基于RT1021的最小系统板

内容介绍

一、项目介绍：

基于RT1021设计了一套最小系统板，芯片型号是MIMXRT1021DAF5B。

      板卡介绍：
      最小系统使用TYPEC接口供电，带一块1.3寸显示屏，分辨率为：240*240。多余的引脚使用锡手指引出，接口使用了PCIE-52；这里因为引脚定义是由心情随便定的，所以不能与市面同类接口对插。保险起见，我还是给电源系统增加了过压过流保护电路。
      板上还有一块64M FLASH芯片，我这里使用的型号是GD25Q64EWIGR，RT1021单片机手册介绍可以将程序放在这块片外FLASH里跑。本调试，只用了内部flash，片外flash功能还没有验证。

二、设计思路

硬件方面：首先确定好需要的外设，最起码需要一块屏幕，手边的1.3寸显示屏可以安排上。其次是最小系统的基本配置：电源,复位电路，晶振，启动配置电路，调试接口，对外接口......

代码调试：调试平台首选官方IDE，然后根据例程调通屏幕，验证外设.....

三、资料收集

硬件资料借鉴官网的RT1021 144P芯片开发板的图纸，做了些裁剪。总的来说RT1021的外围电路还算简单，照着官网图纸做是没有问题的。软件设计资料借鉴了官方IDE里的demo程序。以及网上开源的串口屏幕库文件。

四、设计过程
设计过程可以分为硬件设计，和代码调试两部分：

硬件部分：
RT1021的电源部分还是需要注意一下的，有一路内部电源要先于其他电源轨上电。电源硬件框图如下：

FttDwcpl7eQQ-paUHs6C2nIUTOtx

Fgcekc6Be-Q96wQEyh-RquVwWVz3

从typec口取电。然后经过防反接二极管D3后分成两路，一路给到TPS78233,TPS78233是一颗LDO,固定输出3.3V，负责给单片机提供一路长供电的电源，并保证SNVS_3.3V_IN网络优先上电；另一路经过过压过流保护芯片MP5016输出给后级电路。SY8113是一颗DC-DC降压芯片，输出设置为3.3V，给单片机和外设供电。USB上电时系统先给SNVS_3.3V_IN上电，PMIC_ON_REQ输出信号打开MP5016,VDD_3.3V上电成功。需要注意DCDC_PSWITCH设置延时10MS后。RT1021自带ON/OFF硬件电路，接上一路按键就可以实现开关机功能。

Fqz0UGpqDw7_aQTyRDhA0YRMZ3f-
电源保护电路：
因为最小系统采用typec供电，为了避免因误插劣质充电器烧坏电路板的情况发生，我们需要给电路板输入口做过压过流保护电路。为提高电源系统可靠性，在VDD_3.3V电源网络上也增加了过压保护电路。
1.MP5016是一颗小封装带使能控制端的，过压过流保护芯片。过压保护点由MODE脚所借电阻决定，过流保护点由ILIMIT所接的电阻决定。
2.为确保单片机不被烧坏，这里我使用TL432芯片做了过压保护电路，当电压超过3.6V时Q1切断后级电路。

MCU外围电路：
MCU外围电路分为：复位，启动配置，晶振，片外FLASH，显示屏，扩展接口。

FpBm6E1DfC_LKNkysqQ92QsAo2GE
复位电路我这里使用SGM809B复位芯片，需要确保复位引脚在上电时序内均为低电平；
启动配置相关IO口需要注意MOD0需要拉低，MOD1需要拉高。其余BOOT相关引脚在上电时候要保持拉低状态，上电后就可以拿来用来；
如果使用片外FLASH则需要将GPIO_SD_B1_05悬空；
显示屏尺寸是1.3寸，分辨率是240*240，屏幕的pcb封装部分为了兼容老王家的屏做了调整。

代码调试：

代码调试使用的工具是官方软件MCUxpresso IDE，里面有很多RT1021的例程序。参考了其中的ADC和SPI 通讯部分；
值得一提的是config软件相当好用，配置的时候只需要搜索相关外设，然后选择参数即可。如果配置参数页面有出错的地方，软件会自动标红提示，非常方便。
其中ADC的相关配置如下图

Fr8ARqa82luSkh1kGqk39Uar-Lca

上图中红框标出的地方一定要选，我在调试时漏选了，浪费了很长时间。

SPI的配置就比较简单了，这里我屏幕用的是SPI4接口，配置好IO口，SPI时钟源以及相关参数即可：

FrqNhryLIOvnmjeOcKkkmmSMLX5o

关键代码

代码调用了ADC接口，采集数据后，显示在屏幕上，结构简单直接贴代码：

#include <stdio.h>
#include "board.h"
#include "peripherals.h"
#include "pin_mux.h"
#include "clock_config.h"
#include "MIMXRT1021.h"
#include "fsl_debug_console.h"
#include "st7789tft.h"
#include "picture.h"

/*******************************************************************************
 * Definitions
 ******************************************************************************/
#define DEMO_TEMP_MONITOR             TEMPMON
#define DEMO_TEMP_LOW_HIGH_IRQn       TEMP_LOW_HIGH_IRQn
#define DEMO_TEMP_PANIC_IRQn          TEMP_PANIC_IRQn
#define DEMO_TEMP_LOW_HIGH_IRQHandler TEMP_LOW_HIGH_IRQHandler
#define DEMO_TEMP_PANIC_IRQHandler    TEMP_PANIC_IRQHandler

#define DEMO_HIGH_ALARM_TEMP 42U
#define DEMO_LOW_ALARM_TEMP  40U

#define DEMO_CLOCK_SOURCE kCLOCK_AhbClk
#define DEMO_CLOCK_DIV    kCLOCK_AhbDiv

/*******************************************************************************
 * Prototypes
 ******************************************************************************/

/*******************************************************************************
 * Variables
 ******************************************************************************/

/* TODO: insert other include files here. */
#define EXAMPLE_LED_GPIO     BOARD_INITPINS_st7798_bl_GPIO
#define EXAMPLE_LED_GPIO_PIN BOARD_INITPINS_st7798_bl_GPIO_PIN

#define cs_set GPIO_PinWrite(BOARD_INITPINS_st7798_cs_GPIO, BOARD_INITPINS_st7798_cs_GPIO_PIN, 1U);
#define cs_reset GPIO_PinWrite(BOARD_INITPINS_st7798_cs_GPIO, BOARD_INITPINS_st7798_cs_GPIO_PIN, 0U);


/* TODO: insert other definitions and declarations here. */
volatile bool g_pinSet = false;//状态机
lpspi_transfer_t masterXfer; //spi收发变量


/*
 * @brief   Application entry point.
 */
int main(void) {

	float adc_value;                               //ADC转换结果
	uint16_t adc0value;
	adc_channel_config_t adcChannelConfigStruct;    //ADC 通道配置结构体
	uint16_t t;
    /* Init board hardware. */
    BOARD_ConfigMPU();
    BOARD_InitBootPins();
    BOARD_InitBootClocks();
    BOARD_InitBootPeripherals();
#ifndef BOARD_INIT_DEBUG_CONSOLE_PERIPHERAL
    /* Init FSL debug console. */
    BOARD_InitDebugConsole();
#endif
   // EnableIRQ(DEMO_TEMP_LOW_HIGH_IRQn);

    PRINTF("Hello World\n");

    st7789_init();//屏幕初始化
    delay(300);

    LCD_Fill(0,0,240,240,0xffff);    //清屏
    LCD_ShowPicture(185,5,50,50,gImage_baocun);

    /* Force the counter to be placed into memory. */
    volatile static int i = 0 ;
    /* Enter an infinite loop, just incrementing a counter. */
    while(1) {
        i++ ;
        /* 'Dummy' NOP to allow source level single stepping of
            tight while() loop */
        __asm volatile ("nop");

        /*ADC转换通道设置*/

           adcChannelConfigStruct.channelNumber =0;//设置ADC转换通道对应的外部输入通道.,目前通道4
           adcChannelConfigStruct.enableInterruptOnConversionCompleted = false; //使能转换完成后不产生中断，
           ADC_SetChannelConfig(ADC1, 0, &adcChannelConfigStruct);//初始化ADC
           while(ADC_GetChannelStatusFlags(ADC1,0)==0)
           {
               t++;
               if(t>1000)
                   break;
           }//等待转换结束
           adc0value = ADC_GetChannelConversionValue(ADC1, 0);
           adc_value=adc0value*3.3/4096;

        if (g_pinSet)
                  {
                      GPIO_PinWrite(EXAMPLE_LED_GPIO, EXAMPLE_LED_GPIO_PIN, 1U);

                      LCD_ShowString(8,8,"init_is_ok!",0x0000,0xffff,24,0);
                      LCD_ShowFloatNum1(8,40,adc_value,3,0x0000,0xffff,32);
                      delay(4000);
                      g_pinSet = false;
                  }
                  else
                  {
                      g_pinSet = true;
                  }


    }
    return 0 ;
}

五、实现结果

读取63号引脚AD值，打印到屏幕上

Fg-rxR5M3uIA5YtLyTCNouJLUDKv

六、遇到的问题

问题1：Jlink连接不上芯片。
解决思路：一般调试器连接不上单片机，可以从电源，复位电路，晶振电路，启动配置电路这些方面排查。测试发现芯片自带DC-DC电源轨没有输出，检查原理图后发现有一个使能脚没有上拉。调整后jlink识别到单片机；
问题2： 使用NXP官方软件调试时，发现示例代码下载进去启动不了；
解决思路：判断是软件那里配置有问题。新建空的工程，写一个简单的点亮led的程序，发现程序可以执行。然后根据空工程的配置更新示例工程的配置。更新后可以执行代码。

七、芯片的优势和局限

优势：

芯片的优势很明显，外设丰富，主频可以跑到500MHz；

自带ON/OFF硬件电路，短按开机，长按5秒关机；

局限：

芯片内核是M7核，一般的调试工具还用不了；

100Pin的芯片用不了SDRAM,有些遗憾；