Прикладные процессоры: введение в схемотехнику

С. М. РЮМИК 
ПРИКЛАДНЫЕ ПРОЦЕССОРЫ:
ВВЕДЕНИЕ
 В СХЕМОТЕХНИКУ
Москва, 2024

УДК  621.316.544.1 + 004.312.46
ББК  31.264
	
Р97
Р97
Рюмик С. М.
Прикладные процессоры: введение в схемотехнику / С. М. Рюмик. — М.:
ДМК-Пресс, 2024. — 342 с.: ил. — ISBN 978-5-93700-264-8.
В книге рассматриваются прикладные процессоры, которые являются базой для построения 
одноплатных компьютеров. Практическое умение работать с ними входит в обязательный инструментарий современных разработчиков электронной аппаратуры.
В одноплатных компьютерах присутствуют все элементы стандартных микроконтроллерных 
систем, а именно подсистемы питания, тактирования, сброса, программирования, ввода и вывода сигналов, интерфейсов. Каждая подсистема имеет свои особенности и отличия, что представляет интерес для анализа и сравнения.
Электрические схемы в настоящей книге представлены фрагментарно, в виде небольших 
узлов. Их систематизация проводится сначала на уровне подсистем, а затем на уровне функциональных возможностей. Все схемы снабжаются краткими пояснениями о назначении элементов и особенностях их эксплуатации. Где известно, там приводятся встречающиеся на практике 
замены. Сами схемы одноплатных компьютеров секрета не представляют, поскольку свободно 
доступны в Интернете на официальных сайтах фирм-изготовителей.
Книга будет полезна разработчикам электронной аппаратуры, радиолюбителям (в том числе 
начинающим), студентам, а также всем неспециалистам в области электроники, самостоятельно 
осваивающим азы применения прикладных процессоров.
УДК  621.316.544.1 + 004.312.46
ББК  31.264
ISBN 978-5-93700-264-8
© Рюмик, С.М., 2022
© Оформление, Издание, ДМК Пресс, 2024
Все права защищены. Никакая часть этого издания не может быть воспроизведена в любой 
форме или любыми средствами, электронными или механическими, включая фотографирование, 
ксерокопирование или иные средства копирования или сохранения информации, без 
письменного разрешения издательства.

Содержание
Введение  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 8
Глава 1.	 Одноплатные компьютеры
1.1. Зачем это нужно?  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 12
1.2. Микрокомпьютеры  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .13
1.3. Области применения SBC  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 14
1.4. Разновидности SBC  .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   15
1.5. Отличия между SBC и отладочными платами с МК   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   15
1.6. Подробный анализ АР  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 17
	
1.6.1. Терминология  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 17
	
1.6.2. Историческая справка  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 18
	
1.6.3. Первичная классификация АР  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 18
	
1.6.4. Водораздел между МК и АР  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 19
	
1.6.5. Обобщённая структурная схема АР  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  . 20
	
1.6.6. Внутренние и внешние интерфейсы   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   21
	
1.6.7. Примеры реальных АР  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 22
	
1.6.8. Структурная схема OMAP4430  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 23
	
1.6.9. Структурная схема RK3566  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 34
	
1.6.10. Структурная схема APQ8016  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 44
	
1.6.11. Структурная схема i.MX 8QuadMax  .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   51
	
1.6.12. Нюансы, выявленные при изучении даташитов АР  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  . 62
1.7. Подробный анализ SBC  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 63
	
1.7.1. Внутреннее устройство SBC  .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .  63
	
1.7.2. Структурная схема Rico Board  .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .  65
	
1.7.3. Структурная схема Bubblegum96  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  . 68
	
1.7.4. Структурная схема Orange Pi 3  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 72
	
1.7.5. Структурная схема Wanboard i.MX6 Quad  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  . 75
	
1.7.6. Нюансы, выявленные при изучении документации SBC  .   .   .   .   .   .   .   .   .   .  78
1.8. Условные обозначения на схемах с АР  .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .  79
Список использованных источников и литературы к главе 1   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .  85

Содержание
Глава 2.	 Схемы узлов ввода сигналов
2.1. Механические датчики  .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .  87
	
2.1.1. Тактовые кнопки  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 87
	
2.1.2. Джамперы  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 89
2.2. Акустические датчики  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 90
	
2.2.1. Аналоговые микрофоны  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 90
	
2.2.2. Цифровые микрофоны  .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .  92
	
2.2.3. Приём линейных звуковых сигналов   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  . 93
2.3. Фотодатчики и ИК-приёмники  .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .  95
2.4. Датчики пространственного положения   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 97
2.5. Приём аналоговых видеосигналов  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 98
2.6. Прочие схемы узлов ввода   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 100
Список использованных источников и литературы к главе 2   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 101
Глава 3.	 Схемы узлов управления и тактирования
3.1. Формирование сигналов начального сброса  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  102
	
3.1.1. Автоматический сброс АР  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  102
	
3.1.2. Ручной сброс АР  .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 103
	
3.1.3. Комбинированный сброс АР  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  104
3.2. Низкочастотная стабилизация тактовой частоты  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  106
3.3. Высокочастотная стабилизация тактовой частоты  .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 107
3.4. Умножение тактовой частоты   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 109
3.5. Тактирование АР от внешнего генератора   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  110
3.6. Управление загрузкой ОС  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  111
3.7. Идентификация изделия  .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 112
3.8. Восстановление ОС и заводских настроек  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  114
Список использованных источников и литературы к главе 3   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 115
Глава 4.	 Схемы подачи питания
4.1. «Дерево питания» процессорной системы   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  116
4.2. Стабилизаторы напряжения LDO  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  121
	
4.2.1. Общие сведения  .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 121
	
4.2.2. Входные и выходные цепи  .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 121
	
4.2.3. Управление сигналом EN  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  122
	
4.2.4. Управление сигналом CE  .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 123
	
4.2.5. Вспомогательные выводы  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  124
	
4.2.6. Практические схемы применения LDO  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 125
4.3. Резервное питание  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  128
4.4. Понижающие DC/DC-преобразователи (5 В)  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  129
4.5. Понижающие DC/DC-преобразователи (12 В)   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  133
4.6. Повышающие DC/DC-преобразователи  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  135
4.7. Организация подсветки TFT-дисплеев  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  137
4.8. Подстройка напряжения питания  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  138
4.9. Защита входных цепей питания 5 В  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  140
4.10. Защита входных цепей питания 12 В  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  143
4.11. Питание от USB  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  144

Содержание      5
4.12. Контроль тока и индикация напряжения  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  145
4.13. Электронные предохранители и ограничители  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  147
4.14. Внешние контроллеры питания   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 149
4.15. Система питания внутри АР  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  153
4.16. Прочие схемы узлов питания  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  155
Список использованных источников и литературы к главе 4   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 158
Глава 5.	 Схемы узлов вывода
5.1. Светодиодные индикаторы  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  159
	
5.1.1. Одиночные светодиоды  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  159
	
5.1.2. Одиночные светодиоды с буферными элементами  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  160
5.2. Видеотехника  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  162
	
5.2.1. TFT-дисплеи c интерфейсом MIPI DPI   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 162
	
5.2.2. TFT-дисплеи c интерфейсом MIPI DSI  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  166
	
5.2.3. TFT-дисплеи c интерфейсом LVDS  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  168
	
5.2.4. Подключение SVGA-мониторов  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  172
	
5.2.5. Подключение цветных телевизоров  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  175
5.3. Звуковая система  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  177
	
5.3.1. Вывод звука на громкоговорители  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  177
	
5.3.2. Вывод звука на головные телефоны  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  177
	
5.3.3. Звуковой линейный выход  .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 181
	
5.3.4. Комбинированный вывод звука  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  183
5.4. Силовая электроника  .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 186
5.5. Прочие схемы узлов вывода   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 190
Список использованных источников и литературы к главе 5   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 192
Глава 6.	 Схемы интерфейсных узлов
6.1. Интерфейс RS-232  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  193
6.2. Интерфейс RS-485  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  196
6.3. Интерфейс I2C   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 197
6.4. Интерфейс I2S  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  199
6.5. Интерфейсы PCIe, mini PCIe  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  201
6.6. Интерфейс SATA  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  203
6.7. Интерфейс S/PDIF  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  205
6.8. Интерфейс Ethernet  .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 206
	
6.8.1. Общие схемы подключения  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  206
	
6.8.2. Трансформаторы Ethernet  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  210
	
6.8.3. Экранирование  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  212
	
6.8.4. Светодиодная индикация Ethernet  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  213
6.9. Интерфейс JTAG  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  215
6.10. Интерфейс UART  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  217
6.11. Часы реального времени RTC  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  219
6.12. Интерфейс HDMI  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 222
	
6.12.1. Базовые сведения  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 222
	
6.12.2. Типовые схемы включения  .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   223
	
6.12.3. Защита информационных цепей HDMI  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  . 225

Содержание
	
6.12.4. Цепь питания HDMI  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  227
	
6.12.5. Удалённое управление по цепи CEC  .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 228
	
6.12.6. «Горячее включение» HDMI  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  229
	
6.12.7. Шина I2C HDMI   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 231
6.13. Интерфейс SIM-карты  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 233
6.14. Последовательный интерфейс MIPI CSI  .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   234
6.15. Параллельный интерфейс для цифровых камер  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  237
6.16. Интерфейс USB 2.0  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  240
	
6.16.1. Общие сведения  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  240
	
6.16.2. Cигналы D+, D–   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 241
	
6.16.3. Cигнал ID  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 243
	
6.16.4. Питание внешних устройств через USB  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  . 244
	
6.16.5. Ограничители тока на транзисторах  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  . 245
	
6.16.6. Интегральные ограничители тока  .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 247
	
6.16.7. Питание двунаправленного порта OTG  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  250
	
6.16.8. Хабы USB  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 251
	
6.16.9. Преобразователи интерфейса USB  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  . 253
6.17. Интерфейс USB 3.x  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 254
6.18. Совместная работа АР и МК   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 258
6.19. Переключатели интерфейсов  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  260
6.20. Прочие интерфейсы  .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 261
Список использованных источников и литературы к главе 6   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 264
Глава 7.	 Беспроводные ВЧ-интерфейсы
7.1. Общие замечания  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  266
7.2. Модули GNSS  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  267
7.3. Модули Wi-Fi, Bluetooth  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  268
7.4. Антенные системы  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  271
Список использованных источников и литературы к главе 7   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 274
Глава 8.	 Хранение информации
8.1. Микросхемы памяти EEPROM  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  275
8.2. Микросхемы памяти SPI-NOR Flash  .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 276
8.3. Микросхемы памяти NAND Flash  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  277
8.4. Микросхемы памяти SDRAM  .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 278
	
8.4.1. Общие схемы подключения  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  278
	
8.4.2. Тактовые сигналы CK  .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 284
	
8.4.3. Цепь автокалибровки ZQ  .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 284
	
8.4.4. Опорное напряжение VREF  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  285
	
8.4.5. Сигнал сброса  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  286
8.5. Микросхемы памяти eMMC   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  287
8.6. Карты памяти microSD  .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 290
	
8.6.1. Разновидности держателей карт памяти  .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 290
	
8.6.2. Подключение карт памяти к АР  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  291
	
8.6.3. Защитные цепи для карт памяти  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  293
	
8.6.4. Подача питания на карты памяти   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  295

Содержание      7 
Список использованных источников и литературы к главе 8   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 297
Глава 9.	 Схемы с нюансами  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  298
Список использованных источников и литературы к главе 9   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 302
Глава 10.	Программная часть SBC
10.1. Какие ОС используются в SBC?  .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 303
10.2. Android — базовые сведения  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  304
	
10.2.1. Версии ОС Android  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  304
	
10.2.2. Методика разработки приложений  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  306
	
10.2.3. Каталоги, папки, файлы  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  307
	
10.2.4. Раскладка памяти  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  308
	
10.2.5. Файлы в ОС Android  .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 309
	
10.2.6. Способы пересылки файлов  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  309
	
10.2.7. Способы установки приложений  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  310
	
10.2.8. Получение root-прав  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  311
10.3. Linux — базовые сведения  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  311
	
10.3.1. История и философия   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  311
	
10.3.2. Термины и определения в Linux   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 312
	
10.3.3. Разновидности дистрибутивов  .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 314
	
10.3.4. Linux и АР  .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 315
10.4. Сравнение разных ОС для SBC  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  317
Список использованных источников и литературы к главе 10  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  318
Послесловие  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  319
Приложения
       Приложение 1. Ссылки и адреса в Интернете  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  . 322
       Приложение 2. Перечень ЭРИ  .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  327
       Приложение 3. Список аббревиатур  .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 341

Введение
Все вещи можно представить в виде чисел.
(Пифагор)
Цифра «5» во многих культурах считается особенной. Например, в Древнем 
Китае выделяли пять основных металлов, пять форм материи, пять вкусов, 
пять священных гор, пять добродетелей, пять цветовых оттенков и даже пять 
нот в музыкальной гамме.
В Древней Греции было распространено философское учение математика Пифагора, в котором числа представлялись основой бытия, принципом 
взаимодействия искусства и природы. Цифра «5» в пифагорействе соединяет 
«тройку» (знак неба) и «двойку» (знак земли). Именно Пифагор обнаружил в 
пятиконечной звезде пропорции золотого сечения, в связи с чем посчитал пентаграмму геометрическим воплощением совершенства.
Пятиконечная звезда является знаком воинского отличия во многих странах 
мира. Присутствует она и в государственных гербах. Известны растения с пятилепестковыми цветами. В океанах и морях обитают морские звёзды, имеющие 
пятилучевую симметрию тела.
Человек имеет пять органов чувств – зрение, слух, обоняние, осязание и 
вкус. На руках и ногах у него по пять пальцев. Две руки, две ноги и голова образуют в пространстве пять опорных точек по образу звезды. Четыре нижних её 
луча означают четыре стихии – огонь, воздух, воду и землю, а пятый луч указывает на главенство разума человека над природой.
«Пятёрка» в нумерологии представляется «творчеством хаоса». Другими 
словами, озарение и изобретательность на грани риска, дополненные страстью 
к бесконечным спорам. По гороскопу таким людям предначертаны: творчество, находчивость, риск.
Есть поверье, что человек, в дате рождения которого присутствует цифра 
«5», счастлив от природы, и он сможет на любом «Титанике» волшебным образом получить персональную шлюпку спасения.
К чему такой пристальный анализ цифры «5»? К тому, чтобы подвести читателя к мысли: настоящая книга является пятой частью авторского сборника 
под общим названием «1000 и одна микроконтроллерная схема».
Книги сборника имеют сквозную нумерацию: «Выпуск 1» (2010 год), «Выпуск 2» (2011 год), «Выпуск 3» (2016 год), «Выпуск 4» (2017 год). Первые две книги 
представляют единое целое и посвящены основам микроконтроллерной техники. 
Третья и четвёртая книги дополняют материал новыми схемами, новыми методиками расчётов. Настоящая (пятая) книга позволяет перейти от микроконтроллеров (МК) к прикладным процессорам, чтобы расширить технический кругозор и 
не отставать от времени.

Введение      9
Содержание первых четырёх книг:
«Выпуск 1» — раскрывается внутреннее устройство идеализированного 
•	
МК, приводятся фрагменты электрических схем узлов тактирования, питания, ввода информации;
«Выпуск 2» — приводятся схемы узлов вывода информации, подсистем 
•	
памяти, интерфейсов, а также даётся краткий учебник по основам языка 
программирования C, широко применяемого эмбеддерами МК;
«Выпуск 3» — описываются новинки последних лет, приводятся дополни•	
тельные схемы, касающиеся всех подсистем МК, рассматривается методика виртуального моделирования узлов в среде Micro-Cap;
«Выпуск 4» — приводятся примеры схемных узлов, которые встречаются 
•	
в реальных отладочных платах для разных семейств МК от разных фирмизготовителей, систематизируются (впервые) конструктивные и дизайнерские решения в разводке печатных плат.
Настоящая книга, как в компьютерной игре, переносит читателя на более 
высокий уровень, когда вместо МК рассматриваются их старшие собратья — 
прикладные процессоры. Сокращение ПП для них не прижилось, поэтому далее в книге будет использоваться англоязычный термин «Application Processor» 
с аббревиатурой АР. Это позволит не путать прикладные процессоры с обычными МК, устанавливая определённый водораздел в сферах их применения.
Вместо отладочных плат, характерных для МК, будут рассматриваться одноплатные компьютеры (англ. SBC — Single Board Computer), или, по-другому, 
микрокомпьютеры. Они по внешнему виду похожи на отладочные платы с МК, 
но сложнее в начинке, поскольку содержат больше радиоэлементов, включая 
интерфейсные чипы, микросхемы памяти, интеллектуальные датчики, интегральные контроллеры питания.
Если внимательно приглядеться, то схемные приёмы для МК и АР в целом 
совпадают. Напрашивается вопрос: можно ли было назвать настоящую книгу 
«Выпуском 5»? Формально нет, ведь МК и АР согласно общепринятой классификации относятся к разным техническим группам. Тем не менее четыре прежние и одна новая книги подчиняются уравнению «4 + 1 = 5».
Пройденный в предыдущих книгах теоретический материал повторяться не 
будет. Для общего понимания достаточно освежить в памяти ранее полученные 
знания, чтобы «не танцевать от печки». А в качестве бонуса на сэкономленном 
месте будут размещаться новые электрические схемы, характерные для AP в 
составе SBC.
Стиль рисунков и подрисуночных подписей, подача материала и оформление 
первоисточников во всех пяти книгах остаются без изменений. К каждой схеме 
даются краткие текстовые пояснения, приводится перечень встречающихся на 
практике замен радиоэлементов.
Основное правило: электрические схемы и пояснения к ним должны располагаться на одном листе. Этим объясняется краткость изложения материала. Но с 
другой стороны, краткость должна побудить читателей к творчеству. Например, 
заставить внимательно проанализировать схему с карандашом в руке, найти сильные и слабые места, предложить свои варианты и не побояться заочно поспорить 

10      Введение
с разработчиком фирменного решения. Для уверенности можно провести компьютерное моделирование фрагментов схем по методике из книги «Выпуск 3».
Названия подразделов, согласно которым сортируются схемы, совпадают с использовавшимися ранее в книгах «Выпуск 1…4». Однако то, что хорошо для МК, 
не факт, что хорошо для АР, и наоборот. В связи с этим в настоящей книге появились новые подразделы, которые характерны для схем с АР, а также были удалены 
подразделы, актуальные лишь для схем с МК.
Некоторые электрические схемы получились большими по размерам. Они 
могут занимать целую страницу книги, на типографском языке — целую полосу. 
Почему? Потому что особенностью АР является большое количество выводов на 
корпусе микросхемы, а также наличие на плате SBC многовыводных интерфейсных чипов и многоконтактных разъёмов. В таких случаях схемы лучше анализировать целиком, а не разбивать их на части, иначе может исчезнуть полезная информация о взаимодействии элементов друг с другом.
При написании книги не ставилась задача добиться абсолютно точного соответствия электрических схем с их фирменными оригиналами. Изменения имеются, но они, как правило, мелкие, чтобы не отвлекать внимание читателей от главного, от понимания принципа работы.
В теоретической части книги (глава 1) рассказывается о месте АР в иерархии 
вычислительных микросхем, описываются их отличия от МК, рассматриваются 
классификационные признаки и структурные схемы. Отдельным блоком размещается информация о внутреннем устройстве реальных SBC, содержащих АР.
В практической части книги (главы 2…9) представлен сборник электрических 
схем различных узлов: входных, выходных, комбинированных, интерфейсных, 
силовых, управляющих и т. д.
В программной части книги (глава 10) собраны основные сведения, касающиеся 
программирования SBC с использованием ОС Android и Linux.
В справочной части книги (приложения 1…3) приводится дополнительная информация о радиоэлементах, интерфейсах, протоколах, интернет-площадках, 
стандартах, терминах, а также о фирмах-изготовителях с указанием их интеретадресов.
Ссылки на литературу и сайты даются отдельно в конце каждой главы согласно 
орфографии авторов. Для электрических схем первоисточниками являются даташиты SBC, которые свободно распространяются в Интернете. Схемы специально 
приводятся обезличенными, без привязки к SBC и фирмам. И вот почему.
Разработчики схем с АР многое заимствуют из схем с МК, используют известные из даташитов решения и опробованные в Интернете идеи. Более того, практически одинаковая схемотехника встречается в продукции абсолютно разных 
фирм, поэтому истинного (первого) автора установить сложно.
Фирмы-изготовители специально не делают секрета из электрических схем, 
ведь основная нагрузка ложится на плечи Firmware (фирменное ПО), которое 
сложно разработать самостоятельно, не зная тонкостей «тысячестраничных» даташитов. Кроме того, печатные платы SBC выполняются многослойными, ЭРИ 
в них применяются с шариковыми выводами. Следовательно, повторить топологию проводников на плате (а это очень важная вещь!), даже зная электрическую 
схему, весьма затруднительно.