嵌入式原理5嵌入式系統(tǒng)的外圍設(shè)備和IO接口參考PPT

1、第5章 嵌入式系統(tǒng)的外圍設(shè)備和I/O接口,5.1 外圍設(shè)備 5.2 常見輸入輸出接口類型 5.3 I/O接口原理基礎(chǔ) 5.4 小結(jié),主要內(nèi)容,基本輸入/輸出設(shè)備的結(jié)構(gòu) 輸入設(shè)備：鍵盤、觸摸屏；輸出設(shè)備：LED、LCD I/O接口和總線的工作原理 常見的輸入輸出接口類型 總線接口：I2C、I2S、CAN、以太網(wǎng) 并行接口 串行接口：RS-232、IEEE1394、USB 無線接口：紅外線、藍(lán)牙、IEEE802.11、GPRS、CDMA I/O接口的數(shù)據(jù)交換方式 DMA、查詢、中斷,使用芯片內(nèi)部總線把接口集成在嵌入式處理器內(nèi)部，或者應(yīng)用各種擴(kuò)展方法在處理器外部以接口芯片的形式出現(xiàn),5.1 外圍設(shè)備

2、,5.1.1 輸入設(shè)備：小型鍵盤、觸摸屏 5.1.2 輸出設(shè)備：LED、LCD 5.1.3 擴(kuò)充設(shè)備：PCMCIA、CF、SD、MS 5.1.4 便攜式嵌入式系統(tǒng)的電源 智能型電源管理設(shè)備 智能型電池,輸入設(shè)備,輸入設(shè)備用來將外部信息輸入主機(jī)，一般是將用戶（或廣義的應(yīng)用環(huán)境）所提供的原始信息，轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)所能識(shí)別的二進(jìn)制代碼。 符號(hào)信息，如字符、數(shù)字代碼等。 非符號(hào)信息，如圖形、圖像、聲音、物理信號(hào)等。 輸入設(shè)備往往需要具備信息轉(zhuǎn)換功能與數(shù)據(jù)傳送功能。 常見的輸入設(shè)備 鍵盤、穿孔輸入設(shè)備、數(shù)據(jù)錄入站、圖形數(shù)字化儀、字符輸入與識(shí)別裝置、語音輸入與識(shí)別裝置、光筆、鼠標(biāo)、跟蹤球、操縱桿等,輸入設(shè)備（

3、常見的輸入設(shè)備,鍵盤能將擊鍵動(dòng)作轉(zhuǎn)換成字符代碼，然后輸入計(jì)算機(jī)。 穿孔輸入設(shè)備用有孔、無孔表示1 、0。 數(shù)字化儀能輸入像點(diǎn)的絕對(duì)坐標(biāo)值，從而將圖形轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制代碼。 光筆、鼠標(biāo)、跟蹤球、操縱桿等輸入坐標(biāo)相對(duì)移動(dòng)值來操縱顯示器光標(biāo)移動(dòng)。 掃描儀、攝像機(jī)等可將圖像信息轉(zhuǎn)換為像點(diǎn)代碼，從而輸入圖像。 音頻信號(hào)采集裝置能將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再通過模擬量/數(shù)字量（A/D）轉(zhuǎn)換，輸入計(jì)算機(jī),鍵帽,恢復(fù)彈簧,鍵桿,鍵塊,觸點(diǎn),磁鐵,密封玻管,薄膜,襯墊,基底,直接作用式機(jī)械鍵,干簧管間接作用式,薄膜式短行程觸摸鍵,接觸式按鍵的基本結(jié)構(gòu),從結(jié)構(gòu)上可以分為兩類：接觸式、非接觸式。 從按鍵操作方式上可以分

4、為兩類：機(jī)械動(dòng)作式、觸摸式,閱讀：鍵的結(jié)構(gòu),閱讀：非接觸式鍵,非接觸式鍵將擊鍵動(dòng)作引起的其他物理量變化間接轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，以避開接觸式鍵存在的觸點(diǎn)導(dǎo)通可靠性問題。 常用的非接觸式鍵 電容式 感應(yīng)式 感應(yīng)式鍵是真正的無行程觸摸鍵。 常見的有靜電感應(yīng)式、壓感式、光遮斷式等。 靜電感應(yīng)式鍵有一個(gè)裸露的金屬板，當(dāng)手指接觸它時(shí)，人體所帶的靜電或感應(yīng)所產(chǎn)生的交流電信號(hào)，通過它傳給放大器放大，產(chǎn)生按鍵信號(hào)。易受電磁場(chǎng)干擾。 壓感式鍵一般由一塊壓電陶瓷構(gòu)成，當(dāng)它受到外界壓力時(shí)，會(huì)變形并產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì),小型鍵盤,鍵盤與鍵盤控制器電路工作原理示意,16個(gè)按鍵輸入分別接到鍵盤控制器的4條行輸出X0X3和4條列輸入Y0Y

5、3上，構(gòu)成矩陣鍵盤，以節(jié)省占用的控制器I/O端口資源,小型鍵盤的工作過程/原理,當(dāng)鍵盤按鍵按下時(shí)，某一行與某一列的輸入電路之間形成通路，因此可由輸入的引腳信號(hào)變化得知哪一個(gè)按鍵被按下，按鍵的值將存儲(chǔ)在鍵盤控制器的寄存器中。 一般由鍵盤控制器內(nèi)部自動(dòng)完成按鍵的輸入掃描、譯碼和去抖動(dòng)處理功能。 當(dāng)鍵盤控制器檢測(cè)到矩陣鍵盤中有按鍵被按下時(shí)，鍵盤控制器的Key引腳將由低電平變?yōu)楦唠娖?，并一直保持到按鍵值被讀取為止。 嵌入式處理器從Key引腳得知目前有按鍵被按下時(shí)，將鍵盤控制器的CS引腳設(shè)為低電平，存儲(chǔ)在鍵盤控制器的寄存器中的按鍵值將從鍵盤控制器的DIO引腳依次輸出給嵌入式處理器。 當(dāng)所有按鍵數(shù)值傳送完

6、畢后，Key重新變?yōu)榈碗娖?鍵盤控制器的工作方式,鍵盤控制器通知嵌入式處理器按鍵消息的工作方式 輪詢（Polling）方式 由處理器每隔一段時(shí)間檢測(cè)鍵盤控制器的Key引腳是否為高電平，若是高電平則表示有按鍵被按下。 中斷（Interrupt）方式 由Key引腳直接發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)給處理器，處理器因?yàn)橹袛嘈盘?hào)觸發(fā)得知目前有按鍵被按下,矩陣掃描式鍵盤構(gòu)成,L0,L1,L2,L3,Vcc,C0,C1,C2,C3,閱讀：掃描式鍵盤,通過行驅(qū)動(dòng)電路，使各行線L0Ln依次為0（每次一根行線為0）。每當(dāng)某行為0時(shí)，就讀回各列線狀態(tài)C0Cm， 判斷出各鍵的通斷狀態(tài),同時(shí)按下兩個(gè)以上的鍵時(shí)，也能通過一遍掃描識(shí)別

7、出來,當(dāng)Li=0，Cj=0時(shí)，說明第i行、第j列的鍵被按下，此時(shí)可獲得該鍵的位置碼(i，j,閱讀：非掃描式鍵盤,當(dāng)無任何鍵按下時(shí)，所有輸入線均為1；當(dāng)按下某個(gè)鍵時(shí)，其對(duì)應(yīng)輸入線變?yōu)?，通過與非門產(chǎn)生中斷請(qǐng)求IRQ。CPU 響應(yīng)后，在中斷處理程序中將各個(gè)輸入寄存器的內(nèi)容取回，判斷是哪個(gè)鍵或哪幾個(gè)鍵被按下，其程序結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單。 非掃描式鍵盤的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，速度快，但當(dāng)鍵數(shù)較多時(shí)，硬件代價(jià)高，因此適用于鍵數(shù)較少的場(chǎng)合,非掃描式鍵盤及其中斷接口結(jié)構(gòu)邏輯框圖,直接連接式非掃描式鍵盤直接將各鍵的輸出送往鍵盤接口的輸入寄存器,觸摸屏,傳統(tǒng)的用戶輸入設(shè)備（如鼠標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)鍵盤等）體積大，不符合可攜式嵌入設(shè)備所強(qiáng)調(diào)

8、的輕薄短小特性要求。 通過在液晶屏上疊加一片觸摸屏，用戶可在液晶屏上用觸控筆或手指頭直接點(diǎn)選按鍵或輸入文字，因此觸摸屏在嵌入式系統(tǒng)中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用,觸摸屏的種類,電容式 電阻式 表面聲波式 XGT（Extreme Glass Technology）式,電容式觸摸屏的工作原理,電容式觸摸屏利用人體的電流感應(yīng)進(jìn)行工作 用戶觸摸屏幕時(shí)，由于人體電場(chǎng)，用戶和觸摸屏表面形成一個(gè)耦合電容。 對(duì)于高頻電流而言，電容是直接導(dǎo)體，于是手指從接觸點(diǎn)吸走很小的電流。這個(gè)電流會(huì)從觸摸屏的四個(gè)角上的電極中流出，并且流經(jīng)電極的電流與手指到四個(gè)角的距離成正比，控制器通過對(duì)這四個(gè)電流比例的精確計(jì)算，得出觸摸點(diǎn)的位置,電容式

9、觸摸屏的特點(diǎn),對(duì)大多數(shù)環(huán)境污染物有抵抗力。 人體成為電流回路的一部分，因而漂移現(xiàn)象比較嚴(yán)重。 人體戴手套后不起作用。 需經(jīng)常校正。 不適用于金屬機(jī)柜。 外界存在電感或磁感的時(shí)候，觸摸屏失靈,電阻式觸摸屏工作原理,電阻式觸摸屏有兩層透明導(dǎo)電薄膜，薄膜間保持一定的間隔，且上層薄膜具可伸縮性。當(dāng)上層薄膜受到外力施壓時(shí)，上層薄膜會(huì)觸碰到下層薄膜，這樣造成上下電極導(dǎo)通,利用三維空間的電壓計(jì)測(cè)量面板上不同位置的電平差，由此決定面板哪個(gè)位置受到外力施壓,電阻式觸摸屏的特點(diǎn),高解析度，高速傳輸反應(yīng)。 做過表面硬度處理，減少擦傷、刮傷及防化學(xué)處理。 具有光面及霧面處理。 一次校正，穩(wěn)定性高，永不漂移,表面聲波式

10、觸摸屏,表面聲波式觸摸屏利用聲波在物體的表面進(jìn)行傳輸。當(dāng)有物體觸摸到表面時(shí)，阻礙聲波的傳輸，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。 表面聲波式觸摸屏的特點(diǎn) 清晰度高，透光性好。 高度耐久，抗刮傷性良好。 一次校正永不漂移。 需要經(jīng)常維護(hù)，適合于環(huán)境比較清潔的場(chǎng)所。 因?yàn)榛覊m、油污甚至飲料的液體玷污在屏的表面，都會(huì)阻塞觸摸屏表面的導(dǎo)波槽，使聲波不能正常反射，或使波形改變而控制器無法正常識(shí)別,XGT式觸摸屏,XGT式觸摸屏采用純玻璃面板，與透明導(dǎo)電薄膜相比，透光率提高了15%左右。使用XGT時(shí)，將電壓連到玻璃基板的四個(gè)角落，此時(shí)玻璃基板會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)。在輸入數(shù)據(jù)時(shí)，通過特殊的有線

11、觸控筆去觸控輸入，其他實(shí)體觸碰不會(huì)有反應(yīng)，觸控筆所觸碰的位置可以通過電場(chǎng)的變化得知。 XGT式觸摸屏的特點(diǎn) XGT結(jié)合了電阻式和表面聲波式觸摸屏的優(yōu)點(diǎn)。 平均使用壽命大概是前類產(chǎn)品的100倍。 防水、防火、防塵、防刮、抗菌。 可以應(yīng)用在高溫、低溫以及環(huán)境惡劣的狀況下,觸摸屏與LCD的配合,一般觸摸屏將觸摸時(shí)的X、Y方向的電壓值傳到A/D轉(zhuǎn)換口，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后的X、Y值僅是對(duì)當(dāng)前觸摸點(diǎn)的電壓值的A/D轉(zhuǎn)換值。但它不具有實(shí)用價(jià)值，因?yàn)檫@個(gè)值的大小不但與觸摸屏的分辨率有關(guān)，而且與觸摸屏與LCD貼合的情況有關(guān)。 LCD分辨率與觸摸屏的分辨率一般不同，坐標(biāo)系也不一樣，因此，如果想得到在LCD坐標(biāo)系中的

12、觸摸屏位置值，還需要在程序中進(jìn)行轉(zhuǎn)換,輸出設(shè)備,發(fā)光二極管 Light-Emitting-Diode，LED 液晶顯示器 Liquid Crystal Display，LCD,半導(dǎo)體發(fā)光器件,半導(dǎo)體發(fā)光部件被廣泛應(yīng)用于各種電子儀器和電子設(shè)備中，可作為電源指示燈、電平指示、工作狀態(tài)顯示或微光源之用。 紅外發(fā)光管常被用于電視機(jī)、錄像機(jī)等的遙控器中。 紅綠雙色發(fā)光管用于指示PC或筆記本電腦中的硬盤工作狀態(tài)。 數(shù)碼管、符號(hào)管、米字管及點(diǎn)陣顯示屏（矩陣管）中的每個(gè)發(fā)光單元均為發(fā)光二極管（Light-Emitting-Diode，LED,LED,基本結(jié)構(gòu) 發(fā)光二極管是由-族化合物（如砷化鎵、磷化嫁、磷砷化

13、鎵）等半導(dǎo)體制成的，核心是一個(gè)PN結(jié)。 工作原理 LED具有一般P-N結(jié)的正向?qū)ā⒎聪蚪刂?擊穿的特性。具有發(fā)光特性，在正向電壓下，電子由N區(qū)注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)，進(jìn)入對(duì)方區(qū)域的少數(shù)載流子（少子）一部分與多數(shù)載流子（多子）復(fù)合而發(fā)光。 LED的優(yōu)點(diǎn) 耗電少、成本低、配置簡(jiǎn)單靈活、安裝方便、耐振動(dòng)、壽命長(zhǎng),LED的類型,按發(fā)光管發(fā)光顏色，LED可分為紅色、橙色、綠色、藍(lán)色等，有的發(fā)光二極管中包含兩種或三種顏色的芯片。 根據(jù)發(fā)光二極管出光處是否摻散射劑、有色、無色，上述各種顏色的發(fā)光二極管還可分成有色透明、無色透明、有色散射和無色散射。 按發(fā)光管出光面特征，LED分為圓燈、方燈、矩形、面

14、發(fā)光管、側(cè)向管、表面安裝用微型管等。 按發(fā)光角度分，LED分為高指向型、標(biāo)準(zhǔn)型和散射型。 按發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)分，LED分為全環(huán)氧包封、金屬底座環(huán)氧封裝、陶瓷底座環(huán)氧封裝及玻璃封裝等,發(fā)光二極管的性能：顏色、尺寸、形狀、發(fā)光強(qiáng)度及透明情況,七段數(shù)碼管結(jié)構(gòu)原理,基本的數(shù)碼管由7段條狀發(fā)光二極管按“日”字型排列而成，可實(shí)現(xiàn)數(shù)字09、部分字母和小數(shù)點(diǎn)的顯示。 發(fā)光段電極的連接方式 共陰極方式：各段發(fā)光管的陰極是公共的，而陽極是互相隔離的。 共陽極方式：各段發(fā)光管的陽極是公共的，而陰極互相隔離。 一般地，共陰極接法不需外接電阻，共陽極接法必須外接電阻,管腳配制外形圖,共陰極連接,共陽極連接,共陰極7段L

15、ED顯示字型編碼,說明：共陰極LED，被選中的段為高電平有效，熄滅的段碼為00H；共陽極LED，選中的段為低電平有效，熄滅的段碼為FFH,數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng),控制數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)級(jí)的控制電路（也稱為驅(qū)動(dòng)電路） 靜態(tài)驅(qū)動(dòng) 每個(gè)數(shù)碼管各用一個(gè)并口驅(qū)動(dòng)。 動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng) 當(dāng)多個(gè)數(shù)碼管需要同時(shí)顯示時(shí)，為簡(jiǎn)化電路和降低成本，采用動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)方式，即對(duì)所有數(shù)碼管使用一個(gè)專門的并口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。各數(shù)碼管分時(shí)輪流選通受控顯示，當(dāng)輪詢掃描速度足夠快時(shí)，利用人眼的視覺暫留現(xiàn)象，顯示的數(shù)字將不會(huì)產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象，顯示效果與靜態(tài)驅(qū)動(dòng)基本相同。 動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)方式的數(shù)碼管接口電路中不宜接太多的數(shù)碼管，一般在8個(gè)以內(nèi)。個(gè)數(shù)較多時(shí)，應(yīng)采取措施增加驅(qū)動(dòng)能力，以

16、提高顯示亮度,米字管、符號(hào)管,米字管可以顯示包括英文字母在內(nèi)的多種符號(hào)。 符號(hào)管主要用來顯示+、-或號(hào)等。 米字管、符號(hào)管的結(jié)構(gòu)原理與7段數(shù)碼管類似，因此驅(qū)動(dòng)方式也基本相同，只是字符的編碼方式與7段數(shù)碼管不同,點(diǎn)陣顯示屏原理,若干獨(dú)立的發(fā)光二極管封為點(diǎn)陣形式構(gòu)成點(diǎn)陣顯示屏。每個(gè)發(fā)光二極管排列在陣列中行列線的各交點(diǎn)處，微處理器通過總線操作完成對(duì)點(diǎn)陣顯示屏中每個(gè)LED的亮、暗控制。 點(diǎn)陣顯示屏不僅可以顯示數(shù)字，也可以顯示所有西文字母和符號(hào)。如果將多塊組合，可以構(gòu)成大屏幕顯示屏，用于漢字、圖形、圖表等的顯示,點(diǎn)陣顯示,發(fā)光二極管排列,液晶顯示器（Liquid Crystal Display，LCD,

17、LCD利用液晶的特性來處理顯示的效果。 液晶是一種介于固態(tài)與液態(tài)之間的物質(zhì)，它具備固態(tài)晶體的光學(xué)特性，同時(shí)也具有液態(tài)物質(zhì)的流動(dòng)特性。 當(dāng)液晶被通上電壓后，液晶的內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生扭曲，穿過液晶物質(zhì)的光線也會(huì)因此被改變?cè)拘羞M(jìn)的角度。 液晶屏幕顯示器上具有一大堆的液晶物質(zhì)陣列，每一個(gè)像素用一個(gè)液晶單元表示，當(dāng)一個(gè)像素需要改變顯示狀態(tài)時(shí)，就對(duì)這一個(gè)液晶單元施以電壓，它就會(huì)對(duì)于背光所發(fā)射穿透液晶單元的光線做顯示角度的改變，因而可以控制所顯示的光線明暗,LCD結(jié)構(gòu)原理,LCD屏幕的結(jié)構(gòu) 背光板、偏光板、液晶陣列以及彩色濾光膜等,LCD的工作原理/過程,背光板作為光源產(chǎn)生器，產(chǎn)生光線。 第一塊偏光板的方向性

18、使得一部分光線被過濾掉。 液晶陣列根據(jù)LCD控制器所給予的不同電壓將內(nèi)部的液晶結(jié)構(gòu)改變，光線隨之改變行進(jìn)方向。 光線經(jīng)過彩色濾光膜后，顯示出所指定的三原色色彩RGB。 最后一塊偏光板與第一塊偏光板呈90垂直。 若是將這兩塊偏光板疊合起來，所有照射在這兩塊偏光板的光線都會(huì)被遮擋下來，但是在兩塊偏光板中間的光線經(jīng)過液晶陣列對(duì)光線角度改變后，原本該擋下來的光線會(huì)因?yàn)榻嵌鹊母淖兌ㄟ^第二塊偏光板，這樣就可以將不需要顯示的光線巧妙地?fù)踝?，不?huì)顯示在液晶屏幕上,LCD的類型及異同點(diǎn),被動(dòng)式LCD 控制電壓組件設(shè)計(jì)在面板的四周，因此反應(yīng)時(shí)間較慢，而且光線輸出量較少，造成顯示動(dòng)態(tài)影像與一般顯示器效果差距很大，

19、而且可視角度較窄，容易出現(xiàn)殘影的現(xiàn)象。 主動(dòng)式LCD 在每個(gè)液晶單元內(nèi)植入控制電壓的組件，如此可以增加光輸出量，也可以提高反應(yīng)速度，提供鮮艷的色彩與較好的動(dòng)態(tài)影像。 制造成本較高，尺寸越大，液晶面板的優(yōu)良率低,LCD的應(yīng)用,比較高檔的嵌入式系統(tǒng)才會(huì)采用主動(dòng)式LCD。 彩色的個(gè)人數(shù)字助理、信息家電、。 一般的嵌入式系統(tǒng)，從成本和實(shí)用性角度考慮，大多數(shù)采用被動(dòng)式LCD。 普通的移動(dòng)電話,擴(kuò)充設(shè)備,內(nèi)置設(shè)備的缺點(diǎn) 內(nèi)置大容量?jī)?nèi)存、調(diào)制解調(diào)器、多媒體播放設(shè)備或者是數(shù)碼相機(jī)等的嵌入式系統(tǒng)，成本一定很高，所占體積也很大，而且沒有什么變動(dòng)的可伸縮性 因此現(xiàn)在高級(jí)的嵌入式系統(tǒng)都會(huì)預(yù)留擴(kuò)充的接口，以便在特別需求

20、時(shí)，可以直接購買符合擴(kuò)充接口規(guī)格的設(shè)備，直接接上嵌入式系統(tǒng)使用,PCMCIA,CF,SD,MS,便攜式嵌入式系統(tǒng)的電源,需求問題】 嵌入式系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)它的可移植性，力求外觀的小型化、重量的輕質(zhì)化以及電源使用的延長(zhǎng)化。 鎳氫電池、鋰電池的重量都很大，若想要有較多的蓄電量，就必須使用比較大型的電池，這樣會(huì)造成便攜式嵌入系統(tǒng)搭載上電池后，變得又大又笨重,智能型電源管理設(shè)備,便攜式嵌入系統(tǒng)采用智能型電源管理設(shè)備，檢測(cè)系統(tǒng)真正需要使用電源的時(shí)間，確保電源不會(huì)浪費(fèi)在無謂的等待時(shí)間。 需要用到電源時(shí)，智能型電源管理設(shè)備會(huì)將電源打開。 不需要使用到電源時(shí)，會(huì)關(guān)閉電源開關(guān)。 混合電壓設(shè)計(jì) 針對(duì)各個(gè)不同的組件所需要提

21、供的最低操作電壓，給予不同的電壓驅(qū)動(dòng)，使功率消耗分配更有效率。 例如，微處理器部分大多數(shù)為2.5V就可以驅(qū)動(dòng)；輸入輸出控制組件則需要3.3V左右。因此，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到電源整流器、電源控制器以及電源監(jiān)控IC等的合適組件，用于驅(qū)動(dòng)電路及監(jiān)控系統(tǒng),智能型電池系統(tǒng)（Smart Battery System,問題】對(duì)于用戶來說，只提供電源供應(yīng)，而沒有提供電池本身的相關(guān)信息（剩余電量及電壓等的信息）很不方便。當(dāng)所使用的系統(tǒng)電池電量突然用完，而系統(tǒng)正在處理重要數(shù)據(jù)時(shí)遭受到突然的斷電，會(huì)造成數(shù)據(jù)的流失或系統(tǒng)的損毀。 【解決方案】智能型電池系統(tǒng)是Intel和Duracell公司開發(fā)的一種電池規(guī)格。符合智能型電

22、池系統(tǒng)規(guī)格的電池除了具備供電的電源接頭外，還具備兩個(gè)信號(hào)接頭，可以通過電池系統(tǒng)管理總線（System Management Bus）和系統(tǒng)進(jìn)行連通，讓系統(tǒng)“知道”目前電池所剩余的電量。 系統(tǒng)通過電池系統(tǒng)管理總線得知目前電力不足時(shí)，可以提示用戶更換新電池或是對(duì)電池充電。當(dāng)充電器對(duì)電池充滿后，系統(tǒng)也可以“知道”己經(jīng)不需要再充電了，于是停止充電器對(duì)電池充電，以免電池被持續(xù)過量充電而損壞,5.2 常見輸入輸出接口類型,5.2.1 總線接口 5.2.2 并行接口 5.2.3 串行接口 5.2.4 無線接入技術(shù),I2C、I2S、USB、IEEE1394等串行外設(shè)接口線路簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)，但控制也相對(duì)復(fù)雜

23、,總線接口,常見的總線接口 I2C（Inter-Integrated Circuit） I2S（Inter-IC Sound） CAN（Controller Area Network） 以太網(wǎng)（Ethernet）,I2C,I2C是一種雙向兩線制的串行數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)總線。 I2C通過串行數(shù)據(jù)線（SDL）及串行時(shí)鐘線（SCL）兩根導(dǎo)線連接嵌入式處理器和外設(shè)。 數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣纫话銥?00kbit/s，最高可達(dá)到400kbit/s。 采用I2C總線的標(biāo)準(zhǔn)器件的內(nèi)部不僅具有I2C接口電路，而且將內(nèi)部各單元電路按功能劃分為若干相對(duì)獨(dú)立的模塊，通過軟件尋址實(shí)現(xiàn)片選（模塊選擇），減少了器件片選線的連接。CPU不

24、僅能通過指令將某個(gè)功能單元接入和脫離總線，還可以對(duì)功能單元的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件系統(tǒng)簡(jiǎn)單靈活的擴(kuò)展與控制,I2C（續(xù),傳統(tǒng)的單片機(jī)串行接口的發(fā)送和接收一般都各用一條線。 例如，MCS 51系列的TXD和RXD。 I2C中的SDL和SCL均為雙向I/O線。I2C總線根據(jù)器件的功能通過軟件程序使其工作于發(fā)送和接收方式。 發(fā)送器（主器件）：向總線發(fā)送消息的器件。 接收器（從器件）：從總線上接收信息的器件。 主器件用于啟動(dòng)總線傳送數(shù)據(jù)并產(chǎn)生時(shí)鐘以開放傳送的器件，此時(shí)任何被尋址的器件均被認(rèn)為是從器件。 I2C總線的控制完全由掛接在總線上的主器件送出的地址和數(shù)據(jù)決定。在該總線上，既沒有中心機(jī)，

25、也沒有優(yōu)先級(jí),I2C（續(xù),總線競(jìng)爭(zhēng)：總線上可能掛接有多個(gè)器件，有時(shí)會(huì)發(fā)生兩個(gè)或多個(gè)主器件同時(shí)想占用總線的情況。 例如，多個(gè)單片機(jī)組成的系統(tǒng)中，可能在某一時(shí)刻有兩個(gè)單片機(jī)要同時(shí)向總線發(fā)送數(shù)據(jù)。 I2C總線具有多主控制能力，可以對(duì)發(fā)生在SDL線上的總線競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)行仲裁,I2C（續(xù),仲裁原則 當(dāng)多個(gè)主器件同時(shí)想占用總線時(shí)，如果某個(gè)主器件發(fā)送高電平，而另一個(gè)主器件發(fā)送低電平，則發(fā)送電平與此時(shí)SDL總線電平不符的那個(gè)器件將自動(dòng)關(guān)閉其輸出線。 總線競(jìng)爭(zhēng)的仲裁 地址位的比較 如果主器件尋址同一個(gè)從器件，則進(jìn)入數(shù)據(jù)位的比較，從而確保了競(jìng)爭(zhēng)仲裁的可靠性。 利用I2C總線上的信息進(jìn)行仲裁，因此不會(huì)造成信息的丟失,I2

26、C總線的一次典型工作流程,1）開始：信號(hào)表明傳輸開始。 （2）地址：主設(shè)備發(fā)送地址信息，包含7位從設(shè)備地址和1位指示位（表明讀、寫或數(shù)據(jù)流的方向）。 （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?shù)臄?shù)據(jù)量沒有限制；接收器上用一位的ACK（回答信號(hào)）表明一個(gè)字節(jié)己收到；傳輸可以被終止或重新開始。 （4）停止：信號(hào)結(jié)束傳輸,I2S,I2S是一種串行總線接口標(biāo)準(zhǔn)，主要應(yīng)用于數(shù)字音頻處理設(shè)備。例如，便攜CD機(jī)、數(shù)字音頻處理器等。 I2S將音頻數(shù)據(jù)與時(shí)鐘信號(hào)分離，避免由時(shí)鐘帶來的抖動(dòng)問題，因此系統(tǒng)中不再需要消除抖動(dòng)的器件。 I2S總線僅處理音頻數(shù)據(jù)，對(duì)其他信號(hào)（如控制

27、信號(hào)等）單獨(dú)傳送。 I2S總線只由3根串行線組成 分時(shí)復(fù)用的數(shù)據(jù)通道線（Serial Data，SD） 字選擇線（Word Select，WS） 時(shí)鐘線（Continuous Serial Clock，CSK,I2S,WS信號(hào)線指示左通道或右通道的數(shù)據(jù)將被傳輸。 SD信號(hào)線按高有效位MSB到低有效位LSB的順序傳送字長(zhǎng)的音頻數(shù)據(jù)。 MSB總在WS切換后的第一個(gè)時(shí)鐘發(fā)送。如果數(shù)據(jù)長(zhǎng)度不匹配，那么接收器和發(fā)送器將對(duì)其自動(dòng)截取或填充,I2S總線接口的基本時(shí)序,CAN,CAN是一種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用的串行通信協(xié)議。 CAN通信協(xié)議的穩(wěn)定性不錯(cuò)，因此常被嵌入式系統(tǒng)用到電子組件間數(shù)據(jù)傳遞的應(yīng)用上。 CAN的

28、數(shù)據(jù)傳輸速率最高可到達(dá)1Mbit/s位，并且具備錯(cuò)誤檢測(cè)的功能。 在硬件線路結(jié)構(gòu)上，一般采用雙絞線作為數(shù)據(jù)傳輸總線。 每一個(gè)連到CAN總線的電子組件稱為節(jié)點(diǎn)（Node），各自擁有自己的傳送與接收電路，作為數(shù)據(jù)輸入輸出之用。 CAN總線在數(shù)據(jù)連接上采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式（Peer to Peer），如果連接在總線中一個(gè)電子組件發(fā)生問題，無法進(jìn)行數(shù)據(jù)溝通時(shí)，其他連接在總線的電子組件仍然可以繼續(xù)執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぷ?，總線不會(huì)因此而全面癱瘓,CAN工作原理,在節(jié)點(diǎn)在數(shù)據(jù)傳送時(shí)，設(shè)置為顯性模式和隱性模式，在邏輯上分別代表0以及1。 當(dāng)總線沒有任何數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，是隱性狀態(tài)（Recessive Level），這個(gè)時(shí)候

29、連接在總線的任何節(jié)點(diǎn)都可以發(fā)送數(shù)據(jù)。 當(dāng)某一節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，總線會(huì)處在顯性狀態(tài)（Dominant Level），數(shù)據(jù)的發(fā)送是以包的方式傳送,CAN工作原理,仲裁字段內(nèi)定義了數(shù)據(jù)發(fā)送的目的地。 控制字段內(nèi)定義數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度。 ACK字段用來確定數(shù)據(jù)是否被正確地接收，發(fā)送端會(huì)在ACK字段中設(shè)置一個(gè)隱性位（Recessive Bit），邏輯上為1，當(dāng)接收端的節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸有錯(cuò)誤時(shí)，會(huì)將ACK字段設(shè)置為顯性位，邏輯上為0，當(dāng)發(fā)送端得知ACK字段被改為0時(shí)，就知道數(shù)據(jù)發(fā)送錯(cuò)誤，必須再重新傳送數(shù)據(jù)。 如果總線同時(shí)有兩筆數(shù)據(jù)要傳送，則總線會(huì)根據(jù)仲裁位中的識(shí)別ID比較優(yōu)先級(jí)，決定哪筆數(shù)據(jù)先發(fā)送,CAN總線數(shù)據(jù)包

30、,以太網(wǎng),以太網(wǎng)是目前局域網(wǎng)中最通用的一種通信總線標(biāo)準(zhǔn)。在以太網(wǎng)中，所有通信節(jié)點(diǎn)被連接在一條電纜上，采用CSMA/CD（載波監(jiān)聽/沖突檢測(cè)）的訪問方法和競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制。 在星型或總線型配置結(jié)構(gòu)中，集線器/交換機(jī)/網(wǎng)橋通過電纜使各通信節(jié)點(diǎn)彼此之間相互連接。 以太網(wǎng)通信協(xié)議遵循IEEE802.3系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。 IEEE802.3：10Base Ethernet，通信速率10Mbit/s通信標(biāo)準(zhǔn)。 IEEE802.3u：Fast Ethernet，通信速率100Mbit/s通信標(biāo)準(zhǔn)。 IEEE802.3z：Gigabit Ethernet，1000Mbit/s通信標(biāo)準(zhǔn)。 IEEE802.3ae：10Gig

31、abit Ethernet，10000Mbit/s通信標(biāo)準(zhǔn),IEEE802.3的4種通信介質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),10Base5 通常被稱為“粗以太網(wǎng)（Thick Ethernet）電纜”，建議為黃色，每隔2.5m一個(gè)標(biāo)志，標(biāo)明分接頭插入處，連接處通常采用插入式分接頭，將其觸針小心地插入到同軸電纜的內(nèi)芯。名稱10Base5表示的意思是：工作速率為10Mbit/s，采用基帶信號(hào)，最大支持段長(zhǎng)為500m，每段節(jié)點(diǎn)數(shù)為100。 10Base2 稱為“細(xì)以太網(wǎng)（Thin Ethernet）”電纜，很容易彎曲，其接頭處采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的BNC連接器組成T型插座，使用靈活，可靠性高?！凹?xì)以太網(wǎng)”電纜價(jià)格低廉，安裝方便，但是使

32、用范圍只有200m，并且每個(gè)電纜段內(nèi)接點(diǎn)容量為30,IEEE802.3的4種通信介質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),10Base-T 所有站點(diǎn)均連接到一個(gè)中心集線器（Hub）上，通常這些連線是電話公司的雙絞線，其每段節(jié)點(diǎn)數(shù)為1024。 增添或移去節(jié)點(diǎn)變得十分簡(jiǎn)單，并且很容易檢測(cè)到電纜故障。電纜的最大有效長(zhǎng)度為距集線器100m，即使是高質(zhì)量的雙絞線（5類線），最大長(zhǎng)度可能也只有150m，大集線器的價(jià)格也較高。 10Base-F 采用光纖介質(zhì) 連接器和終止器的價(jià)格十分昂貴，有極好的抗干擾性，常用于辦公大樓或相距較遠(yuǎn)的集線器間的連接，電纜的最大有效長(zhǎng)度為距集線器2000m，每段節(jié)點(diǎn)數(shù)為1024,并行接口,采用并行協(xié)議的傳送方

33、式：兩個(gè)電子設(shè)備在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，通過由多條數(shù)據(jù)線組成的總線，一次可以同時(shí)傳送多位數(shù)據(jù)。 典型的并行協(xié)議的應(yīng)用是微機(jī)系統(tǒng)的打印機(jī)接口，稱為打印機(jī)的并行端口（Parallel Port，簡(jiǎn)稱并口），并口將數(shù)據(jù)以一次多個(gè)位的方式通過并行傳輸線，傳送到打印機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的譯碼，之后打印出來。 并行接口的特點(diǎn) 并行接口傳輸數(shù)據(jù)量大、速度快、控制簡(jiǎn)單。 傳輸長(zhǎng)度過長(zhǎng)時(shí)，電子線路間將產(chǎn)生電容效應(yīng)，因此數(shù)據(jù)傳輸總線的長(zhǎng)度受到一定限制，抗干擾能力差，影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_率,串行接口,RS-232 IEEE1394 USB,RS-232,RS-232是由EIA所制定的一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的串行異步通信標(biāo)準(zhǔn)，包括機(jī)械特性規(guī)范和電氣特

34、性規(guī)范。 RS-232的物理接口形式：DB-9、DB-25,RS-232端口DB-9引腳定義,RS-232,RS-232通信信號(hào)電平為515V，采用負(fù)邏輯，即-15V-5V表示“1”，+5V+15V表示“0”。 負(fù)邏輯不同于數(shù)字電路的03V或05V，因此以RS-232的方式進(jìn)行通信，需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。 比特率是用來決定位傳送與接收的速度，RS-232常用的比特率為240019200bit/s。 數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，RS-232的雙方電子設(shè)備必須事先設(shè)置好比特率，才可以順利完成數(shù)據(jù)的收發(fā)工作。 RS-232的控制傳輸部分稱為UART（Universal Asynchronous Receiver/Tra

35、nsmitter）接口,RS-232,實(shí)現(xiàn)RS-232傳輸?shù)腢ART芯片包含有接收器與發(fā)送器。 接收器會(huì)持續(xù)不斷監(jiān)控RX（Receive）引腳，檢查是否有數(shù)據(jù)的起始位，通常信號(hào)由高電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖奖硎緸槠鹗嘉?。?dāng)檢測(cè)到起始位后，接收器對(duì)RX引腳以設(shè)置的比特率進(jìn)行信號(hào)采樣，將接收到的信號(hào)存入寄存器中。 數(shù)據(jù)接收完畢后，通知其他需要數(shù)據(jù)的電子組件將UART芯片中的數(shù)據(jù)由寄存器取出。 常見的UART芯片，最高比特率可以達(dá)到1152kbit/s，擁有64字節(jié)的接收寄存器。 許多嵌入式處理器己內(nèi)置了UART功能模塊，只要利用為處理器提供的指令集設(shè)置通信比特率、流量控制方式、奇偶校驗(yàn)位等到相應(yīng)寄存器中，即

36、可方便地實(shí)現(xiàn)RS-232的通信功能,UART的功能,將計(jì)算機(jī)內(nèi)部傳送過來的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為輸出的串行數(shù)據(jù)流。 將計(jì)算機(jī)外部傳來的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為字節(jié)，供給計(jì)算機(jī)內(nèi)部使用并行數(shù)據(jù)的器件。 在輸出的串行數(shù)據(jù)流中加入奇偶校驗(yàn)位，并對(duì)從外部接收的數(shù)據(jù)流進(jìn)行奇偶校驗(yàn)。 在輸出數(shù)據(jù)流中加入啟/停標(biāo)記，并從接收數(shù)據(jù)流中刪除啟/停標(biāo)記。 處理由鍵盤或鼠標(biāo)發(fā)出的中斷信號(hào)（鍵盤和鼠標(biāo)也是串行設(shè)備）。 處理計(jì)算機(jī)與外部串行設(shè)備的同步管理問題,通用串行總線（Universal Serial Bus，USB,USB為PC的外設(shè)擴(kuò)充提供了一個(gè)很好的解決方案 所有的外設(shè)都在機(jī)箱外連接，連接外設(shè)不必再打開機(jī)箱。 允許外設(shè)熱插拔，

37、而不必關(guān)閉主機(jī)電源。 采用“級(jí)聯(lián)”方式。 每個(gè)USB設(shè)備用一個(gè)USB插頭連接到一個(gè)外設(shè)的USB插座上，而其本身又提供一個(gè)USB插座供下一個(gè)USB外設(shè)連接使用，通過這種類似菊花鏈?zhǔn)降倪B接，一個(gè)USB控制器可以連接多達(dá)127個(gè)外設(shè)。 外設(shè)間的距離（線纜長(zhǎng)度）可達(dá)5m。 USB能夠智能識(shí)別USB鏈上外圍設(shè)備的插入和拆卸,USB的主要特性,1）速度快 USB2.0最高傳輸速率480Mbit/s。 （2）使用方便 可以帶電插拔各種硬件，不用擔(dān)心硬件是否會(huì)因此損壞。 支持多個(gè)不同設(shè)備的級(jí)聯(lián)，一個(gè)USB接口最多可以連接127個(gè)USB設(shè)備 沒有IRQ沖突的問題。單獨(dú)使用自己的保留中斷，因此不會(huì)額外占用電腦有限

38、的資源。 （3）自取電 不需要用單獨(dú)的供電系統(tǒng)，接口內(nèi)置了取電裝置，可以向低壓設(shè)備提供5V電源,USB的主要結(jié)構(gòu),控制器接收和執(zhí)行由系統(tǒng)向USB發(fā)出的各種命令。 控制器驅(qū)動(dòng)程序向控制器發(fā)送各種命令和向系統(tǒng)回饋各種信息。 USB芯片驅(qū)動(dòng)程序使操作系統(tǒng)能夠?qū)SB進(jìn)行支持。 USB設(shè)備是各種與PC的USB接口相連的設(shè)備。 USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是使操作系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)USB誼箏的程序,USB的傳輸方式,1）實(shí)時(shí)傳輸方式 有固定的傳輸速率，雙方USB設(shè)備必須先協(xié)議好一個(gè)固定的數(shù)據(jù)傳輸速率。 適用于多媒體影音設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸。 （2）中斷傳輸方式 USB不支持硬件的中斷方式，因此USB所提供的中斷傳輸方式實(shí)質(zhì)是一種

39、周期性檢查，檢查設(shè)備是否有數(shù)據(jù)傳輸。 適合于USB接口的鍵盤、鼠標(biāo)或者是搖桿,USB的傳輸方式,3）批量傳輸方式 沒有固定的傳輸速率。 適合于需傳輸大批量數(shù)據(jù)的場(chǎng)合。 例如，打印機(jī)、掃描儀等設(shè)備。 （4）控制傳輸方式 一種雙向的數(shù)據(jù)傳輸模式。包含了三種控制類型：讀取、寫入、無數(shù)據(jù)控制。 數(shù)據(jù)在傳輸時(shí)，控制器會(huì)以CRC（循環(huán)冗余校驗(yàn)碼）做數(shù)據(jù)正確性的檢查，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤且無法復(fù)原時(shí)，數(shù)據(jù)將被重傳,USB連接器,A類連接器主要應(yīng)用于USB設(shè)備將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街髟O(shè)備（Host）的場(chǎng)合。 B類連接器主要應(yīng)用于主設(shè)備將數(shù)據(jù)傳輸?shù)経SB設(shè)備（Client）的場(chǎng)合,IEEE1394,IEEE1394是一種高速串

40、行總線，亦稱為火線（Fire wire）。 IEEE1394與USB的共同點(diǎn) 都是一種通用外接設(shè)備接口 都可以快速傳輸大量數(shù)據(jù) 都能連接多個(gè)不同設(shè)備 都支持熱插拔 都可以不用外部電源,IEEE1394（與USB的區(qū)別,1）傳輸速率不同 USB2.0一般用于連接低速設(shè)備；IEEE1394主要應(yīng)用于需要高速率的設(shè)備。 （2）連接方式不同 USB采用主從連接方式，必需Hub（集線器）實(shí)現(xiàn)互連，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中最多可連接127臺(tái)設(shè)備；IEEE1394采用多主方式，不需要Hub，可以用網(wǎng)橋連接多個(gè)IEEE1394網(wǎng)絡(luò)，在用IEEE1394實(shí)現(xiàn)了63臺(tái)IEEEl394設(shè)備之后還可以用網(wǎng)橋?qū)⑵渌腎EEE1394

41、網(wǎng)絡(luò)連接起來，達(dá)到無限制連接。 （3）智能化不同 USB以Hub來判斷連接設(shè)備的增減；IEEE1394網(wǎng)絡(luò)可以在其設(shè)備進(jìn)行增減時(shí)自動(dòng)重設(shè)網(wǎng)絡(luò),無線接入技術(shù),常見的無線協(xié)議 紅外線 藍(lán)牙 GPRS IEEE802.11 CDMA,紅外線,紅外線收發(fā)模塊 紅外線發(fā)光二級(jí)管就是發(fā)射紅外線波的單元，所發(fā)射的紅外線波長(zhǎng)在0.850.90m。硅晶PIN光敏二極管是接收紅外線信號(hào)的單元，所接收到的信號(hào)會(huì)傳送到控制電路中。 IrDA1.0采用波長(zhǎng)0.850.90m的紅外線傳輸，傳輸速度為115.2kbit/s，有效距離在1m之內(nèi)，發(fā)射接收角度在30之內(nèi)；FIR1.1的傳輸速度達(dá)到4Mbit/s；VFIR的傳輸

42、速度可達(dá)16Mbit/s，有效距離達(dá)到8m,藍(lán)牙,藍(lán)牙模塊是一個(gè)無線通信的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。 藍(lán)牙模塊的無線通信頻率在一個(gè)不需要額外向管理單位提出申請(qǐng)的無線電通信頻帶（Industrial Scientific Medical-ISM ）內(nèi)，其頻帶頻率范圍大約在2.4022.480GHz。 藍(lán)牙模塊所發(fā)射的信號(hào)，可以在很多無線噪聲的環(huán)境下仍然保持它的準(zhǔn)確性，并將數(shù)據(jù)正確地傳輸?shù)剿{(lán)牙接收模塊中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理工作,藍(lán)牙（模塊,藍(lán)牙無線信號(hào)經(jīng)無線傳輸收發(fā)單元接收后，會(huì)將信號(hào)數(shù)據(jù)傳送到基頻處理單元，進(jìn)行無線信號(hào)處理的工作，處理好的數(shù)字信號(hào)通過數(shù)據(jù)傳輸接口，傳送到微處理器中進(jìn)行數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理工作,藍(lán)牙模塊和紅外線收

43、發(fā)模塊的比較,IEEE802.11,無線局域網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.11是為了讓各個(gè)廠商的無線局域網(wǎng)設(shè)備彼此兼容并且穩(wěn)定地進(jìn)行無線傳輸而設(shè)計(jì)的。 IEEE802.11無線網(wǎng)絡(luò)是一種短距離無線通信方式，一般只在家庭范圍內(nèi)使用，避免了接線的麻煩。 最多是以大功率無線橋接器實(shí)現(xiàn)小區(qū)內(nèi)覆蓋，要在整個(gè)城市或者更大范圍實(shí)現(xiàn)覆蓋，成本太高。 IEEE802.11系列無線網(wǎng)絡(luò)主要還是針對(duì)小范圍內(nèi)的無線接入。 例如，在一些條件好的機(jī)場(chǎng)、酒店、餐廳和商鋪已開始提供該項(xiàng)無線接入服務(wù),IEEE802.11（續(xù),無線傳輸協(xié)議IEEE802.11a及802.11b IEEE802.11a是設(shè)置在5.8GHz的頻帶進(jìn)行無

44、線傳輸，帶寬（相當(dāng)于速率）為54Mbit/s。 IEEE802.11b是在2.4GHz的頻帶中進(jìn)行傳輸，帶寬為11Mbit/s，具有基本的加密機(jī)制（Wired Equivalent Privacy Mechanism），可以用來確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，并且還可確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾浴?內(nèi)置了IEEE802.11b筆記本電腦，用戶可以將PCMCIA接口的IEEE802.11b無線網(wǎng)卡插在具有PCMCIA擴(kuò)充槽上，如果在300m范圍有無線橋接器（Wireless Access Points），就可以連接上網(wǎng)。 802.11g可以看作是802.11b的高速版。為了實(shí)現(xiàn)54Mbit/s的傳輸速度，采用了與

45、802.11b不同的OFDM（正交頻分復(fù)用）調(diào)制方式,GPRS、CDMA以及3G通信,廣域網(wǎng)移動(dòng)通信通?？煞譃槿?第一代是模擬的無線網(wǎng)絡(luò)。 第二代是數(shù)字通信，包括GSM、CDMA等。 第三代是分組型的移動(dòng)業(yè)務(wù)，稱為3G,GPRS,GPRS（General Packet Radio System，通用分組無線業(yè)務(wù)）是介于第二代和第三代之間的一種技術(shù)，通常稱為2.5G。 GPRS是一個(gè)混合體，采用TDMA方式傳輸語音，采用分組的方式傳輸數(shù)據(jù)，遵循歐洲電信協(xié)會(huì)GSM系統(tǒng)中有關(guān)分組數(shù)據(jù)所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，提供115.2kbit/s的空中接口傳輸速度,CDMA,CDMA（Code Division Mul

46、tiple Access，碼分多址）是一種擴(kuò)展頻譜多址數(shù)據(jù)通信技術(shù),3G （3rd Generation,第三代數(shù)字通信3G 與前兩代的主要區(qū)別是傳輸聲音和數(shù)據(jù)的速度有所提升，它能夠處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體形式，提供包括網(wǎng)頁瀏覽、電話會(huì)議、電子商務(wù)等多種信息服務(wù)。 3G數(shù)據(jù)速率要求在低速或靜止?fàn)顟B(tài)下能夠達(dá)到2Mbit/s，在高速車載環(huán)境下達(dá)到384kbit/s，因此能夠更好地滿足用戶的各種通信需求,幾種無線接入技術(shù)的比較,5.3 I/O接口原理基礎(chǔ),5.3.1 嵌入式最小系統(tǒng)的擴(kuò)展 5.3.2 總線原理 5.3.3 I/O接口結(jié)構(gòu)、功能及尋址 5.3.4 數(shù)據(jù)交換方式,嵌入式最小系統(tǒng)的

47、擴(kuò)展,嵌入式最小系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng)的硬件擴(kuò)展 嵌入式處理器的外圍硬件的擴(kuò)展方式 內(nèi)部模塊擴(kuò)展 總線擴(kuò)展 GPIO擴(kuò)展 綜合擴(kuò)展 常用外圍芯片類型 內(nèi)存類芯片 網(wǎng)絡(luò)芯片 USB芯片,嵌入式最小系統(tǒng),嵌入式最小系統(tǒng)是指以某處理器為核心，可以運(yùn)轉(zhuǎn)起來的最簡(jiǎn)單的硬件設(shè)施。 最簡(jiǎn)單的嵌入式系統(tǒng)由幾個(gè)相關(guān)的部分組成 （1）處理器 （2）內(nèi)存 （3）時(shí)鐘 （4）電源和復(fù)位,任何一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的最基本的運(yùn)行都是處理器執(zhí)行指令。 處理器在每一個(gè)時(shí)鐘周期從內(nèi)存中取出指令，譯碼、執(zhí)行。 處理器必需電源供電才能運(yùn)行。 處理器的指令需要存入內(nèi)存中,嵌入式最小系統(tǒng)（續(xù),1）處理器 處理器是（計(jì)算機(jī)）系統(tǒng)的核心。整個(gè)系統(tǒng)是靠

48、處理器的指令工作的。 （2）內(nèi)存 嵌入式系統(tǒng)的運(yùn)行的指令必須放入一定的存儲(chǔ)空間內(nèi)，運(yùn)行的時(shí)候也需要存儲(chǔ)臨時(shí)數(shù)據(jù)的空間，因此，內(nèi)存是必不可少的。在嵌入式系統(tǒng)中，一般的內(nèi)存包括可以固化代碼的FLASH和可以隨機(jī)讀寫的RAM。 （3）時(shí)鐘 處理器的運(yùn)行是需要時(shí)鐘周期的。一般來說，處理器在一個(gè)或幾個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行一條指令。時(shí)鐘單元的核心是晶振，它可以提供一定的頻率，處理器在使用該頻率的時(shí)候可能還需要倍頻處理,嵌入式最小系統(tǒng)（續(xù),4）電源和復(fù)位 電源是為處理器提供能源的部件，在嵌入式系統(tǒng)中一般使用直流電源。 復(fù)位電路連接處理器的復(fù)位引腳，實(shí)現(xiàn)通過外部電平讓處理器復(fù)位的目的,嵌入式最小系統(tǒng)的一個(gè)示例,嵌入

49、式系統(tǒng)的硬件擴(kuò)展,作為嵌入式系統(tǒng)的核心，嵌入式的處理器一般集成了很多的外圍器件，但是由于應(yīng)用要求的差別，往往不會(huì)把系統(tǒng)的所有功能都集成在處理器芯片的內(nèi)部，因此，還需要在最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上擴(kuò)展必要的外圍芯片，以形成整個(gè)系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ),嵌入式處理器的（外圍）硬件擴(kuò)展方式,內(nèi)部模塊擴(kuò)展 總線擴(kuò)展 GPIO擴(kuò)展,1）內(nèi)部模塊擴(kuò)展,通過增加外部電路，完成處理器內(nèi)部模塊提供的功能。 由于處理器設(shè)計(jì)的限制，不可能把模塊中所有的硬件都集成到處理器的內(nèi)部。 內(nèi)部模塊擴(kuò)展就是完成這部分硬件的擴(kuò)展。 處理器時(shí)鐘模塊不可能集成晶振 UART模塊不可能集成電平轉(zhuǎn)換的功能,1）內(nèi)部模塊擴(kuò)展（續(xù),內(nèi)部模塊的使用方法，一般不會(huì)

50、受外圍電路設(shè)計(jì)的影響。 內(nèi)部模塊擴(kuò)展一般只是搭建外部的電路，提供硬件運(yùn)行的條件。在邏輯上，外部擴(kuò)展的硬件和整個(gè)處理器的控制沒有直接的關(guān)系。 內(nèi)部模塊的使用其實(shí)就是讀寫內(nèi)部模塊的功能寄存器。外圍擴(kuò)展電路不會(huì)改變處理器的寄存器，因此不會(huì)影響處理器內(nèi)部模塊的使用,2）總線擴(kuò)展,利用外部總線控制器（又稱為內(nèi)存控制器）擴(kuò)展內(nèi)存類芯片。 擁有外部總線的處理器的外部總線 地址總線 數(shù)據(jù)總線 控制信號(hào)和片選信號(hào) 總線擴(kuò)展不僅僅用于內(nèi)存芯片，也可以用于網(wǎng)絡(luò)芯片、USB、AD/DA、LCM等類似內(nèi)存的芯片。擴(kuò)展后的芯片的使用方式與內(nèi)存芯片類似，都是通過地址來讀、寫操作,2）總線擴(kuò)展（續(xù),總線擴(kuò)展可以為處理器擴(kuò)展根

51、據(jù)總線讀寫的外部?jī)?nèi)存 （外部）內(nèi)存 ROM、NOR FLASH、SRAM、SDRAM、NAND FLASH、 （外部）內(nèi)存都必需地址總線和數(shù)據(jù)總線。 不同的內(nèi)存需要不同的控制信號(hào) 一般來說，某種處理器支持SDRAM的含義就是該處理器可以提供SDRAM所需要的控制信號(hào),2）總線擴(kuò)展（續(xù),如果選用多個(gè)內(nèi)存芯片擴(kuò)展內(nèi)存，那么這些內(nèi)存芯片必需片選信號(hào)（芯片選擇信號(hào)，也叫芯片使能信號(hào)）。 使用處理器的片選信號(hào)連接芯片的片選信號(hào)，可以方便地為各個(gè)芯片分配不同的地址空間。 在讀寫操作時(shí)，處理器自動(dòng)選通對(duì)應(yīng)的片選信號(hào)，片選信號(hào)有效的那些芯片就會(huì)起作用，而其他芯片都無效。 片選信號(hào)不是總線擴(kuò)展所必需的 如果沒有

52、片選信號(hào)，則可以通過地址總線+譯碼器實(shí)現(xiàn)片選的功能，或者直接使用地址總線片選（當(dāng)然這樣會(huì)浪費(fèi)地址空間,3）GPIO擴(kuò)展,輸出功能 輸入功能 矩陣鍵盤功能 總線信號(hào)模擬功能 通信信號(hào)模擬功能,3）GPIO擴(kuò)展,輸出功能 當(dāng)使用輸出功能的時(shí)候，需要將GPIO引腳設(shè)置為輸出模式。通過寫GPIO的相關(guān)寄存器，改變GPIO引腳的狀態(tài)，從而控制外部的信號(hào)。 輸出功能的典型應(yīng)用 點(diǎn)亮LED利用一個(gè)GPIO引腳連接一個(gè)LED。通過控制GPIO引腳的高低電平可以控制LED的亮滅。如圖5.11所示,3）GPIO擴(kuò)展,輸入功能 當(dāng)使用輸入功能的時(shí)候，需要將GPIO引腳設(shè)置為輸入模式。通過讀GPIO的相關(guān)寄存器，獲知

53、GPIO引腳的狀態(tài)，從而得到外部輸入的信息。 輸入功能的典型應(yīng)用 按鍵通過程序查詢的方式，獲取按鍵的狀態(tài)，從而獲取外部輸入的指示和命令。在獲取按鍵狀態(tài)的時(shí)候可能需要消除抖動(dòng)（可通過延時(shí)程序?qū)崿F(xiàn)去抖動(dòng),3）GPIO擴(kuò)展,NN矩陣鍵盤功能 利用GPIO的2N個(gè)引腳，使用N2個(gè)按鍵。 NN矩陣鍵盤可使用多種掃描方式獲取類似的功能，也可以通過GPIO和中斷協(xié)同完成該功能。 通信信號(hào)模擬功能 通過GPIO可以模擬一些簡(jiǎn)單的時(shí)序。如，SPI、IIC等,3）GPIO擴(kuò)展,總線信號(hào)模擬功能 當(dāng)處理器沒有外部總線信號(hào)（地址總線和數(shù)據(jù)總線）時(shí)，如果確實(shí)需要使用內(nèi)存，則可以利用GPIO模擬總線信號(hào)。 也就是說，將一

54、部分GPIO線作為地址線使用，一部分GPIO線作為數(shù)據(jù)線使用。 GPIO模擬總線信號(hào)需要同時(shí)考慮地址總線和數(shù)據(jù)總線 地址總線是單向輸出的，數(shù)據(jù)總線包含輸出和輸入的功能。 在內(nèi)存類的芯片中，一般GPIO可以用于NOR FLASH和SRAM信號(hào)的模擬，NAND FLASH本身可以不用總線信號(hào)擴(kuò)展，而SDRAM的控制信號(hào)非常復(fù)雜，基本上不可能用GPIO模擬,4）綜合擴(kuò)展,總線擴(kuò)展部件與GPIO 某些連接總線的模塊還具有其他的控制引腳，這些引腳并不能通過地址總線和數(shù)據(jù)總線連接，因此要使模塊的功能完善，還需要使用可編程引腳（GPIO）。 內(nèi)部模塊與GPIO 內(nèi)部的模塊的電路引出后，有時(shí)功能還是不夠完善，

55、同樣需要GPIO的協(xié)助。 總線擴(kuò)展部件與中斷源 在一些總線擴(kuò)展芯片中可以使用中斷。將芯片相關(guān)引腳與處理器的外部中斷引腳相連，外部芯片可以觸發(fā)處理器的中斷，提供更高的性能,4）綜合擴(kuò)展（續(xù),模塊的擴(kuò)展復(fù)用 在系統(tǒng)的一些模塊中，可能使用共同的外部芯片。 在ARM處理器的整體硬件設(shè)計(jì)中，一般還包括以下內(nèi)容： 地址空間合理分配 中斷源分配 板級(jí)規(guī)劃,常用外圍芯片類型,嵌入式系統(tǒng)中的常用芯片主要是通過處理器的外部總線進(jìn)行擴(kuò)展，某些芯片也可以通過可編程引腳（即GPIO）進(jìn)行擴(kuò)展。 常用的擴(kuò)展模塊（芯片） 內(nèi)存類 SRAM、NOR FLASH、SDRAM、NAND FLASH。 通信類 網(wǎng)絡(luò)芯片、USB芯片

56、、CAN總線芯片、IIC接口芯片。 其他類 AD/DA、傳感器、LCD/LCM,1）內(nèi)存類芯片,高端的處理器必須通過外部擴(kuò)展內(nèi)存滿足系統(tǒng)內(nèi)存使用的要求。 具有外部總線的控制器一般都需要使用內(nèi)存類擴(kuò)展芯片,常用內(nèi)存擴(kuò)展芯片,2）網(wǎng)絡(luò)芯片,在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域，引入網(wǎng)絡(luò)芯片可以提供和通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中類似的網(wǎng)絡(luò)功能讓眾多的主機(jī)實(shí)現(xiàn)互聯(lián) 。 嵌入式系統(tǒng)使用網(wǎng)絡(luò)的條件 嵌入式的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧（軟件） 網(wǎng)絡(luò)接口芯片（硬件基礎(chǔ)） 在嵌入式系統(tǒng)中，往往是將網(wǎng)絡(luò)芯片連接到處理器的外部總線上,3）通用串行總線（Universal Serial Bus，USB,USB用來解決個(gè)人計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備的連接問題。 高達(dá)480Mb

57、it/s的速度 USB在嵌入式系統(tǒng)中的典型應(yīng)用 使用嵌入式系統(tǒng)作為USB設(shè)備端。嵌入式系統(tǒng)可以像U盤、打印機(jī)一樣和PC系統(tǒng)通信。 將嵌入式系統(tǒng)作為USB主機(jī)。嵌入式系統(tǒng)可以像PC一樣使用USB設(shè)備。 兩個(gè)嵌入式系統(tǒng)可以分別使用USB主機(jī)和設(shè)備接口實(shí)現(xiàn)互聯(lián),USB在嵌入式系統(tǒng)中的使用,3）USB,在嵌入式系統(tǒng)中需要使用特定的USB芯片才能實(shí)現(xiàn)USB通信的功能。 不少嵌入式處理器芯片中都內(nèi)置了USB控制器，可以直接使用USB功能。 對(duì)于沒有USB控制器的嵌入式芯片，外接USB控制器是一種通用的手段,總線原理,總線是微處理器核心對(duì)外聯(lián)絡(luò)溝通的通道。 微處理器核心必須通過總線將電氣信號(hào)傳遞出去，控制內(nèi)

58、存、外設(shè)的邏輯。 內(nèi)存、外設(shè)通過總線接收電氣信號(hào)，了解微處理器核心的命令，提供適當(dāng)?shù)捻憫?yīng),總線協(xié)議,總線協(xié)議 不同的總線協(xié)議之間需要橋接器（bridge）或是特殊的控制器來進(jìn)行串聯(lián)。 總線協(xié)議包含有各種不同的信號(hào)線。信號(hào)的溝通方式也不盡相同。 數(shù)據(jù)（data）、地址（address）、控制（control,Pentium系統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu),系統(tǒng)總線：Processor/memory總線,I/O總線：PCI和ISA總線,嵌入式微處理器的總線結(jié)構(gòu),IXP422系統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu),總線類型,在傳輸協(xié)議中是否有參考時(shí)鐘（clock）不同的總線 同步（synchronous）協(xié)議 在協(xié)議中有參考時(shí)鐘，所有數(shù)據(jù)的

59、傳送都必須根據(jù)時(shí)鐘進(jìn)行。所有事件都會(huì)根據(jù)時(shí)鐘來排定。 異步（asynchronous）協(xié)議 在協(xié)議中并不包含時(shí)鐘，完全以握手（hand shake）的方式來溝通。在信號(hào)中通常會(huì)伴隨著req、ack、ready等信號(hào),同步協(xié)議范例,異步協(xié)議范例,總線存取方式,系統(tǒng)總線協(xié)議通常會(huì)把連接上的設(shè)備分成主組件與從組件。 主組件可以主動(dòng)使用總線，可以先拉起相關(guān)的控制信號(hào)。主組件需要主動(dòng)去移動(dòng)數(shù)據(jù)。 從組件等主組件的通知，才能使用總線。 哪個(gè)主組件可以先使用總線關(guān)系到使用總線的優(yōu)先級(jí)的問題。 在某一總線的協(xié)議上通常會(huì)定義一個(gè)仲裁器的設(shè)備，用來管理總線使用權(quán)的問題。 一個(gè)仲裁器通常會(huì)有g(shù)ranted與requ

60、est信號(hào)。 granted用來通知哪一個(gè)主組件可以使用總線，request則是主組件用來向仲裁器提出使用要求的信號(hào),系統(tǒng)總線協(xié)議對(duì)掛接在總線上的組件的管理機(jī)制,菊鏈?zhǔn)街俨媒Y(jié)構(gòu),仲裁器依次詢問設(shè)備（從1到n）是否需要使用總線，直至找到需要使用總線的設(shè)備。 菊鏈?zhǔn)街俨媒Y(jié)構(gòu)己經(jīng)考慮了設(shè)備使用總線的優(yōu)先級(jí)。 從設(shè)備1到n，使用總線的優(yōu)先級(jí)依次降低,并行式仲裁結(jié)構(gòu),每個(gè)設(shè)備有屬于自己的granted與request的控制信號(hào)，因此，仲裁器必須內(nèi)置仲裁的算法。仲裁算法與操作系統(tǒng)核心給各任務(wù)分享CPU時(shí)間的優(yōu)先調(diào)度算法基本上是相通的。 例如，有些仲裁器就使用round robin優(yōu)先級(jí)調(diào)度的算法,I/O接