嵌入式产品实例分析

2022-05-05 17:05:24 浏览数 (1)

实例一：智能台灯

该台灯首发价格为399元，月销上万，可以说是一款月流水千万级的产品。相较于传统台灯，主要增加了亮度、色温调节和手机控制，身价也涨了几倍，该智能台灯如图 2.1.1 所示，功能如下：

  1. 可以根据外部光照情况，自动调整台灯亮度、色温；
  2. 可以手动调节台灯亮度、色温；
  3. 一键切换到读写场景模式和阅屏场景模式；
  4. 支持番茄时钟，每隔25分钟，灯光提醒用户休息；
  5. 支持手机连接，通过手机或手机语音控制；

该智能台灯的底座为控制面板，拆解该底座即可看到内部电路结构，如图 2.1.2 所示。可以看到里面主要有两个芯片，根据芯片上面的丝印标识可知，一个是RTL8710B，一个是SN8F5828FC。

从互联网搜索“RTL8710B”可知，该模块是一个高集成度低功耗Wi-Fi连接解决方案，里面是一颗瑞昱(Realtek)生产的ARM-Cortex M3架构的32位MCU——RTL8710B。该模块封装好了Wi-Fi协议，用户只需要通过SPI/SDI、I2C或UART与模块连接，即可控制Wi-Fi收发数据。

从互联网搜索“SN8F5828”可知，该芯片是松翰(Sonix)生产的一款8051架构的8位MCU，通过下载该MCU的芯片手册可知，该MCU有多达14个PWM通道，可用于控制LED灯的亮度，另外还有UART和I2C，可用于与其它模块通信。

根据以上分析，大致猜测该智能台灯的整体设计框图如图 2.1.3 所示。

光照传感器会随着外界光照情况变化自身阻值，主控MCU通过ADC获取电压变化，即可得知外部光照变化，控制PWM输出修改占空比，调整亮度和色温；触摸按键按下后，会让主控MCU的GPIO引脚电平产生变化，MCU程序读取GPIO电平获知按键操作，进而控制PWM输出修改占空比，调整亮度和色温；主控MCU先控制Wi-Fi模块连接到互联网，与云端连接，手机APP的按键操作或语音输入转换成对应控制指令发送给云端，云端将指令发送给Wi-Fi模块，再通过UART接口发送给主控MCU，主控MCU解析指令后，控制PWM输出修改占空比，调整亮度和色温；用户通过按键设置为番茄时钟模式，主控MCU则利用自身定时器计算时间，当为25分钟时，控制PWM输出修改占空比，调整亮度和色温。

实例二：智能手环

该手环首发价格为299元，作为近几年的热门智能产品，销量可观。如今智能手环主打健康检测，功能全面，因此需要的传感器也越来越多。加上功耗和尺寸的限制，手环的主板集成度越来越高，足以媲美手机内部。该智能手环和内部结构如图 2.1.4 所示，主要功能如下：

  1. 彩色IPS触摸屏，显示时间、健康信息、设置闹钟；
  2. 闹钟、消息震动提醒；
  3. 记录跑步数据；
  4. 测量当前心率；
  5. NFC刷公交、地铁；
  6. 蓝牙连接手机，进行系统升级或接收手机消息；

可以看到该智能手环内部芯片非常多，根据上面的丝印可知芯片型号，再搜索对应型号可知每个芯片的 作用，这里整理如下。

  • STM32L496VG：STMicroelectronics公司产品，ARM Cortex-M4架构的32位MCU，主频可达80 MHz，这里作为整个系统的主控；
  • PN80T：NXP和Garmin联合出品，一款面向可穿戴设备的安全便捷的NFC移动支付芯片，接口为SPI或I2C；
  • DA14580：Dialog公司产品，一款ARM Cortex-M0架构的32位低功耗的蓝牙芯片，接口为UART、 SPI或I2C；
  • MAX14745K：Maxim公司产品，一款面向低功耗的可穿戴设备的电池充电管理解决方案芯片，接口为I2C；
  • AFE4410：TI公司产品，一款用于心率检测的芯片，接口为SPI或I2C；
  • IQS620：Azoteq公司产品，一款用于接近感应芯片，可检测手环是否佩戴上，接口为I2C；
  • LIS3DH：STMicroelectronics公司产品，一款超低功耗的高性能三轴线性加速度计，可检测当前手 环的运动状态，接口为SPI或I2C；
  • GD25LQ64CWIG：GigaDevice司产品，一款64M的SPI接口Flash，可用于存储手环的主题数据包、 图片数据等；

根据以上分析，大致猜测该智能手环的整体设计框图如图 2.1.5 所示。

前面智能台灯，整体框架比较简单，一般MCU运行裸机即可完成任务。智能手环整体框架就比较复杂了，一般都运行有操作系统RTOS。主控STM32L496VG接收来自蓝牙、NFC、三轴加速度计、接近感应传感器、心率传感器和屏幕触摸的数据，通过特地算法整合后，在OLED图形化的展示给用户，与用户之间进行交互。

实例三：电视盒子

如今家庭电视也朝智能发展，传统电视加上电视盒子，摇身一变为智能电视。目前市面上的电视盒子种 类繁多，但其基本功能还是一致的，基本功能如下：

  1. 高性能的处理器、大存储空间，安装应用程序，播放高清视频；
  2. 支持有线或无线连接网络，实现在线播放；
  3. 支持HDMI或AV输出音视频；
  4. 支持USB接口；
  5. 支持红外遥控； 这里拆解某电视盒子，如图 2.1.6 所示内部结构，主要的芯片有四个，整理如下。
  • Hi3798：华为公司产品，ARM Cortex-A53架构的64位4核MPU，主频高达2.0GHz，高性能多核GPU Mali T720，拥有强大的视频、音频编解码，拥有一个HDMI 2.0接口、两个千兆网口接口、一个USB2.0接口、两个USB 3.0接口，一个IR红外接收接口、两个SDIO 3.0接口、多个I2C接口等，图中被散热器挡住；
  • D2516ECMDXGJD：Kingston公司产品，为嵌入式设计的低功耗DRAM，单个256MB，这里有两颗， 总计512MB；
  • SDINBDG4-8G：Sandisk公司产品，高可靠耐用的eMMC闪存芯片，容量为8GB；
  • RTL8822BS：Realtek产品，支持2.4G/5G的双频WiFi&Bluetooth模块，接口为SDIO，图中被屏蔽罩 挡住；

根据内部结构，猜测该电视盒子的整体设计框图如图 2.1.7 所示。

电视盒子的整体框图比较简单，但其难度不低，一般运行Linux/Android系统，无论是软件复杂度还是硬件复杂度，都比一般的MCU项目复杂。MPU性能强大，接口繁多，像有线网口、HDMI接口、AV接口、USB接口都直接支持，这些接口MCU一般都没有。除此之外，MPU项目都外接RAM和Flash，根据项目需求选择合适大小，大小也远超MCU项目。

【总结】 以上三个嵌入式产品实例，代表了嵌入式的三个方向。第一个是无操作系统的MCU项目，第二个是运行RTOS的MCU项目，第三个是运行Linux/Android的MPU项目，本手册主要涉及MCU，也就是前两个项目。读者理解了它们的共性，也就理解了什么是嵌入式系统。

  1. 以应用为中心，以计算机技术为基础，软件/硬件可裁剪，实现应用需要的功能；
  2. 对功能、可靠性、成本、体积、功耗有一定的要求；
  3. 实现对其它设备进行控制、监视或管理的功能；
  4. 简单的说，除了通用计算机(读者使用的电脑)和部分服务器外的一切计算机系统，都是嵌入式系统；

嵌入式Linux视频：https://www.100ask.net/index 单片机视频：https://www.100ask.net/page/1707053

硬件开发 嵌入式 arm

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