第二章Cadence的原理图设计(7)

2019-08-30 21:09

4. NAND FLASH芯片

NAND FLASH芯片K9F2808U0C内部有16M字节,共有16M个单元,每个单元8位。它的数据线要连接到ARM-7芯片的D0~D7上,而此时数据线上不仅要传送数据,还要传送地址和命令。由于这类芯片时序的特殊性,不仅它的片选信号是接到PLD芯片(ATF16LV8C)上的,其读、写控制信号也由PLD芯片产生;K9F2808U0C芯片的CLE(命令锁存允许)和ALE(地址锁存允许)分别连到ARM-7芯片的A20、A19上,从而可以利用地址区分对K9F2808U0C芯片的命令、地址、数据操作。由于我们不使用写保护信号,所以把K9F2808U0C的WP引脚(低电平有效)通过一个电阻接电源;它的R/B引脚表明芯片的状态(低电平表示未完成操作),要把该引脚接PLD芯片的输入端,从而产生相应的读、写控制信号。 5. 总线驱动电路

由于ARM-7芯片的驱动能力有限,所以它发出的地址信号、数据信号和控制信号必须经过74LV245芯片扩展其驱动能力,才能送往用户板。

74LV245芯片是一个8位双向驱动器,由该芯片的DIR引脚控制数据传输方向,OE(低电平有效)引脚控制是否允许数据传递。对于地址信号线而言,由于它总是由ARM-7芯片发出的,所以应该把连接这些地址线的74LV245芯片上的OE(低电平有效)接地、DIR引脚控制为信号由ARM-7芯片向用户板传送。

对于数据信号而言,当进行读操作时,信号传输的方向是由用户板向ARM-7芯片传输,其它时候数据的方向相反,所以就可以把连接数据线的74LV245芯片DIR引脚接在ARM-7芯片的OE(P1.1)引脚上。我们约定在用户板上各种电路资源对应的ARM存储器空间都在Bank2、Bank3地址块内,所以把连接数据线的74LV245芯片的OE引脚接74LV08芯片(4个两输入或门)的一个输出端,而这个或门的两个输入端分别接ARM-7芯片的CS2(低电平有效)、CS3(低电平有效)引脚。

需要通过74LV245芯片增强驱动能力的控制信号包括:读控制信号、写控制信号、D0~D7有效信号(BLS0)、D8~D15有效信号(BLS1)。 6. 辅助电路

向ARM-7芯片提供复位信号的是由电源监控芯片CAT1025完成的,当把它的MR(低电平有效)引脚连接到一个按键(这个按键在实验箱的用户板)上,则按下按键后,它的RESET引脚上就会输出复位信号。该信号再经过74LV08增加驱动能力输出后,接到LPC2200FET144芯片的RESET引脚上。

ATF16LV8C芯片负责译码作业,输出的信号有F_nCS0、IO_nCS1、IO_nCS2、IO_nCS3、IO_nCS4、F_nWE、F_nOE、F_nCE。其中F_nCE是K9F2808U0C芯片的片选信号,F_nOE、F_nWE分别是K9F2808U0C的读、写控制信号。F_nCS0是SST39VF160芯片的片选信号。IO_nCS1~ IO_nCS4是用户板上IO端口的片选信号,它由由ARM-7芯片的CS3信号和A23、A22信号译码产生。ATF16LV8C芯片的输入信号几乎都来自ARM-7芯片,有:A22、A23、CS0、OE、WE、CS3,只有一个输入信号来自K9F2808U0C芯片的R/B。

实验箱的用户板向核心板提供3.3V的数字电源和模拟电源两路电源信号,而LPC2200FET144芯片的电源引脚包括3.3V的数字电源引脚、3.3V的模拟电源引脚、1.8V的数字电源引脚、1.8V的模拟电源引脚、数字地引脚、模拟地引脚。所以还需要两个稳压集成块,它们分别把3.3V的数字电源和模拟电源转换成1.8V的数字电源和模拟电源。

ARM-7芯片所需要的时钟信号是一个简单的晶振电路提供的,它与单片机所接的电路类似,在此就不多说了。 7. 总线接口

ARM-7核心板依靠总线接口与用户板相连,在总线接口上传送P0口信号、P1口的若干位(P1.16~P1.25)、P2口的若干位(P2.16~P2.31)、24位地址信号(E_A0~ E_A23)、16位数据信号(E_D0~E_D15)、各个控制信号、JATG接口的各个信号、电源线、地线、复位信号等。下表是总线接口的引脚功能的说明: 引脚 标号 功能 说明 1 nRST_IN 复位信号输入 通过按键接地 3 nRST_OUT 复位信号输出 低电平有效 7、9、11、13、TMS、TCK、TDI、TDO、JTAG仿真调试接RTCK需要接一个15、17 RTCK、nTRST 口信号 4.7k的下拉电阻 19、21 P3_28、P3_29 P3口信号 P3.28、P3.29 27、29??43、P1_16~P1_25 P1口信号 P1.16~P1.25 45 47、49??75、P2_16~P2_31 P2口信号 P2.16~P2.31 77 83、85??111、E_D0~E_D15 数据总线信号 113 115 E_nRD 总线读控制信号 117 E_nWR 总线写控制信号 16位总线 (经过驱动) 字节选择信号低8119 E_nBLS0 位 字节选择信号高8121 E_nBLS1 位 125 IO_nCS1 外设片选信号1 由ARM-7芯片的127 IO_nCS2 外设片选信号2 CS3信号和A23、129 IO_nCS3 外设片选信号3 A22信号译码产生 131 IO_nCS4 外设片选信号4 18、20??66、P0_0~P0_25 P0口信号 P0.0~P0.25 68 70 TD1 CAN1发送器输出 保留 72、74、76、78 P0_27~P0_30 P0口信号 P0.27~P0.30 84、86??128、24位总线 E_A0~E_A23 地址总线信号 130 (经过驱动) 132 nCS2 CS2信号 2、4、6、135、137 5、8、10、12、14、16、23、25、79、80、81、82、123、133、134、136、138、139、140 141、143 142、144 VDD3.3 数字电源 GND 数字地 AVDD3.3 模拟电源 AGND 模拟地 表2-2 ARM-7核心板总线接口 二. 复合元器件的制作

像LPC2200FET144这样的元件,由于其管脚非常多,如果把这些管脚放在一起制作原理图元件,这显然有比较大的难度;另外,如果这样的元件放入图纸后,也不便于绘图、分析、查找等操作。所以对于这种元件,我们最好把它分割成几个小块,在每个小块上放置若干个引脚,这样就能较好地解决前述问题。在原理图上,我们甚至可以把一个芯片的不同部分分放在不同的图纸上。下面我们将通过制作LPC2200FET144芯片的原理图元件,来学习复杂元器件的制作。

由于LPC2200FET144芯片有4个端口(P0口~P3口),所以4个端口可以作为4个小块,其余的引脚可以作为第5个小块。

我们按照第5节所讲授的方法,打开创建原理图元件的对话框,

图2-49 创建复杂元件

图2-49所示的是创建原理图元件对话框,该对话框我们并不陌生。在“Parts per Pkg”文本框中,默认为1,我们这次要在此栏中填入5,表示我们把要创建的元件分割成5个小块。

在“Pack Type”选项栏中,有两个选项:“Homogeneous”表示每一个小块的样子都完全相同,只是管脚编号有所区别;“Heterogeneous”表示每个小块的样子不尽相同。对于74LS00(4个两输入的与非门)一类芯片,由于每个组成部分的逻辑功能完全相同,所以应该选择“Homogeneous”一项;而在我们的元件中,各个组成部分的逻辑功能并不相同,所以我们应该选择“Heterogeneous”一项。

在“Part Numbering”选项栏中,有两个选项:“Alphabetic”表示按字母顺序进行每个小块的编号;“Numeric” 表示按数字顺序进行每个小块的编号。

通常我们选择“Alphabetic”,这样在图纸上每个小块的编号就显示为“U?A”、“U?B”等。

点击“OK”按钮后,就可以开始编辑复合元器件了,首先编辑的是“U?A”,所采用的方法与以前编辑原理图元件的方法完全相同。完成“U?A”的编辑工作后,按下“ctrl-N”键,就可以转入到下一个“U?B”元件小块进行编辑,以此类推,就可以完成所有元件组成部分的编辑。(在此过程中,如果需要编辑或浏览上一个元件小块,应按下“ctrl-B”键。)

下图是LPC2200FET144芯片其中一个小块的原理图元件。该芯片的引脚分布,请查阅LPC2200FET144的技术文档,本讲义就不介绍了。

图2-50 LPC2200FET144芯片的P0口

三. 平坦式电路原理图设计

所谓平坦式电路原理图,就相当于把一张大的原理图切割成若干份,而每张图纸就是切割后的小图,同时各个图纸之间是通过“页面连接器”相互连接的。

放置页面连接器时,首先点击

图标后会弹出如下的对话框:

图2-50 页面连接器对话框

比如在A图纸的电路与B图纸的电路之间,有两条连线进行连接,则需要在

A图纸和B图纸上分别放置两个“页面连接器”,而且两个图纸上的页面连接器的名称应该完全一致,这样才能表示它们之间的连接关系,下图就是页面连接器的例子:

图2-51 页面连接器

下面是采用平坦式电路设计的方式,将ARM-7核心板电路分成3张图纸,所形成的电路图,请读者参考。(希望读者能够先按照自己思路进行设计,然后再参考下图,进行验证)

图2-52 ARM-7核心板的总线接口和GPIO端口


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