• 开发工具指开发系统软件的工具软件。如果有支持该微处理器的集成开 发环境，可以使得软件的详细设计、调试等工作难度降低。
• 开发工具的选择与系统最终使用的操作系统、应用软件等因素有关。
• 如果应用系统不移植操作系统，那么交叉开发环境既可采用基于Linux OS，也可基于Windows OS的，可使用如Keil μVersion、IAR Embedded Workbench for ARM、ARM Developer Suite（ADS）等集 成开发环境。
4.2.2 PCB图设计的基本规则
嵌入式控制系统原理及设计
1. PCB布局的基本规则
（7）发热元器件一般应均匀分布，以利于单板和整机散热；温度敏感器件应远离 发热量大的元器件。
（8）在放置元器件时，要考虑元器件的实际尺寸大小（所占面积和高度）、元器 件之间的相对位置，以保证电路板的电气性能和生产安装的可行性和便利性同时， 应该在保证上面原则能够体现的前提下，适当修改器件的摆放，使之整齐美观，如 同样的器件要摆放整齐、方向一致，不能摆得“错落有致”。
4.2.1 原理图设计的基本原则
嵌入式控制系统原理及设计
2.外围核心器件的选型原则 （2）高性价比原则 • 所谓高性价比原则指在功能、性能、使用率都相近的情况下，尽量选择
价格比较好的元器件，降低成本。 • 但必须提醒的是，高性价比并不意味着选用最便宜的元器件，而是在能
够满足系统对性能、可靠性等需求基础上，寻找价廉质优的元器件。
确定，不能盲目追求资源的利用率。
4.2.1 原理图设计的基本原则
嵌入式控制系统原理及设计
3.电路设计时遵循的基本原则 （1）数字电源和模拟电源分割，以防数字电源与模拟电源之间的串扰； （2）数字地和模拟地分割，单点接地，数字地可以直接接机壳地（大 地），机壳必须接大地； （3）各功能块布局要合理，原理图需布局均衡，这点有利于电路原理图 的阅读和审核，因而间接影响到电路设计的正确性和合理性；
拟信号与数字信号分开。
4.2.2 PCB图设计的基本规则
嵌入式控制系统原理及设计
1. PCB布局的基本规则 （2）布局应满足总的连线尽可能短，关键信号线最短。 • 缩短信号连线有助于提高信号传输速率、降低干扰、提高性能。为此，在
布局时除了尽量靠近放置元器件外，可以将完成同一功能的电路，应尽量 靠近放置，并调整各元器件以保证连线最为简洁； • 同时，调整各功能块间的相对位置使功能块间的连线最简洁。
缺陷或不可预料问题； • 二则可以消化库存，降低由库存/积压导致的成本提升。
4.2.1 原理图设计的基本原则
嵌入式控制系统原理及设计
2.外围核心器件的选型原则 （6）资源节约原则 • 1）对于某些集成了多个相同部件的元器件，数量应与需求相同； • 2）尽可能将集成芯片所有的管脚都使用，当然必须根据系统设计需求
4.2.1 原理图设计的基本原则
嵌入式控制系统原理及设计
3.电路设计时遵循的基本原则
（7）保证系统各模块资源不能冲突，例如：同一I2C总线上的设备地址不 能相同、各外设的地址编码不能出现重叠区域等；
（8）阅读系统中所有芯片的手册（一般是设计参考手册），看它们的未 用输入管脚是否需要做外部处理，如果需要一定要做相应处理，否则可能 引起芯片内部振荡，导致芯片不能正常工作；
4.2.1 原理图设计的基本原则
嵌入式控制系统原理及设计
3.电路设计时遵循的基本原则 （9）在不增加硬件设计难度的情况下尽量保证软件开发方便，或者以小 的硬件设计难度来换取更多方便、可靠、高效的软件设计，这点需要硬件 设计人员懂得底层软件开发调试，要求较高； （10）应考虑系统的使用环境及功耗问题。
针对所设计的产品慎重考虑。
• 同一类型架构、不同版本的内核架构性能也不同。 • 嵌入式控制系统中并不追求性能的极致，适用于系统需求的才是最合适的
选择。
4.2.1 原理图设计的基本原则
嵌入式控制系统原理及设计
（2）微处理器的架构及性能 • 即使内核架构相同的嵌入式微处理器，由于生产、制造厂商不同最终产品
4.2.2 PCB图设计的基本规则
嵌入式控制系统原理及设计
2. PCB布线的基本规则
（5）任何信号线都不要形成环路，如不可避免，环路应尽量小。 （6）信号线的过孔要尽量少，过孔尺寸一般采用1.27mm/0.7mm（50mil/28mil）； 当布线密度较高时，过孔尺寸可适当减小，但不宜过小，可考虑采用1.0mm/0.6mm （40mil/24mil）。 （7）同一网络的布线宽度应保持一致，关键的线尽量短而粗，并在两边加上保护 地。
4.2.2 PCB图设计的基本规则
嵌入式控制系统原理及设计
• PCB图设计的基本流程如图4.3所 示。
• PCB设计阶段最重要的工作是： （1）PCB布局； （2）PCB布线。
前期 准备
PCB结构 设计
PCB布局
布线 布线 优化和 丝
印 网络 和DRC检
查 制版
4.2.2 PCB图设计的基本规则
4.2.1 原理图设计的基本原则
嵌入式控制系统原理及设计
2.外围核心器件的选型原则
（1）普遍性原则 • 外围的元器件尽可能采用被广泛使用、验证过的成熟芯片，少使用冷门、
偏门的芯片。这样可以减少由于使用冷偏门芯片而导致的风险，这种风 险既存在于研发工程中，也存在于后续批量生产期间，或导致研发延期， 或生产供货的滞后。
（8）通过扁平电缆传送敏感信号和噪声场带信号时，要用“地线—信号—地线” 的方式引出。
4.2.2 PCB图设计的基本规则
嵌入式控制系统原理及设计
2. PCB布线的基本规则
（9）关键信号应预留测试点，以方便生产和维修检测用。 （10）经初步网络检查和动态规则检测（DRC）检查无误后，对未布线区域 进行地线填充，用大面积铜层作地线用，在印制板上把没被用上的地方都与 地相连接作为地线用。或是做成多层板，电源，地线各占用一层。
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2.外围核心器件的选型原则 （4）持续发展原则 • 持续发展原则指尽量选择在可预见的时间周期内，不会停产的元器件； • 或即使因不可预见原因，该元器件停止供货，也可找到相应的pin to pin
兼容的替代元器件。
4.2.1 原理图设计的基本原则
嵌入式控制系统原理及设计
2.外围核心器件的选型原则 （5）向上兼容原则 • 向上兼容原则指尽量选择以前老产品用过的元器件，原因在于： • 一则熟悉此器件的特性，可以避免由于采用不熟悉的元器件导致的设计
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第4章 嵌入式控制系统设计基础
4.2 嵌入式系统硬件设计
4.2.1 原理图设计的基本原则
嵌入式控制系统原理及设计
• 原理图设计是产品设计的理论基础，一份规范的原理图对PCB设计具有指 导性意义，是做好一款产品的基础。
• 原理图设计基本要求：规范、清晰、准确、易读。 • 原理图设计概要地包括器件选型、电路连线、电路检查等环节。
嵌入式控制系统原理及设计
4.2.2 PCB图设计的基本规则
嵌入式控制系统原理及设计
2. PCB布线的基本规则
（1）布线的优先次序：电源、模拟小信号、高速信号、时钟信号和同步信 号等关键信号优先不限。 （2）预先对要求比较严格的线（如高频线）进行布线，输入端与输出端的 边线应避免相邻平行，以免产生反射干扰。 （3）振荡器外壳接地，时钟线要尽量短，且不能引得到处都是。 （4）PCB设计中应避免产生锐角和直角，不可使用90º折线，一般使用 135°折线，要求高的线还要用双弧线，以减小高频信号的辐射。
4.2.2 PCB图设计的基本规则
嵌入式控制系统原理及设计
1. PCB布局的基本规则 （3）相同结构电路部分，如可能，可采用“对称式”标准布局。 （4）按照均匀分布、重心平衡、版面美观的标准优化布局。 （5）布局应参考硬件总体设计框图及原理图，可根据电路板信号的流向规 律安排主要元器件。 （6）同类型插装元器件在X或Y方向上应朝一个方向放置，同类型的有极性 分立元件（如电解电容、二极管等）应尽量在X或Y方向上保持一致。
型号的后缀字母来区分，当然不同的厂家后缀字母的含义也不一样。
4.2.1 原理图设计的基本原则
嵌入式控制系统原理及设计
（2）微处理器的架构及性能 • 微处理器架构主要指嵌入式微处理的内核架构，目前商用嵌入式微处理器
的内核架构有30多种，包括ARM、MIPS、PowerPC、x86和SH等。 • 不同架构的微处理器内核特性并不完全相同，在微处理器选型过程中需要
R AM
ROM
理器内部的片内功能外设（简称：片
内外设），如图4.2所示。
总
• 微处理器内部会集成一定数量的片内 处理器内核
线
外设，包括一定数量的RAM/ROM、
总线、串口、定时/计数器、A/D、
D/A及中断管理器等。
调试 接口 片内 外设1 片内 外设n
4.2.1 原理图设计的基本原则
嵌入式控制系统原理及设计
4.2.1 原理图设计的基本原则
嵌入式控制系统原理及设计
2.外围核心器件的选型原则 （3）采购方便原则 • 不同的元器件有不同的生产厂商和供货商家，因此造成同类型器件的供
货周期、服务、备货都不尽相同。 • 为保证研发/生产进度，在选择器件时，应尽量选择容易买到，供货周
期短的元器件。
4.2.1 原理图设计的基本原则
的性能表现也可能大相径庭。
• 微处理器的架构基本上决定了它的计算和处理能力，在选择时应满足应用 系统对微处理器的要求为前提。
• 为了判断微处理器内核及性能是否能够满足应用系统的要求，需要从处理 器内核及应用系统的需求两方面考虑。
4.2.统原理及设计
（2）微处理器的架构及性能 • 应用系统的需求取决于以下因素：
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