设计嵌入式系统硬件电路时需要考虑哪些问题
设计以mcu为核心的嵌入式系统硬件电路需要根据需求分析进行综合考虑，需要考虑的问题较多，这里给出几个特别要注意的问题。
1、mcu的选择
选择 mcu 时要考虑 mcu 所能够完成的功能、mcu 的价格、功耗、供电电压、i/o 口电平、管脚数目以及 mcu 的封装等因素。mcu 的功耗可以从其电气性能参数中查到。供电电压有 5v、3.3v 以及 1.8v 超低电压供电模式。为了能合理分配 mcu 的i/o资源，在 mcu 选型时可绘制一张引脚分配表，供以后的设计使用。
2、电源
（1）考虑系统对电源的需求，例如系统需要几种电源，如24v、12v、5v或者3.3v等，估计各需要多少功率或最大电流（ma）。在计算电源总功率时要考虑一定的余量，可按公式“电源总功率=2×器件总功率”来计算。
（2）考虑芯片与器件对电源波动性的需求。一般允许电源波动幅度在 ±5% 以内。对于a/d转换芯片的参考电压一般要求 ±1% 以内。
（3）考虑工作电源是使用电源模块还是使用外接电源。
3、普通i/o口
（1）上拉、下拉电阻：考虑用内部或者外部上/下拉电阻，内部上/下拉阻值一般在 700ω 左右，低功耗模式不宜使用。外部上/下拉电阻根据需要可选 10kω～1mω 之间。
（2）开关量输入：一定要保证高低电压分明。理想情况下高电平就是电源电压，低电平就是地的电平。如果外部电路无法正确区分高低电平，但高低仍有较大压差，可考虑用 a/d 采集的方式设计处理。对分压方式中的采样点，要考虑分压电阻的选择，使该点通过采样端口的电流不小于采样最小输入电流，否则无法进行采样。
（3）开关量输出：基本原则是保证输出高电平接近电源电压，低电平接近地电平。i/o 口的吸纳电流一般大于放出电流。对小功率元器件控制最好是采用低电平控制的方式。一般情况下，若负载要求小于10ma，则可用芯片引脚直接控制；电流在 10~100ma 时可用三极管控制，在 100ma～1a 时用 ic 控制；更大的电流则适合用继电器控制，同时建议使用光电隔离芯片。
4、a/d电路与d/a电路
（1）a/d电路：要清楚前端采样基本原理，对电阻型、电流型和电压型传感器采用不同的采集电路。如果采集的信号微弱，还要考虑如何进行信号放大。
（2）d/a电路：考虑 mcu 的引脚通过何种输出电路控制实际对象。
5、控制电路
对外控制电路要注意设计的冗余与反测，要有合适的信号隔离措施等。在评估设计的布板时，一定要在构件的输入输出端引出检测孔，以方便排查错误时测量。
6、考虑低功耗
低功耗设计并不仅仅是为了省电，更多的好处在于降低了电源模块及散热系统的成本。由于电流的减小也减少了电磁辐射和热噪声的干扰。随着设备温度的降低，器件寿命则相应延长，要做到低功耗一般需要注意以下几点：
（1）并不是所有的总线信号都要上拉。上下拉电阻也有功耗问题需要考虑。上下拉电阻拉一个单纯的输入信号，电流也就几十微安以下。但拉一个被驱动了的信号，其电流将达毫安级。所以需要考虑上下拉电阻对系统总功耗的影响。
（2）不用的i/o口不要悬空，如果悬空的话，受外界的一点点干扰就可能成为反复振荡的输入信号，而mos器件的功耗基本取决于门电路的翻转次数。
（3）对一些外围小芯片的功耗也需要考虑。对于内部不太复杂的芯片功耗是很难确定的，它主要由引脚上的电流确定。例如有的芯片引脚在没有负载时，耗电大概不到1毫安，但负载增大以后，可能功耗很大。
7、考虑低成本
（1）正确选择电阻值与电容值。比如一个上拉电阻，可以使用4.5k-5.3k的电阻，你觉得就选个整数5k，事实上市场上不存在5k的阻值，最接近的是4.99k（精度1%），其次是5.1k（精度5%），其成本分别比精度为20%的4.7k高4倍和2倍。20%精度的电阻阻值只有1、1.5、2.2、3.3、4.7、6.8几个类别（含10的整数倍）；类似地，20%精度的电容也只有以上几种值，如果选了其它的值就必须使用更高的精度，成本就翻了几倍，却不能带来任何好处。
（2）指示灯的选择。面板上的指示灯选什么颜色呢？有些人按颜色选，比如自己喜欢蓝色就选蓝色。但是其它红绿黄橙等颜色的不管大小（5mm以下）封装如何，都已成熟了几十年，价格一般都在5毛钱以下，而蓝色却是近三四年才发明的，技术成熟度和供货稳定度都较差，价格却要贵四五倍。 (注: 这一已经是几年前的看法了.)
（3）不要什么都选最好的。在一个高速系统中并不是每一部分都工作在高速状态，而器件速度每提高一个等级，价格差不多要翻倍，另外还给信号完整性问题带来极大的负面影响。
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1、mcu的选择
选择 mcu 时要考虑 mcu 所能够完成的功能、mcu 的价格、功耗、供电电压、i/o 口电平、管脚数目以及 mcu 的封装等因素。mcu 的功耗可以从其电气性能参数中查到。供电电压有 5v、3.3v 以及 1.8v 超低电压供电模式。为了能合理分配 mcu 的i/o资源，在 mcu 选型时可绘制一张引脚分配表，供以后的设计使用。
2、电源
（1）考虑系统对电源的需求，例如系统需要几种电源，如24v、12v、5v或者3.3v等，估计各需要多少功率或最大电流（ma）。在计算电源总功率时要考虑一定的余量，可按公式“电源总功率=2×器件总功率”来计算。
（2）考虑芯片与器件对电源波动性的需求。一般允许电源波动幅度在 ±5% 以内。对于a/d转换芯片的参考电压一般要求 ±1% 以内。
（3）考虑工作电源是使用电源模块还是使用外接电源。
3、普通i/o口
（1）上拉、下拉电阻：考虑用内部或者外部上/下拉电阻，内部上/下拉阻值一般在 700ω 左右，低功耗模式不宜使用。外部上/下拉电阻根据需要可选 10kω～1mω 之间。
（2）开关量输入：一定要保证高低电压分明。理想情况下高电平就是电源电压，低电平就是地的电平。如果外部电路无法正确区分高低电平，但高低仍有较大压差，可考虑用 a/d 采集的方式设计处理。对分压方式中的采样点，要考虑分压电阻的选择，使该点通过采样端口的电流不小于采样最小输入电流，否则无法进行采样。
（3）开关量输出：基本原则是保证输出高电平接近电源电压，低电平接近地电平。i/o 口的吸纳电流一般大于放出电流。对小功率元器件控制最好是采用低电平控制的方式。一般情况下，若负载要求小于10ma，则可用芯片引脚直接控制；电流在 10~100ma 时可用三极管控制，在 100ma～1a 时用 ic 控制；更大的电流则适合用继电器控制，同时建议使用光电隔离芯片。
4、a/d电路与d/a电路
（1）a/d电路：要清楚前端采样基本原理，对电阻型、电流型和电压型传感器采用不同的采集电路。如果采集的信号微弱，还要考虑如何进行信号放大。
（2）d/a电路：考虑 mcu 的引脚通过何种输出电路控制实际对象。
5、控制电路
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6、考虑低功耗
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