基于linux平台的嵌入式开发每日一练(二)

第二天.开发平台I.MX6U-ALPHA介绍

今天是2020.07.31 星期五阴天。
1、I.MX6U-ALPHA 开发板的组成及板载资源
I.MX6U-ALPHA 开发板由底板和核心板两部分组成。其他板载资源有：
◆ 1 个核心板接口，支持 I.MX6UL/6ULL 等核心板
◆ 1 个电源指示灯（蓝色）
◆ 1 个状态指示灯（红色）
◆ 1 个六轴（陀螺仪+加速度）传感器芯片， ICM20608
◆ 1 个高性能音频编解码芯片， WM8960
◆ 1 路 CAN 接口，采用 TJA1050 芯片
◆ 1 路 485 接口，采用 SP3485 芯片
◆ 1 路 RS232 串口（母）接口，采用 SP3232 芯片
◆ 1 个 ATK 模块接口，支持正点原子蓝牙/GPS/MPU6050/手势识别等模块
◆ 1 个光环境传感器（光照、距离、红外三合一）
◆ 1 个摄像头模块接口
◆ 1 个 OLED 模块接口
◆ 1 个 USB 串口，可用于代码调试
◆ 1 个 USB SLAVE(OTG)接口，用于 USB 从机通信
◆ 1 个 USB HOST(OTG)接口，用于 USB 主机通信
◆ 1 个有源蜂鸣器
◆ 1 个 RS232/RS485 选择接口
◆ 1 个串口选择接口
◆ 1 个 TF 卡接口（在板子背面）
◆ 2 个 10M/100M 以太网接口（RJ45）
◆ 1 个录音头（MIC/咪头）
◆ 1 路立体声音频输出接口
◆ 1 路立体声录音输入接口
◆ 1 个小扬声器（在板子背面）
◆ 2 个扬声器外接接口，左右声道。
◆ 1 组 5V 电源供应/接入口
◆ 1 组 3.3V 电源供应/接入口
◆ 1 个直流电源输入接口（输入电压范围： DC6~24V）
◆ 1 个启动模式选择配置接口
◆ 1 个 RTC 后备电池座，并带电池
◆ 1 个复位按钮，可用于复位 MPU 和 LCD
◆ 1 个功能按钮
◆ 1 个电源开关，控制整个板的电源
◆ 1 个 Mini PCIE 4G 模块接口
◆ 1 个 Nano SIM 卡接口
◆ 1 个 SDIO WIFI 接口

2.开发板底板原理图详解
这里只介绍部分常用电路。
2.1 核心板接口

2.2.USB 串口/串口 1 选择接口
I.MX6U-ALPHA 开发板板载的 USB 串口和 I.MX6U 的串口是通过 JP5 连接起来的，如图所示：

图中 TXD/RXD 是相对 CH340C 来说的，也就是 USB 串口的发送和接收脚。而 UART1_RXD和 UART1_TXD 则是相对于 I.MX6U 来说的。这样，通过对接，就可以实现 USB 串口和 I.MX6U的串口通信了。图中的 U20 和 U21 是 SGM3157 是模拟开关，在底板掉电以后将 I.MX6U的 UART1_TXD 和UART1_RXD 这两个 IO 与 CH340C 的 TXD 和 RXD 断开，因为 CH340C 的TXD 和 RXD 这两个 IO 带有微弱的 3.3V 电压，如果不断开的话会将这微弱的 3.3V 电压引入到核心板上，可能会影响到启动。

2.3.复位电路
I.MX6U 开发板的复位电路如图所示：

因为 I.MX6U 是低电平复位的，所以我们设计的电路也是低电平复位的。

2.4、启动模式设置接口
I.MX6U 开发板的启动模式设置端口电路如图所示：

I.MX6U 支持从多种不同的设备启动，关于 I.MX6U 的详细启动方式后面章节会有特别说明。

2.5、VBAT 供电接口(电池供电接口)
I.MX6U-ALPHA 开发板的 VBAT 供电电路如图所示：

上图的 VDD_COIN_3V 通过核心板上的 BAT54C，接 VDD_SNVS_IN 脚，从而给核心板的 SNVS 区域供电。这部分原理图在核心板上，如图所示：

VDD_SNVS_IN 使用 VDD_COIN_3V （接 CR1220 电池）和
VDD_SNVS_3V3 混合供电的方式，在有外部电源（VDD_SNVS_3V3）的时候， CR1220 不给VDD_SNVS_IN 供电，而在外部电源断开的时候，则由 CR1220 给其供电。这样， VDD_SNVS_IN总是有电的，以保证 RTC 的走时。

注1：与电池并联的电容对电池起一个保护作用，防止板子上的负载启动瞬间需要更大的电流，这时候并联的电容就可以和电池一起提供这个大的电流。
注2：电源线与地线之间串联电容目的是使电源线和地线之间为低阻抗，电源接近理想电压源。说是滤波作用也可以，但需要弄清楚是滤什么波。不是滤电源自身的纹波，而是某芯片电流发生变化在电源线上造成的纹波，使其不影响其它芯片。而在一般的常见电路中经常看到使用0.1uF无极性电容和10uF电解电容并联，是因为电解电容的寄生电感比较大，消除高频纹波能力较差。而无极性电容寄生电感小，滤除高频纹波能力较好。但若根据低频的要求选择容量，则无极性电容体积太大，成本也高，电解电容体积小，同样容量价格较便宜。故采用两种电容并联。

2.6、RS232串口/RS485接口
I.MX6U-ALPAH 开发板板载了一个母头的 RS232 接口，电路原理图如图所示：

RS232 电平不能直接连接到 I.MX6U，所以需要一个电平转换芯片。这里我们选择的是 SP3232 （也可以用 MAX3232）来做电平转接，同时图中的 JP1 用来实现 RS232(UART3)/RS485的选择。所以这里的 RS232/RS485 都是通过串口 3 来实现的。图中 RS485_TX 和 RS485_RX 信号接在 SP3485 的 DI 和 RO 信号上。RS485接口电路如下：

RS485 电平也不能直接连接到 I.MX6U，同样需要电平转换芯片。这里我们使用 SP3485 来做 485 电平转换，其中 R21 为终端匹配电阻，而 R19 和 R20，则是两个偏置电阻，以保证静默状态时 485 总线维持逻辑 1。RS485_RX/RS485_TX 连接在 JP1 上面，通过 JP1 跳线来选择是否连接在 I.MX6U 上面，SP3485 的 RE 引脚连接通过一系列的电路连接到RS485_RX 引脚上，这样就可以通过RS485_RX 引脚来控制 RS485 的接收和发送状态，完全将 RS485 当做一个串口来使用。

2.7、 LED
I.MX6U-ALPHA 开发板板载总共有 2 个 LED，其原理图如下：

其中右侧的 PWR BLUE 是系统电源指示灯，为蓝色。 DS0 为用户 LED 灯，连接在 I.MX6U的 GPIO1_IO03 上，此灯为红色。

2.8、按键
I.MX6U-ALPHA 开发板板载 1 个输入按键，其原理图如图所示：

2.9、蜂鸣器
I.MX6U-ALPHA 开发板板载了一个有源蜂鸣器，其原理图如图所示：

有源蜂鸣器是指自带了震荡电路的蜂鸣器，这种蜂鸣器一接上电就会自己震荡发声。而如果是无源蜂鸣器，则需要外加一定频率（2~5Khz）的驱动信号，才会发声。这里我们选择使用有源蜂鸣器，方便大家使用。BEEP 信号直接连接在 I.MX6U 的 SNVS_TAMPER1 引脚上，可以通过控制此引脚来控制蜂鸣器开关。

注：NPN型三极管导通条件Uc>Ub>Ue,PNP型三极管导通条件Ue>Ub>Uc。上图中就是PNP型三极管，当SNVS_TAMPER1为低电平时，三极管导通，蜂鸣器响。

2.10、电源
I.MX6U-ALPHA 开发板板载的电源供电部分，其原理图如图所示：

图中，总共有 2 个稳压芯片： U16/U17， DC_IN 用于外部直流电源输入，经过 U16 DC-DC
芯片转换为 5V 电源输出，其中 VD1 是防反接二极管，避免外部直流电源极性搞错的时候，烧
坏开发板。 K1 为开发板的总电源开关， F1 为 2A 自恢复保险丝，用于保护 USB。 U17 为3.3V稳压芯片，给开发板提供 3.3V 电源。
I.MX6U-ALPHA 开发板板载了两组简单电源输入输出接口，原理图如下所示：

图中， VOUT1 和 VOUT2 分别是 3.3V 和 5V 的电源输入输出接口，有了这 2 组接口，我们可以通过开发板给外部提供 3.3V 和 5V 电源了，虽然功率不大（最大 1000mA），但是一般情况都够用了，大家在调试自己的小电路板的时候，有这两组电源还是比较方便的。同时这两组端口，也可以用来由外部给开发板供电。
图中 D1 和 D2 为 TVS 管，可以有效避免 VOUT 外接电源/负载不稳的时候（尤其是开发板外接电机/继电器/电磁阀等感性负载的时候），对开发板造成的损坏。同时还能一定程度防止外接电源接反，对开发板造成的损坏。

注1：TVS叫做瞬态电压抑制器，是一种二极管形式的高效能保护器件，具有极快的响应时间和相当高的浪涌吸收能力。当TVS两端受到反向瞬态过呀脉冲时，能以极高的速度把两端的高阻抗变为低阻抗，以吸收瞬间大电流，并将电压钳制在预定数值，从而保护电路中的元器件不受损坏，其原理类似于稳压器。
注2：TVS二极管的正极不有定要接电路中的负极，要看瞬态抑制二极管TVS的型号。如果是bai单相瞬态抑du制二极zhi管TVS，那它必须是二极管的正极接电源中的负极(GND)；如果是双向瞬态抑制二极管TVS，它就不分正极和负极了。

开发板上相关资源的原理图此处只简单的列举了10个原理图，还有很多常用的复杂的外设原理图在此处就不做介绍了，后期学习具体外设资源时再做具体研究。

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