嵌入式系統(tǒng)的外圍設(shè)備

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1、n 8.1 實(shí) 時(shí) 時(shí) 鐘 n 8.2 存 儲(chǔ) 設(shè) 備n 8.3 輸 入 設(shè) 備 n 8.4 輸 出 設(shè) 備n 8.5 外 設(shè) 接 口n 8.6 通 訊 接 口n 8.7 本 章 小 結(jié)習(xí) 題 第 8章 嵌 入 式 系 統(tǒng) 的 外 圍 設(shè) 備 8.1 實(shí) 時(shí) 時(shí) 鐘 n 功 能n 提 供 可 靠 的 時(shí) 鐘 信 息 ， 包 括 時(shí) 分 秒和 年 月 日n 即 使 系 統(tǒng) 處 于 關(guān) 機(jī) 或 停 電 狀 態(tài) ， 實(shí)時(shí) 時(shí) 鐘 通 過(guò) 后 備 電 池 供 電 也 能 正 常繼 續(xù) 工 作 8.1 實(shí) 時(shí) 時(shí) 鐘 n 使 用n 一 些 嵌 入 式 處 理 器 (如 S3C2410處 理 器 )芯 片

2、 內(nèi) 部 集 成 了 實(shí) 時(shí) 時(shí) 鐘 單 元 ； 未 集 成 時(shí) ， 則 需 要 外 擴(kuò) 實(shí) 時(shí) 時(shí) 鐘 芯 片n 外 圍 電 路 ： 典 型 的 只 需 要 一 個(gè) 高 精 度 的晶 振 8.2 存 儲(chǔ) 設(shè) 備 n 功 能 提 供 執(zhí) 行 程 序 和 存 儲(chǔ) 數(shù) 據(jù) 所 需 空 間 n 種 類 RAM和 ROM兩 種 n 特 點(diǎn) 半 導(dǎo) 體 器 件 而 非 磁 質(zhì) 材 料 具 有 密 度 大 、 體 積 小 、 訪 問(wèn) 速 度 快 、 性 能 可 靠 、使 用 壽 命 長(zhǎng) 的 優(yōu) 點(diǎn) ， 適 合 于 嵌 入 式 應(yīng) 用 領(lǐng) 域 8.2 存 儲(chǔ) 設(shè) 備 1.RAM (Random Access

3、 Memory)n 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu) ： 4 4 RAM n 每 個(gè) 內(nèi) 存 單 元 存 儲(chǔ) 一 個(gè) 位 （ Bit） 的 數(shù) 據(jù)n 使 能 線 +地 址 線 rd/wr線 控 制 圖 4-2 RAM內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu) 8.2 存 儲(chǔ) 設(shè) 備 n 特 點(diǎn)n 可 讀 可 寫 ， 讀 取 和 寫 入 一 樣 快 速n 上 電 數(shù) 據(jù) 保 存 ， 掉 電 數(shù) 據(jù) 丟 失 作 為 內(nèi) 存 n 種 類 n SRAMn DRAM 8.2 存 儲(chǔ) 設(shè) 備 (1) SRAM (靜 態(tài) 隨 機(jī) 存 取 存 儲(chǔ) 器 )n 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu)n 由 正 反 器 電 路 組 成S=1、 R=0時(shí) ,輸 出 Q =1S=0、 R

4、=1時(shí) ,輸 出 Q =0 n 每 一 位 存 儲(chǔ) 單 元 電 路 需 要 6個(gè) 晶 體 管 圖 8-3 SRAM結(jié) 構(gòu) 8.2 存 儲(chǔ) 設(shè) 備 n 特 點(diǎn)n 數(shù) 據(jù) 存 取 速 度 較 快 n 比 較 容 易 和 處 理 器 制 造 在 同 一 個(gè) 芯片 中 n 數(shù) 據(jù) 不 需 實(shí) 時(shí) 刷 新n 但 成 本 較 高 8.2 存 儲(chǔ) 設(shè) 備 (2) DRAM (動(dòng) 態(tài) 隨 機(jī) 存 取 存 儲(chǔ) 器 )n 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu)n 存 儲(chǔ) 單 元 由 一 個(gè) 電容 和 一 個(gè) 晶 體 管 組 成 n 解 碼 線 使 晶 體 管 導(dǎo) 通 后 ，通 過(guò) rd/wr 線 讀 取 電 容電 壓 ， 或 者 對(duì) 電

5、 容 充 放 電n 電 容 漏 電 ，15.625微 秒 充 電 一 次 圖 8-4 DRAM結(jié) 構(gòu) 8.2 存 儲(chǔ) 設(shè) 備 n 特 點(diǎn)n 容 量 較 大 ， 約 是 SRAM 的 4倍 n 成 本 低 n 但 由 于 電 容 的 充 放 電 原 因 ， 數(shù) 據(jù) 需要 進(jìn) 行 實(shí) 時(shí) 刷 新 操 作 8.2 存 儲(chǔ) 設(shè) 備 2.ROM (Read-Only Memory)n 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu)n 存 儲(chǔ) 數(shù) 據(jù) 方 式 利 用 可 規(guī) 劃 式 接 線 的 短 路 或 斷 路來(lái) 實(shí) 現(xiàn) ， 具 體 接 線 的 規(guī) 劃 方 式 由 ROM的 類 型 決 定 n 使 能 線 + 地 址 線 圖 8-5

6、ROM結(jié) 構(gòu) 示 意 圖 8.2 存 儲(chǔ) 設(shè) 備 n 特 點(diǎn)n 數(shù) 據(jù) 可 以 讀 取 ,但 不 能 任 意 更 改 n 掉 電 情 況 下 數(shù) 據(jù) 不 會(huì) 丟 失 程 序 可 存 放 在 ROM中n 種 類 n EPROM， EEPROMn Flash 8.2 存 儲(chǔ) 設(shè) 備 (1) EPROM (Erasable ProgramEnable Read-Only Memory) 8.2 存 儲(chǔ) 設(shè) 備 n 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu)n圖 (a) 使 用 金 氧 半 導(dǎo) 體 (MOS) 具 有 浮 動(dòng) 柵 極 n圖 (b):電 可 編 程 n柵 極 正 電 壓 使 電 子 經(jīng) 絕 緣 體 層 到 達(dá) 柵

7、極n柵 極 被 充 電 后 ， 源 -漏 極 間 為 截 止 狀 態(tài) ,形 成 斷 路 ， 邏 輯 輸 出 為 0； 相 反 ， 邏 輯 輸 出 為 1 圖 8-9 EPROM結(jié) 構(gòu) 與 工 作 原 理 8.2 存 儲(chǔ) 設(shè) 備 n圖 (c):紫 外 線 擦 除n紫 外 線 通 過(guò) 石 英 窗 直 接 照 射 n柵 極 的 電 子 又 通 過(guò) 絕 緣 體 回 到 N通 道 ， n為 防 自 然 光 照 射 ， 石 英 窗 上 粘 貼 上 反 光 膠 布nEPROM又 可 被 重 新 規(guī) 劃 圖 8-9 EPROM結(jié) 構(gòu) 與 工 作 原 理 圖 8-10 EPROM的 外 觀 8.2 存 儲(chǔ) 設(shè)

8、備 n 特 點(diǎn)n 一 種 只 讀 存 儲(chǔ) 器 n 電 可 編 程n 紫 外 線 擦 除適 合 少 量 生 產(chǎn) 或 是 產(chǎn) 品 開(kāi) 發(fā) 調(diào) 試 實(shí) 驗(yàn) 8.2 存 儲(chǔ) 設(shè) 備 (2) EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory ) 8.2 存 儲(chǔ) 設(shè) 備 n 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu)n 與 EPROM類 似 ， 具 有 浮 動(dòng) 柵 極n 與 EPROM不 同 ， 源 極 、 漏 極 、 浮 動(dòng) 柵 極 、 P型 基 底 接 上 不 同 的 電 壓 進(jìn) 行 寫 入 、 擦 除 和 讀 出 見(jiàn) 下 圖 8-11 8.2 存 儲(chǔ) 設(shè) 備

9、圖 8-11 EEPROM結(jié) 構(gòu) 與 工 作 原 理 8.2 存 儲(chǔ) 設(shè) 備 n 特 點(diǎn)n 與 EPROM類 似 ， 電 可 編 程n 與 EPROM不 同 ， 電 可 擦 除n省 去 了 EPROM擦 除 需 照 射 紫 外 線 的 煩 瑣程 序 n針 對(duì) 每 個(gè) 存 儲(chǔ) 單 元 進(jìn) 行 擦 除 操 作n擦 除 次 數(shù) 達(dá) 到 一 萬(wàn) 次 以 上 EEPROM的 使 用 比 EPROM更 普 遍 8.2 存 儲(chǔ) 設(shè) 備 (3) Flash Memory (閃 存 )n 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu)n 是 EEPROM 的 延 伸 產(chǎn) 品 ， 也 采 用 浮 動(dòng) 柵 極原 理 n 但 其 浮 動(dòng) 柵 極 與

10、 通 道 間 的 距 離 較 短 8.2 存 儲(chǔ) 設(shè) 備 n 特 點(diǎn)n 數(shù) 據(jù) 寫 入 速 度 快 （ 因 為 浮 動(dòng) 柵 極 與 通道 間 的 距 離 比 較 短 ） ， 故 得 名 “ 閃 存 ” n 可 以 一 大 塊 數(shù) 據(jù) 直 接 進(jìn) 行 清 除 ， 使用 方 便例 ： PDA中 作 為 程 序 存 儲(chǔ) 器 ， 操 作 系 統(tǒng) 版 本 的升 級(jí) 和 改 變 只 需 重 寫 Flash 8.2 存 儲(chǔ) 設(shè) 備 n 種 類n NOR 型 Flashn NAND 型 Flash 8.2 存 儲(chǔ) 設(shè) 備 NOR型 閃 存 n 讀 取 動(dòng) 作 與 RAM 類 似 ， 可 直 接 某個(gè) 內(nèi) 存

11、空 間 進(jìn) 行 方 便 的 讀 取 操 作n 成 本 較 高n 每 個(gè) 內(nèi) 存 單 元 (cell) 的 面 積 比較 大 ， 因 此 存 儲(chǔ) 容 量 較 小 8.2 存 儲(chǔ) 設(shè) 備 NAND型 閃 存 n 必 須 通 過(guò) I/O 指 令 的 方 式 進(jìn) 行 讀 取 ，因 此 須 通 過(guò) 驅(qū) 動(dòng) 程 序 來(lái) 讀 取 n 成 本 較 低 n 每 個(gè) 內(nèi) 存 單 元 面 積 較 小 ， 因 此 存 儲(chǔ) 容量 較 大常 用 來(lái) 制 作 擴(kuò) 充 記 憶 卡 ， 如 CF(Compact Flash Card)存儲(chǔ) 卡 、 SD (Secure Digital Card)卡 、 MS (Memory S

12、tick)卡 、 SMC(Smart-Media Card)卡 等 8.3 輸 入 設(shè) 備 n 小 型 鍵 盤n 觸 摸 屏 8.3.1 小 型 鍵 盤 n 功 能n 嵌 入 式 系 統(tǒng) 的 一 種 常 用 輸 入 設(shè) 備n 例 如 ： 收 款 機(jī) 系 統(tǒng) 由 幾 個(gè) 簡(jiǎn) 單 的 數(shù) 字 鍵 和 功 能 鍵 組 成 8.3.1 小 型 鍵 盤 n 結(jié) 構(gòu) ： 矩 陣 鍵 盤16個(gè) 按 鍵 接 至 4條 行 輸 出 XO X3和 4條 列 輸 入 YO Y3上 圖 8-12 鍵 盤 與 鍵 盤 控 制 器 電 路 工 作 原 理 示 意 圖 節(jié) 省 I/O端 口 資 源 8.3.1 小 型 鍵

13、盤 n 工 作 原 理n 鍵 盤 控 制 器掃 描 按 鍵 輸 入 (逐 行 輸 出 ， 逐 列 檢 測(cè) ) 譯 碼 去 抖 按 鍵 值 存 放 在 寄 存 器 中n 嵌 入 式 處 理 器 ：Polling或 Key管 腳 Interrupt方 式 檢 測(cè) CS 管 腳 使 能 從 DIO管 腳 依 次 讀 取 8.3.2 觸 摸 屏 n 功 能n 在 液 晶 屏 上 疊 加 一 片 觸 摸 屏 ， 用 觸 控筆 或 手 指 頭 直 接 點(diǎn) 選 按 鍵 或 輸 入 文 字 n 輕 薄 短 小 ， 便 于 攜 帶 ， 使 用 方 便注 ： 觸 摸 屏 與 LCD的 分 辨 率 和 坐 標(biāo) 系

14、一 般 不 同 ， 因此 觸 摸 屏 的 位 置 需 要 在 程 序 中 進(jìn) 行 轉(zhuǎn) 換 變 為 LCD 坐 標(biāo) 系 中 的 位 置 8.3.2 觸 摸 屏 n 種 類n 電 容 式 ： 最 早 出 現(xiàn)n 表 面 聲 波 式n 電 阻 式 ： 主 要 產(chǎn) 品 ， 市 場(chǎng) 份 額 72% n XGT式 ： 最 新 技 術(shù) ， 市 場(chǎng) 份 額 20% 8.3.2 觸 摸 屏 1.電 容 式 觸 摸 屏n 工 作 原 理n觸 摸 時(shí) ， 人 體 電 場(chǎng) 、 用 戶 和 觸 摸 屏 表 面形 成 一 耦 合 電 容n電 容 是 高 頻 電 流 直 接 導(dǎo) 體 ， 因 此 手 指 從接 觸 點(diǎn) 吸 走

15、很 小 的 電 流 n流 經(jīng) 四 個(gè) 角 落 電 極 的 電 流 與 手 指 到 四 角的 距 離 成 正 比 8.3.2 觸 摸 屏 n 特 點(diǎn)n對(duì) 大 多 數(shù) 的 環(huán) 境 污 染 物 有 抵 抗 力 n人 體 成 為 回 路 的 一 部 分 ， 因 而 漂 移 現(xiàn) 象比 較 嚴(yán) 重 n人 體 戴 手 套 式 不 起 作 用 n需 經(jīng) 常 校 正 n不 適 用 于 金 屬 機(jī) 柜 n外 界 存 在 電 感 和 磁 感 的 時(shí) 候 ， 觸 摸 屏 失靈 8.3.2 觸 摸 屏 2.表 面 聲 波 式 觸 摸 屏n 工 作 原 理 ：n物 體 觸 摸 到 表 面 時(shí) ， 阻 礙 聲 波 的 傳

16、輸 n換 能 器 偵 測(cè) 到 這 個(gè) 變 化 ， 反 映 給 計(jì) 算 機(jī) ，進(jìn) 而 進(jìn) 行 鼠 標(biāo) 的 模 擬 8.3.2 觸 摸 屏 n 特 點(diǎn)n高 清 晰 度 ， 透 光 性 好 n高 度 耐 久 ， 抗 刮 傷 性 良 好 n一 次 校 正 不 漂 移 n灰 塵 、 油 污 使 聲 波 不 能 正 常 反 射 ， 因 此需 要 經(jīng) 常 維 護(hù) ， 只 適 合 于 辦 公 室 、 機(jī) 關(guān)單 位 及 環(huán) 境 比 較 清 潔 的 場(chǎng) 所 8.3.2 觸 摸 屏 3.電 阻 式 觸 摸 屏 n 工 作 原 理n 兩 層 導(dǎo) 電 薄 膜 ， 上 層 可 伸 縮 n 觸 碰 后 上 下 電 極 導(dǎo)

17、通 ， 通 過(guò) 電 位 差 計(jì) 算 (X,Y)值 圖 8-13 電 阻 式 觸 摸 屏 工 作 原 理 示 意 圖 8.3.2 觸 摸 屏 n 特 點(diǎn)n高 解 析 度 ， 高 速 傳 輸 反 應(yīng) n表 面 硬 度 處 理 ， 減 少 擦 傷 、 刮 傷 及 防 化學(xué) 處 理 n具 有 光 面 及 霧 面 處 理 n一 次 校 正 ， 穩(wěn) 定 性 高 ， 永 不 漂 移 8.3.2 觸 摸 屏 4.XGT式 觸 摸 屏 n 工 作 原 理n采 用 純 玻 璃 面 板 n將 電 壓 連 到 玻 璃 基 板 的 4個(gè) 角 落 ， 產(chǎn) 生一 個(gè) 電 場(chǎng) n通 過(guò) 特 殊 的 有 線 觸 控 筆 去 觸

18、 控 輸 入 ， 其它 實(shí) 體 碰 觸 不 會(huì) 有 反 應(yīng) ， 電 場(chǎng) 的 變 化 對(duì)應(yīng) 碰 觸 位 置 8.3.2 觸 摸 屏 n 特 點(diǎn)n 結(jié) 合 了 電 阻 式 和 表 面 聲 波 式 觸 摸 屏 的優(yōu) 點(diǎn) 防 水 、 防 火 、 防 塵 、 防 刮 、 抗 菌 n壽 命 大 約 是 前 類 產(chǎn) 品 的 100 倍 左 右n透 光 率 較 透 明 導(dǎo) 電 薄 膜 的 提 高 了 15% 左 右 n可 應(yīng) 用 于 高 溫 低 溫 以 及 惡 劣 環(huán) 境 下被 視 為 當(dāng) 前 最 具 潛 力 的 觸 摸 屏 技 術(shù) 8.4 輸 出 設(shè) 備 n LED n LCD 8.4.1 LED n 功

19、能作 為 電 源 指 示 燈 、 電 平 指 示 、 工 作 狀態(tài) 顯 示 或 微 光 源 之 用例 ： n紅 外 發(fā) 光 管 ： 用 于 電 視 機(jī) 、 錄 像 機(jī) 等 遙控 器 中n紅 綠 雙 色 發(fā) 光 管 ： 指 示 PC或 筆 記 本 電 腦中 的 硬 盤 工 作 狀 態(tài) 8.4.1 LEDn 種 類n 發(fā) 光 二 極 管 （ 基 本 單 元 ）n 數(shù) 碼 管 、 符 號(hào) 管 、 米 字 管 、 點(diǎn) 陣 顯 示 屏 8.4.1 LED1.發(fā) 光 二 極 管 （ LED， Light Emitting Diode） n 工 作 原 理n 核 心 是 一 PN結(jié) 正 向 導(dǎo) 通 、 反

20、向 截 止n 還 具 有 發(fā) 光 特 性 n 特 點(diǎn)耗 電 少 、 成 本 低 、 配 置 簡(jiǎn) 單 靈 活 、 安 裝方 便 、 耐 振 動(dòng) 、 壽 命 常 8.4.1 LEDn 種 類n 按 發(fā) 光 顏 色紅 色 、 橙 色 、 綠 色 、 藍(lán) 光 、 多 色 等 n 按 出 光 面 特 征 （ 形 狀 ） 圓 燈 、 方 燈 、 矩 形 、 面 發(fā) 光 管 、 側(cè) 向 管 、 表 面安 裝 用 微 型 管 等 n 按 透 明 性 及 是 否 摻 散 射 劑有 色 透 明 、 無(wú) 色 透 明 、 有 色 散 射 和 無(wú) 色 散 射 8.4.1 LED2.數(shù) 碼 管n 結(jié) 構(gòu)n 七 段 條 狀

21、 發(fā) 光 二 極 管 組 成 “ 日 ” 字 型 ，實(shí) 現(xiàn) 數(shù) 字 0 9、 部 分 字 母 和 小 數(shù) 點(diǎn) 的 顯示 n 共 陽(yáng) 極 或 共 陰 極 電 氣 連 接 方 式見(jiàn) 下 圖 8-14 8.4.1 LED 圖 8-14 七 段 數(shù) 碼 管 結(jié) 構(gòu) 原 理 圖 8.4.1 LEDn 工 作 原 理 ： 以 共 陰 極 為 例 n 某 各 發(fā) 光 二 極 管 陽(yáng) 極 加 上 高 電 平 時(shí) 點(diǎn) 亮 n 驅(qū) 動(dòng) 方 式n 靜 態(tài) 驅(qū) 動(dòng) ： 每 個(gè) 數(shù) 碼 管 用 一 個(gè) 并 口 驅(qū) 動(dòng) n 動(dòng) 態(tài) 驅(qū) 動(dòng) ： 共 一 個(gè) 并 口 ， 輪 詢 以 節(jié) 省 資 源 8.4.1 LED3.其

22、它 LEDn 米 字 管 :顯 示 包 括 英 文 字 母 在 內(nèi) 的 多 種 符 號(hào) n 符 號(hào) 管 :顯 示 +、 -或 號(hào) 等 n 點(diǎn) 陣 顯 示 屏 :工 作 原 理 與七 段 數(shù) 碼 管類 似 (a) (b)圖 8-15 點(diǎn) 陣 顯 示 屏 原 理 圖 8.4.2 LCD n 工 作 原 理n 液 晶 特 性n 介 于 固 態(tài) 與 液 態(tài) 之 間 的 物 質(zhì) ， 同 時(shí) 具 備 固 態(tài)晶 體 的 光 學(xué) 特 性 和 液 態(tài) 物 質(zhì) 的 流 動(dòng) 特 性 n 當(dāng) 液 晶 被 送 上 電 壓 后 ， 液 晶 的 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu) 會(huì) 產(chǎn)生 扭 曲n 通 過(guò) 液 晶 的 光 線 因 為 液 晶

23、 內(nèi) 部 的 結(jié) 構(gòu) 而 改 變光 線 的 行 徑 8.4.2 LCD n 液 晶 屏n 背 光 板 ： 光 源 n 液 晶 陣 列 ：n 每 一 個(gè) 圖 案 像 素 用 一 個(gè) 液 晶 單 元 表 示 n 對(duì) 液 晶 單 元 施 以 不 同 電 壓 以 改 變 對(duì) 應(yīng) 像 素 的 光 線 行徑n 彩 色 濾 光 膜 ：通 過(guò) 液 晶 陣 列 的 光 線 經(jīng) 過(guò) 后 顯 示 指 定 的 三 原 色 RGB n 兩 塊 偏 光 板 ：將 需 要 顯 示 的 光 線 ， 使 其 不 會(huì) 顯 示 在 液 晶 屏 幕 上 8.4.2 LCD n 特 點(diǎn)n 體 積 小 、 重 量 輕CRT(陰 極 射

24、線 管 )的 電 子 槍 與 被 撞 擊 的 磷 光 物 質(zhì) 需 很 長(zhǎng)間 距 ， 才 能 夠 將 所 發(fā) 射 的 電 子 正 確 地 偏 移 到 顯 示 區(qū) 域n 低 輻 射 CRT有 輻 射 8.4.2 LCD n 種 類n 被 動(dòng) 式 n 控 制 電 壓 組 件 設(shè) 計(jì) 在 面 板 的 四 周 反 應(yīng) 時(shí) 間 慢 ， 光 線 輸 出 量 較 少 ， 動(dòng) 態(tài) 影 像 有 殘 影 n 成 本 偏 低 （ 如 用 于 普 通 的 移 動(dòng) 電 話 ）n 主 動(dòng) 式 n 每 個(gè) 液 晶 單 元 內(nèi) 植 入 控 制 電 壓 的 組 件 光 輸 出 量 大 ， 反 應(yīng) 時(shí) 間 快 ， 提 供 鮮 艷

25、的 色 彩 與 較 好 的 動(dòng) 態(tài) 影 像 n 制 造 成 本 較 高 （ 如 用 于 信 息 家 電 ） 8.5 外 設(shè) 接 口 n 并 行 接 口n 串 行 接 口n I2Cn I2S n USB n IEEE1394 8.5.1 并 行 接 口 n 結(jié) 構(gòu)n 通 過(guò) 由 多 條 數(shù) 據(jù) 線 組 成 總 線n 一 次 可 以 同 時(shí) 傳 送 多 個(gè) 位 的 數(shù) 據(jù)例 ： 打 印 機(jī) 并 口 (Parallel Port)n 特 點(diǎn) n 傳 輸 數(shù) 據(jù) 量 大 、 速 度 快 、 控 制 簡(jiǎn) 單n 傳 輸 總 線 的 長(zhǎng) 度 受 限 （ 過(guò) 長(zhǎng) 時(shí) ， 電 子 線 路間 將 產(chǎn) 生 電 容

26、效 應(yīng) ） ， 且 抗 干 擾 能 力 差 8.5.1 并 行 接 口 n 對(duì) 比 ： I2C、 I2S、 USB、 IEEE1394等 串 行 接 口 n 線 路 簡(jiǎn) 單 、 抗 干 擾 能 力 強(qiáng) n 控 制 也 相 對(duì) 復(fù) 雜 8.5.2 I2C I2C（ Inter Integrated Circuit) n 功 能 與 特 點(diǎn)n 用 于 連 接 微 控 制 器 和 外 設(shè) ADC、 DAC、存 儲(chǔ) 器 、 LED驅(qū) 動(dòng) 器 、 實(shí) 時(shí) 時(shí) 鐘 等 芯 片n 支 持 多 主 控 n 通 信 速 度 ： 100Kbit/s 、 最 高 400Kbit/s n 簡(jiǎn) 單 ， 成 本 低 8.

27、5.2 I2C n 組 成 ： 兩 根 串 行 線 （ 均 為 雙 向 I/O線 ）n 串 行 時(shí) 鐘 線 （ SCL， Serial Clock Line）n 串 行 數(shù) 據(jù) 線 （ SDL， Serial Data Line） 注 ： 通 過(guò) 數(shù) 據(jù) 線 的 軟 件 尋 址 實(shí) 現(xiàn) 片 選 減 少 器 件 片 選 線 的 連 接 8.5.2 I2C n 工 作 原 理 ： 一 次 典 型 工 作 流 程 n (1) 開(kāi) 始 ： 信 號(hào) 表 明 傳 輸 開(kāi) 始n (2) 地 址 ： 主 設(shè) 備 發(fā) 送 地 址 信 息 （ 7 位 從 設(shè) 備 地址 和 1 位 表 明 讀 、 寫 或 數(shù) 據(jù)

28、流 方 向 的 指 示 位 ） n (3) 數(shù) 據(jù) ： 根 據(jù) 指 示 位 ， 數(shù) 據(jù) 在 主 設(shè) 備 和 從 設(shè) 備之 間 傳 輸 ； 數(shù) 據(jù) 一 般 以 8 位 傳 輸 ， 具 體 傳 輸 的 數(shù)據(jù) 量 無(wú) 限 制 ； 接 收 器 上 用 一 位 的 ACK（ 回 答 信 號(hào) ）表 明 一 個(gè) 字 節(jié) 已 收 到 ； 傳 輸 可 被 終 止 或 重 新 開(kāi) 始n (4)停 止 ： 信 號(hào) 結(jié) 束 傳 輸 8.5.3 I2S I2S(Inter-IC Sound)n 功 能 n 由 SONY和 PHILIPS公 司 等 共 同 推 出n 主 要 應(yīng) 用 于 連 接 數(shù) 字 音 頻 處 理 設(shè)

29、 備 例 如 ： 便 攜 CD機(jī) 、 數(shù) 字 音 頻 處 理 器 等 8.5.3 I2S n 組 成 ： 3根 串 行 線 n 時(shí) 鐘 線 （ CSK， Continuous Serial Clock）n 字 選 擇 線 （ WS， Word Select） 指 示 左 通 道 或 右 通 道 的 數(shù) 據(jù) 將 被 傳 輸 n 數(shù) 據(jù) 通 道 線 （ SD， Serial Data） n 分 時(shí) 復(fù) 用n 按 高 有 效 位 MSB到 低 有 效 位 LSB的 順 序 傳 送 字 長(zhǎng)的 音 頻 數(shù) 據(jù)n MSB總 在 WS切 換 后 的 第 一 個(gè) 時(shí) 鐘 發(fā) 送n 若 數(shù) 據(jù) 長(zhǎng) 度 不 匹

30、配 ,接 收 /發(fā) 送 器 將 截 取 或 填 充 8.5.3 I2S n 工 作 時(shí) 序 圖 8-17 I2S總 線 接 口 的 基 本 時(shí) 序 8.5.4 USB USB（ Universal Serial Bus， 通 用 串 行 總 線 ） 由 PAQ、 Intel、 Microsoft、 NEC等 廠商 共 同 制 定 的 一 種 外 部 設(shè) 備 總 線 規(guī) 范 8.5.4 USB n 功 能 與 特 點(diǎn)n 為 外 設(shè) 擴(kuò) 充 提 供 一 種 即 插 即 用 的 簡(jiǎn) 單 方 法n 連 接 外 設(shè) 不 必 打 開(kāi) 機(jī) 箱 n 允 許 外 設(shè) 熱 插 拔 ， 而 不 必 關(guān) 閉 主 機(jī)

31、電 源 n 采 用 “ 級(jí) 聯(lián) ” 方 式 （ 最 多 連 接 127個(gè) 外 設(shè) ， 而每 個(gè) 外 設(shè) 間 距 離 可 達(dá) 5米 ） ， 且 不 會(huì) 有 IRQ沖 突 n 自 取 電 ： 提 供 5V電 源 n 速 度 較 快USB1.1： 最 高 達(dá) 12MbpsUSB2.0： 最 高 達(dá) 到 480Mbps 8.5.4 USB n 種 類n A類 連 接 器 主 設(shè) 備 端 n B類 連 接 器 從 設(shè) 備 端 圖 8-18 USB連 接 器 常 見(jiàn) 種 類 8.5.5 IEEE1394 IEEE1394， 亦 稱 為 火 線 （ Firewire） 由 蘋 果 公 司 研 制 n IEE

32、E1394與 USB的 共 同 點(diǎn)n 都 是 一 種 通 用 外 接 設(shè) 備 接 口n 支 持 熱 插 撥n 可 連 接 多 個(gè) 不 同 設(shè) 備 n 不 用 外 部 電 源n 快 速 傳 輸 大 量 數(shù) 據(jù) 8.5.5 IEEE1394 n IEEE1394與 USB的 不 同n 傳 輸 速 率 不 同n USB1.1為 12Mbps， USB2.0最 高 為 480Mbps，一 般 用 于 連 接 鍵 盤 、 鼠 標(biāo) 與 麥 克 風(fēng) 等 低 速 設(shè) 備 n IEEE1394目 前 為 400Mbps， 將 要 達(dá) 1Gbps，可 連 接 數(shù) 碼 相 機(jī) 、 掃 描 儀 和 信 息 家 電 等

33、 高 速 設(shè) 備 8.5.5 IEEE1394 n 連 接 方 式 不 同 n USB： 主 從 方 式 ， 需 要 HUB， 最 多 127臺(tái) 設(shè) 備 n IEEE1394： 多 主 方 式 ,不 需 要 HUB， 用 網(wǎng) 橋 連 接多 個(gè) IEEE1394網(wǎng) 絡(luò) (網(wǎng) 內(nèi) 63)(達(dá) 到 無(wú) 限 制 連 接 ）n 智 能 化 不 同 n USB： 以 HUB來(lái) 判 斷 連 接 設(shè) 備 的 增 減n IEEE1394： 可 以 在 其 設(shè) 備 進(jìn) 行 增 減 時(shí) 自 動(dòng) 重 設(shè)網(wǎng) 絡(luò) 8.6 通 訊 接 口 n 有 線 通 信 接 口n RS-232n 以 太 網(wǎng) n 無(wú) 線 通 信 接 口

34、n 紅 外 線 /藍(lán) 牙 n G PRS n IEEE802.11 8.6.1 RS-232 n 功 能 與 特 點(diǎn)n 電 子 工 業(yè) 協(xié) 會(huì) （ EIA） 制 訂 的 點(diǎn) 對(duì) 點(diǎn)的 有 線 串 行 異 步 通 信 標(biāo) 準(zhǔn)n 傳 輸 速 率 2400 19200bps 8.6.1 RS-232 n 機(jī) 械 特 性 規(guī) 范 ： DB-9和 DB-25 圖 8-19 RS-232物 理 接 口 形 式 表 4-2 RS-232端 口 DB-9管 腳 定 義 8.6.1 RS-232 n 電 氣 特 性 規(guī) 范 n 信 號(hào) 電 平 為 5 15Vn 采 用 負(fù) 邏 輯 -5 -15V表 示 “ 1”

35、 ， +5 +15V表 示 “ 0” 不 同 于 數(shù) 字 電 路 的 0 3V或 0 5V， 因此 通 訊 前 源 信 號(hào) 需 要 進(jìn) 行 電 平 轉(zhuǎn) 換 8.6.1 RS-232 n RS-232的 控 制 傳 輸 ： UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)芯 片 或 模 塊 n 檢 測(cè) 起 始 位 ： 高 電 平 變 為 低 電 平n 采 樣 ： 以 設(shè) 置 的 比 特 率 進(jìn) 行 信 號(hào) 采 樣 ， 并存 入 寄 存 器 中 n 通 知 ： 通 知 其 它 需 要 數(shù) 據(jù) 的 組 件 將 UART 芯 片 中 的 數(shù) 據(jù) 由 寄

36、 存 器 取 出 8.6.2 以 太 網(wǎng) n 功 能 與 特 點(diǎn)n 局 域 網(wǎng) 的 一 種 有 線 通 信 總 線 標(biāo) 準(zhǔn) n 采 用 CSMA/CD（ 載 波 監(jiān) 聽(tīng) /沖 突 檢 測(cè) ）n 星 型 或 總 線 型 結(jié) 構(gòu) ， 通 過(guò) 集 線 器 /交換 機(jī) /網(wǎng) 橋 互 連 8.6.2 以 太 網(wǎng) n 通 信 協(xié) 議 規(guī) 范 n IEEE802.3十 兆 以 太 網(wǎng) （ 10Base Ethernet， 10 Mbps ）n IEEE802.3u 快 速 以 太 網(wǎng) （ Fast Ethernet， 100 Mbps） n IEEE802.3z千 兆 以 太 網(wǎng) （ Gigabit Eth

37、ernet， 1000 Mbps） n IEEE802.3ae 萬(wàn) 兆 以 太 網(wǎng) （ 10 Gigabit Ethernet， 10000 Mbps） 8.6.2 以 太 網(wǎng) n 通 訊 介 質(zhì) 標(biāo) 準(zhǔn) ： 以 IEEE802.3為 例 n 10Base5 n 粗 以 太 網(wǎng) 電 纜 ， 采 用 插 入 式 分 接 頭n 段 長(zhǎng) 為 500m， 每 段 節(jié) 點(diǎn) 數(shù) 為 100 n 10Base2 n 細(xì) 以 太 網(wǎng) 電 纜 ， 采 用 BNC連 接 器 組 成 T型 插 座n 價(jià) 格 低 廉 ， 可 靠 性 高 ， 安 裝 方 便n 段 長(zhǎng) 為 200m， 每 段 節(jié) 點(diǎn) 數(shù) 為 30 8.

38、6.2 以 太 網(wǎng) n 10Base-T n 雙 絞 線 集 線 器 （ Hub）n 增 添 或 移 去 節(jié) 點(diǎn) 簡(jiǎn) 單 ,且 容 易 檢 測(cè) 到 電 纜 故 障 n段 長(zhǎng) 為 100m， 每 段 節(jié) 點(diǎn) 數(shù) 為 1024 n 10Base-F n 光 纖n 連 接 器 和 終 止 器 的 費(fèi) 用 而 十 分 昂 貴 ， 但 卻 有極 好 的 抗 干 擾 性n段 長(zhǎng) 為 2000m， 每 段 節(jié) 點(diǎn) 數(shù) 為 1024 8.6.3 紅 外 線 n 功 能n 紅 外 線 （ Infrared） 是 一 個(gè) 點(diǎn) 對(duì) 點(diǎn) 的無(wú) 線 通 信 標(biāo) 準(zhǔn)n 發(fā) 射 的 紅 外 波 長(zhǎng) ： 0.85 0.9 m

39、例 : 用 于 手 機(jī) 、 PDA與 筆 記 本 電 腦 的 通 訊 8.6.3 紅 外 線 n 收 發(fā) 模 塊 組 成 ： 3部 分 n 紅 外 線 發(fā) 光 二 極 管n 硅 晶 PIN光 檢 二 極 管 n 控 制 電 路 接 收 到 的 信 號(hào) 傳 送 到 控 制 電 路 中 ， 由 嵌 入 式 處理 器 進(jìn) 行 處 理 或 存 儲(chǔ) 8.6.3 紅 外 線 n 特 點(diǎn) n 優(yōu) 點(diǎn) ： 價(jià) 格 便 宜 n 缺 點(diǎn) ： 通 訊 距 離 短 (1m內(nèi) )、 速 度 較 慢 (4Mbps)、方 向 性 強(qiáng) 、 不 能 穿 過(guò) 障 礙 物 、 易 受 熱 源 干 擾 等 lrDA1.0 1rDA1

40、.1 lrDA1.2 lrDA1.3 傳 輸 距 離 lm 0.2m(low power tolow power) 0.3m(low power to standard) 傳 輸 速 度 最 高 115.2kbps 最 高 4Mbps 最 高 115.2kbps 最 高 4Mbps 傳 輸 角 度 士 15 0 士 150 士 150 士 150 表 8-3 紅 外 線 IrDA標(biāo) 準(zhǔn) 8.6.4 藍(lán) 牙 n 功 能n 藍(lán) 牙 (Bluetooth)也 是 一 個(gè) 點(diǎn) 對(duì) 點(diǎn) 的無(wú) 線 通 信 協(xié) 議 標(biāo) 準(zhǔn) n 頻 帶 ： 2.402 2.480 GHz屬 ISM (Industrial S

41、cientific Medical) 頻 帶 8.6.4 藍(lán) 牙n 收 發(fā) 模 塊 組 成 ： 3部 分 n 無(wú) 線 傳 輸 收 發(fā) 單 元 n 基 頻 處 理 單 元 n 數(shù) 據(jù) 傳 輸 接 口 接 收 到 的 信 號(hào) 傳 送 到 控 制 電 路 中 ， 由 嵌 入 式 處理 器 進(jìn) 行 處 理 或 存 儲(chǔ) 8.6.4 藍(lán) 牙n 特 點(diǎn) : 對(duì) 比 紅 外 線 n 缺 點(diǎn) ： 價(jià) 格 高 (采 用 低 溫 陶 瓷 基 版 )n 優(yōu) 點(diǎn) ： 藍(lán) 牙 紅 外 線 傳 輸 速 度 1Mbps 4Mbps 傳 輸 距 離 10 米 l 米 傳 輸 特 性 可 以 在 任 何 角 度 作 傳 輸 操

42、作 ， 且 具 有 穿 墻 性 只 能 在 特 定 角 度 范 圍 內(nèi) 作 直 接 的 無(wú) 障 礙物 的 傳 輸 操 作 移 動(dòng) 性 可 以 在 移 動(dòng) 狀 態(tài) 下 進(jìn) 行 傳 輸 操 作 需 要 在 靜 止 狀 態(tài) 下 進(jìn) 行 傳 輸 操 作 安 全 機(jī) 制 具 有 完 整 安 全 機(jī) 制 安 全 性 低 模 塊 價(jià) 格 40 元 以 上 816 元 左 右 表 8-4 藍(lán) 牙 與 紅 外 線 無(wú) 線 通 信 方 式 特 性 比 較 表 8.6.5 GPRS n 移 動(dòng) 通 信 :分 為 三 代 n 第 一 代 :模 擬 的 無(wú) 線 網(wǎng) 絡(luò) n 第 二 代 :數(shù) 字 通 信 ， 包 括 GS

43、M、 CDMA等n 第 三 代 :分 組 型 的 移 動(dòng) 業(yè) 務(wù) ， 稱 為 3Gn GPRS（ General Packet Radio System） 屬 于 2.5G： 第 二 代 和 第 三 代 之 間 的 混 合 體 n 采 用 TDMA 方 式 傳 輸 語(yǔ) 音n 采 用 分 組 的 方 式 傳 輸 數(shù) 據(jù) 8.6.5 GPRS n 特 點(diǎn) n 多 個(gè) 用 戶 可 共 享 一 個(gè) 無(wú) 線 信 道 ， 一 個(gè) 用 戶也 可 以 使 用 多 個(gè) 無(wú) 線 信 道 ； 支 持 點(diǎn) 到 點(diǎn) 和 點(diǎn)到 多 點(diǎn) 服 務(wù) ； n 支 持 短 消 息 業(yè) 務(wù) （ SMS） ； 支 持 基 于 標(biāo) 準(zhǔn)數(shù)

44、 據(jù) 通 信 協(xié) 議 的 應(yīng) 用 ， 可 以 和 IP 網(wǎng) 、 X.25 網(wǎng) 互 聯(lián) 互 通 n 永 遠(yuǎn) 在 線 ， 且 按 量 計(jì) 費(fèi) 8.6.5 GPRS n 數(shù) 據(jù) 傳 輸 效 率 相 對(duì) GSM 以 撥 號(hào) 接 入 的 電 路 交 換 數(shù) 據(jù) 傳 送 方 式 ，GPRS 采 用 分 組 交 換 技 術(shù) ， 高 效 傳 輸 數(shù) 據(jù) ， 優(yōu) 化 了對(duì) 網(wǎng) 絡(luò) 資 源 和 無(wú) 線 資 源 的 利 用n 安 全 性GPRS 的 安 全 功 能 同 現(xiàn) 有 的 GSM 安 全 功 能 一 樣 ，不 過(guò) GPRS 使 用 的 密 碼 算 法 是 專 為 分 組 數(shù) 據(jù) 傳 輸所 優(yōu) 化 過(guò) 的 8

45、.6.6 IEEE802.11 n 功 能 及 特 點(diǎn) n 無(wú) 線 局 域 網(wǎng) 的 通 信 標(biāo) 準(zhǔn)n 短 距 離 傳 輸限 于 家 庭 范 圍 使 用 ， 最 多 是 以 大 功 率 無(wú) 線 橋 接 器實(shí) 現(xiàn) 小 區(qū) （ 如 機(jī) 場(chǎng) 、 酒 店 、 餐 廳 和 商 鋪 ） 內(nèi) 覆 蓋 ，要 在 整 個(gè) 城 市 或 更 大 范 圍 則 成 本 太 高 n 版 本 n 1997年 制 定 IEEE802.11 8.6.6 IEEE802.11 n 1999年nIEEE802.11a 5.8GHz頻 帶 ， 帶 寬 54Mbps nIEEE802.11bn 2.4 GHz頻 帶 ， 帶 寬 11Mb

46、ps n 具 有 基 本 加 密 機(jī) 制 ,保 護(hù) 數(shù) 據(jù) 傳 輸 的 完 整 性n 例 ： PCMCIA接 口 的 IEEE802.11b無(wú) 線 網(wǎng) 卡 產(chǎn)品 或 筆 記 本 內(nèi) 置 ， 在 300m范 圍 有 無(wú) 線 橋 接器 (Wireless Access Points)， 就 可 以 連接 上 網(wǎng) 8.6.6 IEEE802.11 n 2003年 nIEEE802 11gn IEEE802 11b的 高 速 版 采 用 了 與 IEEE802.l1b不 同 的 OFDM（ 正 交 頻分 復(fù) 用 ） 調(diào) 制 方 式 ， 傳 輸 速 率 54Mbps n Wi-Fi聯(lián) 盟 認(rèn) 證 了 第

47、 一 批 采 用 802 11g標(biāo) 準(zhǔn)的 產(chǎn) 品 8.7 本 章 小 結(jié) 典 型 的 嵌 入 式 外 圍 設(shè) 備 及 其 接 口 的組 成 、 工 作 原 理 和 特 點(diǎn) n 實(shí) 時(shí) 時(shí) 鐘 n RAM&ROM類 存 儲(chǔ) 設(shè) 備 n 輸 入 輸 出 設(shè) 備 n 外 設(shè) 接 口 和 通 訊 接 口 自 測(cè) 題 n 1.比 較 NOR Gate型 閃 存 與 NAND Gate型閃 存 的 不 同 。 n 2.簡(jiǎn) 述 矩 陣 鍵 盤 按 鍵 接 收 的 工 作 原 理 。 n 3.簡(jiǎn) 述 電 阻 式 觸 摸 屏 的 工 作 原 理 .n 4.比 較 IEEE1394與 USB兩 種 串 行 外 設(shè) 接口 的 不 同 。 n 5.比 較 藍(lán) 牙 與 紅 外 線 兩 種 無(wú) 線 通 信 方式 的 不 同 特 性 。