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Atmel XMEGA-A3BU硬件电路解读

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    [LV.6]常住居民II

    发表于 2013-11-11 09:44:09 | 显示全部楼层 |阅读模式
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    本帖最后由 tianshuihu 于 2013-11-11 10:38 编辑

    周末刚好有空就学习了一下Atmel XMEGA-A3BU,这里大言不惭的写了篇心得,见笑了


    网上关于Atmel XMEGA-A3BU的中文资料真的不多,有两篇评测文章对于初学者很适合看一下:这两篇评测前者侧重整体功能介绍,后者偏重软件
    Atmel XMEGA-A3BU Xplained评估板评测(一)
    AtmelXMEGA-A3BU Xplained评估板评测(二)
    https://www.cirmall.com/evaluation/xmega-a3bu-xplained-评测(二)/

    另外比较全面详细的就是官方的说明文档了,这个一定要下载看一下,如果你想对这块开发板有深入了解的话(嘿嘿,虽然题目是中文的,不过内容是全英文的)

    工具包 (2).jpg
    XMEGA-A3BU Xplained 工具包
    下面是官方的链接,上面的工具包几乎包含了关于XMEGA-A3BU Xplained的全部有用资料,不过如果有兴趣也可以去官网看一下
    http://www.atmel.com/zh/cn/tools/XMEGA-A3BUXPLAINED.aspx?tab=overview



    下面正式开始硬件电路解读,当然这里只是我的个人看法,如有谬误欢迎大家指证

    一.主要特征
    Atmel XMEGA-A3BU评估板是Atmel公司新推出的一款Xplained系列评估板,具有如下特征:
    采用 ATxmega256A3BU 作为核心控制器
    配备一块128x32分辨率的FSTN 液晶显示器
    只带一块备用电池
    模拟传感器:环境光传感器和温度传感器
    模拟滤波器:一阶RC低通滤波器
    数字IO3个机械按键输入,2个自定义LED1路电源指示LED1路状态指示LED4组扩展接口
    触摸按键:一路集成触摸按键
    扩展内存:串行数据存储器AT45DB642D,另外预留了一块外部存储器的封装引脚
    Atmel AVR AT25DF行业标准串行接口


    Overview.jpg


    二.原理图分析
    首先看一下原理图的整体框图吧

    原理图功能框图.jpg


    这个图挺清晰明了的初步把原理图分成5大块:MCU,传感器,存储器,显示器,IO

    2.1 电源管理


    power.jpg
    评估板采用USB电源供电,经LDO NCP1117LPST33T3G稳压到3.3V之后用作系统供电,这个芯片号称4.4-18V输入电压,最大可达1A的输出电流,在这里完全够用了

    CPU_Power.jpg 电源跳冒.jpg
    细心的你会发现Mini USB扣旁边有一个Header,这个Header可以通过跳冒将MCUVCC连接到了系统的VCC_P3V3上面,实际上MCU的供电是和其他外围设备分开的,所以允许你通过这个接口单独测量MCU的功耗。但是当你用Mini USB口供电的时候千万不要把这个跳冒取下来(IO口的灌电流有可能导致MCU的闩锁效应(latch-up),具体见‘doc8394.pdf‘(Hardware User Guide),你可以先把电流表串进去之后再连接USB电源从而测得通过MCU的电流

    2.2 MCU


    MCU.jpg

    这个图还是很大的,大家可以看一下原版的PDF(具体原理图XMEGA-A3BU_XPLAINED_Design_Documentation_rev2.pdf
    这个图中有几个地方需要注意
    a)      因为JTAG接口的TDO和PDI接口的DATA共用同一个引脚,有可能发生latch-up效应,所以如果需要的话可以在使用JTAG的时候选择断开TDO (Strap J203)


              JTAG.jpg

    b)      如果需要使用LCD所占用的端口USARTD0_SPI_SS可以把这个地方划断(Strap J204)


                display.jpg

         c)       从这里可以看出USB的两根数据线是直接连到MCU上的,也就是所这块ATXMEGA256A3BU芯片集成了一个全速USB控制器,不得不说这块芯片很强大!

              USB.jpg

    d)      你可以在这块加个电阻来测试晶振的特性,我觉得这个一般人用不到的


              osc.jpg

    e)      这个Header接口可以用来测量掉电模式下备用电池的功耗。不得再次感慨这个芯片太强大了,居然只带“实时时钟”功能,怪不得板子上提前焊好了一个手表晶振


           Battery.png

    2.3 IO

    LED and KEY.jpg
    这里可以说的不多,需要注意的是Status LED是低电平点亮,Power LED却是高低平点亮;三个机械按键常态是高电平,按下是低电平。


    USB_m.jpg

    从上图可以看出Mini USB的保护电路做的挺好的;另外外壳默认是不接地的,如果需要可以自己加一个电阻

    2.4 传感器
    无论是温度传感器,还是光强度传感器,或者截止频率约为159Hz的一阶低通RC滤波器都可以通过划断评估板背面相应的接口(Strap J400、J401 和 J402)断开与MCU的连接。对于这个滤波器你可能有点好奇是干嘛用的,我特意查看了一下,原来滤波器的输入与输出分别接到了MCUpin 46PWM输出)和pin 64ADC 输入),也就是说你可以自己产生一个PWM信号,然后AD采集一下,试一下这个简单的滤波器的效果


    NTC.jpg RC.jpg

    2.4 外部存储器
    板子上预留了一个外部存储器的接口如果需要可以自己再添加,这样板子的应用灵活性就挺高了


    memory.jpg


    2.5 LCD
    这是一块分辨率为128*32LCD,板子上使用的是串行模式,背光的话可以通过BACKLIGHT引脚单独控制

    lcd.jpg


    三.关于PCB
    这块板子的布局真的很不错,应用灵活性很高。
    最后再上一个3D效果图,挺很帅的

    PCB.jpg

    注:如果在原理图上你看到一个元件,但是在板子上可能不好找,可以在原理图文件"XMEGA-A3BU_XPLAINED_Design_Documentation_rev2.pdf" 中 Ctrl+F 一下,然后向下查找你就会发现惊喜了,不仅可以在布线图(Metal layer),3D 模型图,甚至在装配图(Assembly Drawings)等等都可以看到它

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     楼主| 发表于 2013-11-11 10:09:35 | 显示全部楼层
    本来昨天就写的差不多了,编辑又费了半天功夫,今天才“偷空”传上来
    大家凑合着看吧{:soso_e100:}
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    发表于 2013-11-11 11:03:19 | 显示全部楼层
    tianshuihu 发表于 2013-11-11 10:09
    本来昨天就写的差不多了,编辑又费了半天功夫,今天才“偷空”传上来
    大家凑合着看吧 ...

    辛苦了,写的很用心,很多知识方面的  对大家很有用的哟!谢谢楼主了!
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     楼主| 发表于 2013-11-11 15:59:18 | 显示全部楼层
    GY@艳 发表于 2013-11-11 11:03
    辛苦了,写的很用心,很多知识方面的  对大家很有用的哟!谢谢楼主了!

    能得到艳姐的表扬太荣幸了,这份努力总算没有白费
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    发表于 2013-11-11 16:10:15 | 显示全部楼层
    tianshuihu 发表于 2013-11-11 15:59
    能得到艳姐的表扬太荣幸了,这份努力总算没有白费

    谦虚哟~~~继续努力哟~~~Fighting!!!
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    发表于 2013-11-12 22:48:51 | 显示全部楼层
    听你这么一说这块板子更强大了,如果自己设计板子电路肯定想不到这么多,不过latch-up效应是什么??
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     楼主| 发表于 2013-11-13 00:11:28 | 显示全部楼层
    zz蓝sea 发表于 2013-11-12 22:48
    听你这么一说这块板子更强大了,如果自己设计板子电路肯定想不到这么多,不过latch-up效应是什么?? ...

    这个latch-up效应我还真不知道官方是怎么翻译的
    百度文库有段介绍
    Latch up即闩锁效应,又称自锁效应、闸流效应,它是由寄生晶体管引起的,属于CMOS电路的缺点。通常在电路设计和工艺制作中加以防止和限制。该效应会在低电压下导致大电流,这不仅能造成电路功能的混乱,而且还会使电源和地线间短路,引起芯片的永久性损坏。
    我觉得可以理解为在 一些特定情况(电磁干扰,静电等)导致发生于集成电路内部的局部低阻或短路,进而导致芯片电流过大温度升高等
    之前在用一块TI的电机驱动的时候就发生过这种现象,那块芯片需要3个级别的电压输入很容易出问题,有时候还没反应过来芯片突然就发高烧翘辫子了,后来在官网上申请芯片的时候居然提示不再生产直接推荐了另一款替代芯片,看来Ti也有不是很成熟的芯片啊
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     楼主| 发表于 2013-11-13 00:14:17 | 显示全部楼层
    对于这块板子,MCU是单独供电的,应注意避免IO口先于内核供电
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    擦汗
    2013-12-15 21:38
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    [LV.3]偶尔看看II

    发表于 2013-11-13 22:01:07 | 显示全部楼层
    谢谢楼主分享。

    我也得了一块板子,下个星期研究研究。
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    发表于 2013-11-13 22:36:46 | 显示全部楼层
    tianshuihu 发表于 2013-11-13 00:11
    这个latch-up效应我还真不知道官方是怎么翻译的
    百度文库有段介绍
    Latch up即闩锁效应,又称自锁效应、 ...

    恩恩 虽然不是太清楚 但好像有点明白了 谢谢
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