我们的使用习惯，因此该引脚可上拉或接电源。filter（pin55）：如果使用pll 倍频电路，应在该引脚和地之间接820pf 的陶瓷电容。在实际系统中，一般应使用pll 电路，因此，该电容应连接。tck、tms、tdi、tdo、ntrst（pin58pin62）：jtag 接口引脚。根据ieee标准，tck 应下拉，tms、tdi 和ntrst 应上拉。s3c4510b 已按此标准在片内连接，只需要与jtag 插座直接相连即可，但某些arm 芯片并未做相应的处理，在设计电路时应注意。tmode（pin63）：测试模式。高电平 = 芯片测试模式；低电平 = 正常工作模式；用户一般不作芯片测试，该引脚下拉或接地，使芯片处于正常工作模式。newait（pin71）：外部等待请求信号。该引脚应上拉。b0size1:0（pin74,pin73）：bank0 数据宽度选择。01 = 8 位；10 = 16 位；11= 32 位；00 = 系统保留。clkoen（pin76）：时钟输出允许/禁止。高电平 = 允许；低电平 = 禁止。一些外围器件（如sdram）需要cpu 的时钟输出作为自身的时钟源，该引脚一般接高电平，使时钟输出为允许状态。xclk（pin80）：系统时钟源。接有源晶振的输出。nreset（pin82）：系统复位引脚。低电平复位，当系统正常工作时，该引脚应处于高电平状态。clksel（pin83）：时钟选择。高电平 = xclk 直接作为系统的工作时钟；低电平 = xclk 经过pll 电路倍频后作为系统的工作时钟。extmreq（pin108）：外部主机总线请求信号。该引脚应下拉。s3c4510b 的其余引脚为电源线、接地线、数据总线、地址总线以及其他功能模块地输入/输出线，对cpu 自身地运行地影响相对较小，其连接方式也比较简单，在此不作详述。3.3 flashflash 存储器是一种可在系统（in-system）进行电擦写，掉电后信息不丢失的存储器。它具有低功耗、大容量、擦写速度快、可整片或分扇区在系统编程（烧写）、擦除等特点，并且可由内部嵌入的算法完成对芯片的操作，因而在各种嵌入式系统中得到了广泛的应用。作为一种非易失性存储器，flash 在系统中通常用于存放程序代码、常量表以及一些在系统掉电后需要保存的用户数据等。常用的flash 为8 位或16 位的数据宽度，编程电压为单3.3v。主要的生产厂商为atmel、amd、hyundai 等，他们生产的同型器件一般具有相同的电气特性和封装形式，可通用。在该设计中使用的flash 存储器sst39vf160系列的，简要描述一下flash 存储器的基本特性：sst39vf1601的单片存储容量为16m 位（2m 字节），工作电压为2.7v3.6v，采用48 脚tsop 封装或48 脚fbga 封装，16 位数据宽度，可以以8 位（字节模式）或16 位（字模式）数据宽度的方式工作。 sst39vf1601 仅 需单3v 电压即可完成在系统的编程与擦除操作，通过对其内部的命令寄存器写入标准的命令序列，可对flash 进行编程（烧写）、整片擦除、按扇区擦除以及其他操作。图5 flash特性图3.4 sdram与flash 存储器相比较，sdram 不具有掉电保持数据的特性，但其存取速度大大高于flash 存储器，且具有读/写的属性，因此，sdram 在系统中主要用作程序的运行空间，数据及堆栈区。当系统启动时，cpu 首先从复位地址0x0 处读取启动代码，在完成系统的初始化后，程序代码一般应调入sdram 中运行，以提高系统的运行速度，同时，系统及用户堆栈、运行数据也都放在sdram 中。sdram 具有单位空间存储容量大和价格便宜的优点，已广泛应用在各种嵌入式系统中。在本设计中使用的是k4s643232芯片，它的封装是tsop86,其封装图就不介绍了，这里主要讲一下其引脚描述：表1 k4s643232的引脚描述引脚名称描述clk系统时钟芯片时钟输入cke时钟使能片内时钟信号控制/cs片选禁止或使能除clk、cke 和dqm 外的所有输入信号a0 a10地址总线行地址：a10a0，列地址：a7a0，ba0,1组地址选择用于片内4 个组的选择/ras行地址锁存锁存续表1引脚名称描述/cas列地址锁存锁存/we写使能控制写dqm0 3数据i/o 屏蔽读 模式下控制输出缓冲；写 模式下屏蔽输入数据dq0 31数据总线数据输入输出引脚vdd/vss电源/地内部电路及输入缓冲电源/地vddq/vssq电源/地输出缓冲电源/地nc未连接未连接3.5 串行接口电路几乎所有的微控制器、pc 都提供串行接口，使用电子工业协会（eia）推荐的rs-232-c 标准，这是一种很常用的串行数据传输总线标准。rs-232-c 标准采用的接口是9 芯或25 芯的d 型插头。本设计是采用的是9芯的插头，依次是：dcd，数据载波检测；rxd 数据接收；txd 数据发送；dtr 数据终端准备好；gnd 地；dsr 数据设备准备好；rts 请求发送；cts 清除发送；ri 振铃指示。要完成最基本的串行通信功能，实际上只需要rxd、txd 和gnd 即可，但由于s-232-c 标准所定义的高、低电平信号与s3c4510b 系统的lvttl 电路所定义的高、低电平信号完全不同，lvttl 的标准逻辑“1”对应2v3.3v 电平，标准逻辑“0”对应0v0.4v 电平，而rs-232-c 标准采用负逻辑方式，标准逻辑“1”对应-5v-15v 电平，标准逻辑“0”对应+5v+15v 电平，显然，两者间要进行通信必须经过信号电平的转换，目前常使用的电平转换电路为max232，其引脚分布如下图：图6 max232引脚3.6 jtag 接口jtag(joint test action group，联合测试行动小组)是一种国际标准测试协议，主要用于芯片内部测试及对系统进行仿真、调试，jtag 技术是一种嵌入式调试技术，它在芯片内部封装了专门的测试电路tap（test access port，测试访问口），通过专用的jtag 测试工具对内部节点进行测试。目前大多数比较复杂的器件都支持jtag 协议，如arm、dsp、fpga 器件等。标准的jtag 接口是4 线：tms、tck、tdi、tdo，分别为测试模式选择、测试时钟、测试数据输入和测试数据输出。通过jtag 接口，可对芯片内部的所有部件进行访问，因而是开发调试嵌入式系统的一种简洁高效的手段。目前jtag 接口的连接有两种标准，即14 针接口和20 针接口。 在本设计中采用的是20针接口，如图：图7 jtag接口其接口定义为：表2 jtag接口定义 引脚名称描述1vtref目标板参考电压，接电源2vcc接电源3ntrst测试系统复位信号4、6、8、10、12、14、16、18、20gnd接地5tdi测试数据串行输入7tms测试模式选择9tck测试时钟11rtck测试时钟返回信号13tdo测试数据串行输出15nreset目标系统复位信号17、19nc未连接3.7 电源模块低电压输出调整器lm117系列，其输出主要有1.8v 2.5v 2.8v 3.3v 5v等。封装主要是sot-223 。lm117/lm317 是美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路。我国和世界各大集成电路生产商均有同类产品可供选用，是使用极为广泛的一类串连集成稳压器。 lm117/lm317 的输出电压范围是 1.2v 至 37v，负载电流最大为 1.5a。它的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好。lm117/lm317 内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。通常 lm117/lm317 不需要外接电容，除非输入滤波电容到 lm117/lm317 输入端的连线超过 6 英寸（约 15 厘米）。使用输出电容能改变瞬态响应。调整端使用滤波电容能得到比标准三端稳压器高的多的纹波抑制比。 lm117/lm317 能够有许多特殊的用法。比如把调整端悬浮到一个较高的电压上，可以用来调节高达数百伏的电压，只要输入输出压差不超过 lm117/lm317 的极限就行。当然还要避免输出端短路。还可以把调整端接到一个可编程电压上，实现可编程的电源输出。特性简介：可调整输出电压低到 1.2v。保证 1.5a 输出电流。典型线性调整率 0.01%。典型负载调整率 0.1%。 80db 纹波抑制比。输出短路保护。过流、过热保护。调整管安全工作区保护。标准三端晶体管封装。电压范围：lm117/lm317 1.25v 至 37v 连续可调。3.8 cd615m5cd615m5 cdma模块，是一款技术领先、性能卓越的cdma无线调制解调模块，在一个紧凑的单元里提供了完整的cdma语音和数据通信功能，足以实现优越的机器到机器(m2m)通信应用。同时，它的模块内嵌tcp/ip协议堆栈，能让用户方便有效地使用数据通信功能。cd615m5 cdma模块广泛适用于远程监控、信息采集；例如，分布式客户端控制管理、自动售货、安防、报警、监测、无线公话、cdma无线本地环路型电话（wll phone）、pcmcia型cdma上网卡、usb modem以及pos终端等，为这些应用提供数据通讯链路。该cdma模块运行频段为800mhz。使用cd615m5 cdma模块，用户的开发会变得流程化，产品开发时间缩短，方案总体成本得以降低。我们提供的cd615m5 cdma模块全系列开发资源：模块参考设计、技术文档、培训与技术服务。产品优势：完全符合is-95a/b与cdma2000 1x-rtt技术规范；模块接口便于集成、产品设计轻松、便捷；软、硬件接口全部开放，能让不同的客户满意；模块尺寸紧凑、便于集成到各式各样的微型终端产品中。产品特性：提供语音功能；实现基于cdma2000-1x的高速互联网访问；支持多种通讯协议（asynchronous，packet，pc fax，qnc）；提供短信功能（sms）；支持电话簿功能；r-uim功能支持；支持uart口at命令操作；应用场合：需要较小尺寸的cdma模块；通过良好的cdma技术设计扩展性，可以把模块便捷、定制性地嵌入到各种应用的场合；cdma无线本地环路型电话（wll phone）；基于cdma网络的工业远程系统检测与控制；无线pos终端；自动售卖、数据计量；安防、报警、检测；环境污染监测；cdma无线公话、cdma固定式无线电话；pcmcia型cdma无线上网卡；usb cdma无线modem； 表3 cd615m5 cdma产品参数符合标准cdma2000 1x rtt和反向兼容is-95a/bintegrated tcp/ip、qnc (quick net connect)fcc/sar和cdg1传输功率cdma class ii 200mw/23dbm语音编码13k qcelp(is-733), 8k evrc(is-127)数据服务分组数据传输、双向短信sms: is-637-ais-99, is-707, mdr, hspd使用频段tx：824 849mhzrx：869 894mhz信道带宽1.25 mhz灵敏度及动态范围 -104dbm/fer0.5 %数据传送速率上行：76.8kbps下行：153.6kbps运行温度存储温度-20 60摄氏度-30 70摄氏度空间尺寸重量安装51 x 30 x 5 (mm) 15g4 脚固定典型功耗休眠状态: 12ma待机状态：80 120ma峰值(通话状态)650ma运行电压范围dc 3.4 4.2 v表4 接口参数数据端口标准uart（rs-232接口）天线类型50欧姆，sma同轴联接器r-uim插槽3v uim卡槽主机接口连接器23针表5 传输功能功能列表* 双向短信收发* 呼叫转移/呼入等待* 呼入号码显示* 通讯记录* 标准at指令/及自定义at指令3.8.1 cdma无线模块接口使用说明无线模块采用cdma1x协议进行通讯，用户通过rs232接口对无线模块进行控制，实现各种基于cdma1x的语音和数据业务。引脚说明图8 无线模块引脚图（topview）esd说明所有引脚最大能承受的静电电压为1500v。封装说明图9 封装说明尺寸: 51 x 30 x 5（单位 mm，公差0.05mm）重量: 15g表6 无线模块引脚描述引脚号信号名说明2 3 4 5 6nc保留引脚，必须悬空9uim_iouim卡io信号10uim_rstuim卡复位信号8uim_clkuim卡时钟信号1、7gnd地15 16+5v+3.2-4.2v电源输入18+3v+3v电源输出，只限用于接口电路，不能用于其它用途13rxd模块串口接收端（3v接口）12txd模块串口发送端（3v接口）11cts模块串口清除发送流控14rfr模块串口准备接收流控21ear_n扬声器输出负端22ear _p扬声器输出正端20mic_n麦克输入负端19mic_p麦克输入正端17rst_in外部复位输入3.8.2 主要功能说明uim接口uim接口信号均为3v接口信号。其典型应用电路如图所示。如果uim卡能够被人接触到，应该考虑在接口信号上加esd保护电路。 uim卡接口电路见附图。串行通讯口串口信号modem_rx、modem_tx均为3v信号。与计算机的串行口相连时必须要加接口电路。典型应用见附图。 麦克和扬声器接口扬声器的最大驱动功率为35mw，麦克的放大增益为16db。典型接口电路见附图。如果音量不够，或者希望使用大功率的扬声器，则必须增加放大电路。复位电路rst_in为施密特触发器输入，3v信号，低有效。 4 原理图与印制板图的实现4.1 原理图的实现4.1.1 创建一个新的设计数据库在windows xp界面下双击protel 99se 图标，点击file(文件)中new项，新建设计数据库。新建设计文件以ms access database方式，全部文件存储在单一的数据库中，全部文件