電子信息系統(tǒng)的設(shè)

1、單片機(jī)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用電子信息系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)單片機(jī)硬件知識(shí)要點(diǎn)單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)要點(diǎn)1電子信息系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)21、設(shè)計(jì)意義和應(yīng)用領(lǐng)域(自動(dòng)化和過(guò)程控制)Automation & Process Control (可再生能源)Alternative Energy電子信息系統(tǒng)的意義: 直接或間接地改善人們的生活質(zhì)量、提高勞動(dòng)效率3(汽車和交通) Automotive& Transportation (通信和電信) Communications & Telecom (計(jì)算和多媒體) Computing & Multimedia4(消費(fèi)品和手持電器) Consumer & Portable Electr

2、onics (工業(yè))Industrial (照明)Lighting (醫(yī)療和健康) Medical & Healthcare5(電機(jī)拖動(dòng)和控制)Motor Drive & Control(安防)Security & Safety (智能電網(wǎng)) Smart Grid6 (航天航空和國(guó)防)Space, Avionics &Defense (視頻和視覺(jué))Video & Vision72、電子信息系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)是什么? （電子信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)的努力方向）數(shù)字化智能化網(wǎng)絡(luò)化陣列化8電子信息系統(tǒng)之電路的數(shù)字化 數(shù)字信號(hào)是加工信號(hào)。世界在信息化, 信息在數(shù)字化.數(shù)字化使信號(hào)在形式上更接近數(shù)學(xué)模型，也便于計(jì)算、變換

3、、控制、傳輸、存儲(chǔ)的實(shí)現(xiàn)。數(shù)字電路容易生產(chǎn)摩爾定律，其內(nèi)容為：當(dāng)價(jià)格不變時(shí)，積體電路上可容納的電晶體數(shù)目，約每隔24個(gè)月（現(xiàn)在普遍流行的說(shuō)法是“每18個(gè)月增加一倍”）便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍；或者說(shuō)，每一美元所能買到的電腦性能，將每隔18個(gè)月翻兩倍以上。1這一定律揭示了信息技術(shù)進(jìn)步的速度。 9數(shù)字信號(hào)處理電路簡(jiǎn)單穩(wěn)定。 處理效率高. 它沒(méi)有模擬電路里的各種調(diào)整，因而電路工作穩(wěn)定、技術(shù)人員能夠從日常的調(diào)整工作中解放出來(lái)。 數(shù)字信號(hào)易于進(jìn)行壓縮,易于編碼. 這一點(diǎn)對(duì)于數(shù)字化攝像機(jī)和數(shù)字化通信來(lái)說(shuō)，是主要的優(yōu)點(diǎn)電子信息系統(tǒng)之電路的數(shù)字化世界在信息化, 信息在數(shù)字化. 數(shù)字信號(hào)是加工信號(hào). 數(shù)字

4、電路容易生產(chǎn)。10電子信息系統(tǒng)之功能的智能化自動(dòng)控制能力 參數(shù)自適應(yīng)能力 自學(xué)習(xí)能力 11電子信息系統(tǒng)之接口的網(wǎng)絡(luò)化 優(yōu)秀的接口功能是蘋果成功的重要理由人-機(jī)之間接口機(jī)-機(jī)之間接口機(jī)-網(wǎng)之間接口鍵盤接口旋鈕接口語(yǔ)音接口總線接口標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)（有線、無(wú)線）12電子信息系統(tǒng)之傳感器的陣列化 目的是獲取更充足、更準(zhǔn)確的信息同種物理量同種模式在不同位置不同時(shí)間的信息 同種物理量多模式的信息多種物理量信息133、電子信息系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)模擬電信號(hào)非電量物理信息模擬電信號(hào)數(shù)字電信號(hào)溫度壓力光流量電磁波。傳感器放大選擇變換等A/D 單片機(jī)、 FPGA等數(shù)字電路實(shí)現(xiàn):運(yùn)算變換辨識(shí)選擇等處理功能 D/A換能器執(zhí)行器鍵盤

5、顯示器網(wǎng)絡(luò)接口電源及電壓變換電路存儲(chǔ) 電子系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)模型示意圖 第一個(gè)階段： 只有很好地認(rèn)識(shí)、把握自然世界，才能改造自然世界。 深入研究設(shè)計(jì)的對(duì)象是電子信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)的前提。 不僅要深刻地掌握物理、機(jī)械、光、熱、生物、化學(xué)等基礎(chǔ)知識(shí)，而且還要對(duì)行業(yè)（專業(yè)）知識(shí)有足夠的了解。自然世界的信息是非電量的物理信息，必需把這些信息轉(zhuǎn)換為電量信號(hào)，才能被電子信息系統(tǒng)處理第二階段： 把自然世界中的非電量信息轉(zhuǎn)換為電量信息，并將其放大、選擇、變換等初步處理，得到可以便于深加工的電信號(hào)（數(shù)字電信號(hào)）。 模擬電信號(hào)處理是自然信息和電信號(hào)轉(zhuǎn)換的必要環(huán)節(jié)，也是電子信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)。嵌入式系統(tǒng)具有通用性強(qiáng)、成本低、算法

6、靈活、設(shè)計(jì)調(diào)試簡(jiǎn)單的特點(diǎn),但處理速度不如邏輯電路高,在速度能滿足要求時(shí),優(yōu)先考慮.邏輯電路具有處理速度高的優(yōu)點(diǎn),在嵌入式系統(tǒng)不能滿足要求時(shí),可以考慮數(shù)字信號(hào)處理的部分功能采用邏輯電路設(shè)計(jì).邏輯電路也是嵌入式系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ). 嵌入式系統(tǒng)也可以看成是特殊的邏輯電路. 其本質(zhì)特點(diǎn)是利用一組具有通用處理功能的電路,在程序控制下,通過(guò)一系列的有序的處理動(dòng)作實(shí)現(xiàn)特定的功能.犧牲時(shí)間來(lái)?yè)Q取功能的低成本實(shí)現(xiàn)(主要是設(shè)計(jì)成本和研制周期). 14小結(jié):明確設(shè)計(jì)的意義所在, 選擇具有前瞻性和普適性的題目；適應(yīng)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì), 充分發(fā)揮數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的優(yōu)點(diǎn)；設(shè)計(jì)時(shí)要把握模擬信息處理和數(shù)字信息處理的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，正

7、確評(píng)估嵌入式系統(tǒng)的處理能力, 合理分配模擬信號(hào)處理、嵌入式系統(tǒng)和邏輯電路三者之間的功能。15單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和知識(shí)要點(diǎn) CPU主時(shí)鐘復(fù)位控制電路存儲(chǔ)器(程序和數(shù)據(jù))定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷控制串行接口并行接口鍵盤 顯示器 D/A A/D 外部存儲(chǔ)設(shè)備輔助控制電路:地址譯碼電路讀寫時(shí)序控制系統(tǒng)時(shí)鐘和時(shí)序其它單片機(jī)(嵌入式系統(tǒng))結(jié)構(gòu)示意圖 (硬件+軟件)16硬件基本要求：產(chǎn)生時(shí)鐘和復(fù)位信號(hào)結(jié)合C語(yǔ)言的數(shù)據(jù)類型，了解片內(nèi)的存儲(chǔ)器特點(diǎn)和性能掌握中斷的概念、了解中斷優(yōu)先級(jí)、能編寫ISR(中斷服務(wù)子程序)利用并口實(shí)現(xiàn)LED燈控制、讀取鍵信息、控制DA、DA掌握定時(shí)器的典型用法和作用能用典型接口總線和上位機(jī)通信17

8、單片機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù) -硬件資源基本知識(shí)18常見(jiàn)嵌入式系統(tǒng)中的硬件資源微處理器存儲(chǔ)器定時(shí)器通訊、接口電路、總線AD/DA,PWM復(fù)位控制與看門狗其它19一、 微處理器類型與選擇微處理器類型: 指令結(jié)構(gòu)上 :精簡(jiǎn)指令集 復(fù)雜指令集 數(shù)據(jù)與地址總線結(jié)構(gòu)上: 典型器件如8086 ;MCS51; TI公司的DSP工作目標(biāo): 數(shù)據(jù)處理型(DSP) 控制型(單片機(jī)) 20內(nèi)存大小I/O口數(shù)量AD/DA定時(shí)器總線擴(kuò)展能力功耗注意：在嵌入式微處理器中 集成了各種外圍接口電路。這部分?jǐn)U展的功能也是微處理器選擇的重要依據(jù)。 微處理器選擇 21幾種典型的微處理器MCS51系列（通用單片機(jī)，有廣泛的用戶群。）AVR系列TI

9、系列（TMS430 低功耗，低成本, TMS281x極強(qiáng)的控制能力 A/D D/A 控制接口）ARM系列（多組寄存器結(jié)構(gòu)支持多用戶操作系統(tǒng)）TI DSP系列（極強(qiáng)的數(shù)字信號(hào)處理功能和速度） 還有一些微處理器集成LCD驅(qū)動(dòng)器、USB接口、CAN總線、以太網(wǎng)絡(luò)接口，特別適合于相關(guān)技術(shù)的開(kāi)發(fā)。22中斷和異常中斷-被定義為改變CPU執(zhí)行指令順序的事件，這些事件對(duì)應(yīng)于CPU芯片 和 外部硬件電路 產(chǎn)生的電信號(hào)。 中斷可分為同步synchronous和異步asynchronous 1）同步 -由CPU控制單元產(chǎn)生，只有在一條指令終止執(zhí)行后，CPU才發(fā)出中斷-稱為同步！ 2）異步 由其他硬件設(shè)備依照CPU時(shí)

10、鐘信號(hào)隨機(jī)產(chǎn)生的！ 80X86中，把同步和異步分別稱為異常（exception）和中斷（interrupt） 。 23中斷（interruptions） 1）可屏蔽中斷 這些中斷請(qǐng)求被送到CPU的INTR引腳。通過(guò)清除 flags的IF標(biāo)志，可以disable它！2) 多中斷源 優(yōu)先級(jí)概念、中斷嵌套實(shí)現(xiàn)方式3） 中斷服務(wù)程序的入口方式 中斷服務(wù)程序執(zhí)行時(shí)間應(yīng)該盡量短。24異常exceptions （80X86為例 ）CPU執(zhí)行指令時(shí)，發(fā)現(xiàn)異常情況，產(chǎn)生exceptions，根據(jù)eip寄存器的值可分如下類型： 1）故障（fault）存在eip中的值是引起故障的指令地址。異常處理結(jié)束時(shí)，該指令要被

11、重新執(zhí)行。例如“缺頁(yè)異常處理”例子。 2）陷阱（trap）eip中存的是引發(fā)陷阱指令的下一條指令。表示沒(méi)必要再重新執(zhí)行引發(fā)陷阱的指令。這個(gè)主要用于調(diào)試程序！ 3）異常結(jié)束（abort）發(fā)生嚴(yán)重錯(cuò)誤時(shí)觸發(fā)，不能在eip放有意義的值?？刂茊卧苯幼尦绦蛲顺?！ 4）編程異常（programmed exception）程序員（的程序）向系統(tǒng)提交請(qǐng)求時(shí)會(huì)觸發(fā)。由int或者int3指令觸發(fā)。例如int 0 x80是程序員發(fā)出系統(tǒng)調(diào)用請(qǐng)求！。-也叫軟中斷。一般用于系統(tǒng)調(diào)用和給調(diào)試程序通知一個(gè)特定事件。25二 、存儲(chǔ)器 在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中很多類型的存儲(chǔ)設(shè)備。 明白它們之間的差別，有效地使用每一種類型的存儲(chǔ)器。 在

12、一個(gè)RAM 設(shè)備中，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中每一個(gè)位置的數(shù)據(jù)都可以在需要的時(shí)候讀或者寫。 在一個(gè)ROM 設(shè)備中，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中每一個(gè)位置的數(shù)據(jù)可以隨意的讀取，但是不能夠?qū)懭搿?6有些時(shí)候，在一個(gè)類ROM 設(shè)備中改寫其中的數(shù)據(jù)是可能的。這種設(shè)備叫作混合存儲(chǔ)器，因?yàn)樗鼈兺瑫r(shí)表現(xiàn)了RAM 和ROM 的一些特征。注：在嵌入式微處理器中，一般集成了少量的RAM 和E2PROM，還有足夠的FLASH（用于存儲(chǔ)程序代碼、表格） 27RAM 的類型 在RAM 家族中有兩種重要的存儲(chǔ)設(shè)備：SRAM 和DRAM。它們之間的主要差別是存儲(chǔ)于其中的數(shù)據(jù)的壽命。SRAM（靜態(tài)RAM）只要是芯片有電就會(huì)保留其中的內(nèi)容。然而，如果電

13、源切斷了或者是暫時(shí)斷電了，其中的內(nèi)容就會(huì)永遠(yuǎn)的丟失。另一方面，DRAM（動(dòng)態(tài)RAM）只有極短的數(shù)據(jù)壽命通常不超過(guò)0.25 秒。即使是在連續(xù)供電的情況下也是如此。然而，一個(gè)叫作DRAM控制器的簡(jiǎn)單硬件可以使DRAM的行為更像SRAM。DRAM 控制器的任務(wù)是周期性地刷新DRAM 中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。通過(guò)一秒鐘之內(nèi)幾次刷新數(shù)據(jù)，DRAM 控制器就可以在需要的時(shí)間內(nèi)保持DRAM 中數(shù)據(jù)有效。因此DRAM 歸根結(jié)底和SRAM 是同樣有用的。 28特點(diǎn)：在決定選用哪一種類型的存儲(chǔ)器的時(shí)候，系統(tǒng)設(shè)什者要考慮存取時(shí)間和成本。SRAM 設(shè)備提供了使用方便、極快的存取時(shí)間（大約比DRAM 快四倍），但是制造起來(lái)十分的

14、昂貴，容量小，功耗大。通常SRAM 只是用于那此存取速度極端重要的場(chǎng)合。在大量的RAM 需要的時(shí)候，每字節(jié)的更低價(jià)格使得DRAM 很吸引人。很多嵌入式系統(tǒng)兩種類型都包括：關(guān)鍵數(shù)據(jù)通道上的一小塊SRAM（幾百個(gè)千字節(jié)）和其他所有地方的一大塊DRAM（以兆計(jì)） PSRAM (偽靜態(tài)RAM）：容量大、使用方便、功耗小29ROM 的類型 ROM EEPROM FLASH MEMORYEEPROM (電可擦除的可編程只讀存儲(chǔ)器) 通過(guò)特殊的方式寫入、讀出數(shù)據(jù)。 寫數(shù)據(jù)的時(shí)間要長(zhǎng)（ms級(jí)時(shí)間）。 寫入時(shí)自動(dòng)擦除原來(lái)的內(nèi)容。容量少，讀寫速度都慢（保存系統(tǒng)參數(shù)等數(shù)據(jù)） 30PROM， EPROM比掩膜ROM

15、更進(jìn)一步的是PROM（可編程ROM）。它買來(lái)的時(shí)候處于未被編程的狀態(tài)。如果你要看一個(gè)未經(jīng)編程的PROM 的內(nèi)容，你會(huì)看到數(shù)據(jù)的每一位完全由1 組成。把你的數(shù)據(jù)寫人PROM 的過(guò)程涉及到一個(gè)特殊的設(shè)備、叫作設(shè)備編程器。設(shè)備編程器通過(guò)向芯片的管腳加電，每一次向設(shè)備中寫入一個(gè)字節(jié)。一旦一個(gè)PROM 通過(guò)這種方法被編程了，其中的內(nèi)容就再也不能改變了。如果存儲(chǔ)在PROM 中的代碼或者數(shù)據(jù)必須改變，目前這個(gè)設(shè)備就必須廢棄。PROM 也稱一次性可編程設(shè)備。EPROM（可擦寫可編程ROM）編程的方式和PROM 完全一樣。然而，EPROM 是可以被擦除并且反復(fù)被編程的。為了擦除一個(gè)EPROM，你只要把設(shè)備暴露在

16、強(qiáng)紫外線光源下。（在設(shè)備的頂端有一個(gè)讓紫外線照射到硅的窗口。）這樣做，你基本上可以把整個(gè)芯片重置到其初始狀態(tài)未編程狀態(tài)。盡管比PROM 要貴，但是它們可以被再編程的能力使得EPROM 成為軟件開(kāi)發(fā)及測(cè)試過(guò)程必需的一部分。 31快閃存儲(chǔ)器（FLASH MEMORY） 和非易失RAM （nonvolatile RAM）被普遍使用，用于儲(chǔ)存程序和特殊數(shù)據(jù)，不是變量。高密度、低價(jià)格、非易失性、快速（讀取，而不是寫入）以及可重編程等特點(diǎn)?？焖俅鎯?chǔ)設(shè)備一次只能擦除一個(gè)扇區(qū)，而不是一個(gè)字節(jié)一個(gè)字節(jié)的擦除。NVRAM 通常是一個(gè)帶有后備電池的SRAM。當(dāng)電源接通的時(shí)候，NVRAM 就像任何一個(gè)其他的SRAM

17、一樣。 當(dāng)電源切斷的時(shí)候，NVRAM 從電池中獲取足夠的電力以保持其中現(xiàn)存的內(nèi)容。NVRAM 在嵌入式系統(tǒng)中是十分普遍的32雙口RAM單口ram一般指有一組地址線，一個(gè)寫使能線，一個(gè)使能線，一組輸入線，一組數(shù)據(jù)輸出。雙口ram指有兩組地址口，控制信號(hào)和數(shù)據(jù)線，他們公用一個(gè)存儲(chǔ)器體單元。他們是獨(dú)立的。兩個(gè)口都可以讀寫數(shù)據(jù)。雙口RAM 一般用于在兩個(gè)數(shù)字功能模塊之間高速傳輸數(shù)據(jù)33先進(jìn)先出(FIFO)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元配備有兩個(gè)數(shù)據(jù)口，一個(gè)是輸入口，只負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的寫入，另一個(gè)是輸出口，只負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的輸出。讀和寫的操作時(shí)不需要地址線參與尋址，它的數(shù)據(jù)是按照一種環(huán)形結(jié)構(gòu)依次進(jìn)行存放的。先進(jìn)先出(FIFO)存儲(chǔ)

18、器的另一個(gè)與傳統(tǒng)存儲(chǔ)器不同的地方，就是寫入先進(jìn)先出(FIFO)存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)一旦被讀取后，則這個(gè)數(shù)據(jù)再也無(wú)法被讀取，就像永久消失一樣。所以，先進(jìn)先出(FIFO)存儲(chǔ)器在操作時(shí)由“空”和“滿”的標(biāo)志位來(lái)表示存儲(chǔ)器內(nèi)部的狀態(tài)。FIFO RAM 在兩個(gè)數(shù)字功能模塊之間傳輸數(shù)據(jù)34NAND FLASH和SD卡一種可順序訪問(wèn)的、并可分塊擦除的大容量的FLASH存儲(chǔ)器。從操作特點(diǎn)上看，更像一個(gè)半導(dǎo)體磁盤。廣泛應(yīng)用于需要大容量記錄數(shù)據(jù)的多媒體設(shè)備中。注：有多種接口方式；為降低成本、體積、功耗等常常和其他功能電路集成在一起。35存儲(chǔ)器的接口形式并行總線形式 （地址、數(shù)據(jù)、控制信號(hào)）串行總線形式（I2

19、C ，SPI ）一般在微處理器內(nèi)部都有少量的SRAM（存儲(chǔ)數(shù)據(jù)） 和FLASH （存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)）在DSP中利用SRAM的高速度特點(diǎn)，也用SRAM存儲(chǔ)程序，但需要程序引導(dǎo)加載利用FLASH可擦除的特點(diǎn)，也用來(lái)存放一些可變的數(shù)據(jù)。如系統(tǒng)參數(shù)36三、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 鐘表的發(fā)明促進(jìn)了社會(huì)生產(chǎn)的效率。 定時(shí)器用于處理和時(shí)間有關(guān)的一切事務(wù)。定時(shí)器的工作方式以中斷的方式定時(shí)提示CPU，定時(shí)時(shí)間參數(shù)可以設(shè)置。在需要的是讀取時(shí)間值（前提是內(nèi)部有實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路）37常見(jiàn)定時(shí)器種類：實(shí)時(shí)時(shí)鐘 (real timer) ：年月日時(shí)分秒毫秒，一般內(nèi)部集成可充電電池看門狗（watch dog timer)：程序跑飛之后產(chǎn)

20、生復(fù)位信號(hào)，一般的 無(wú)人職守系統(tǒng)中需要用到看門狗。定時(shí)器（有帶捕獲或比較功能，也有不帶捕獲或比較功能）：可以設(shè)置一定的時(shí)間間隔引起中斷。利如時(shí)間延遲、時(shí)間等待、超時(shí)判斷、波特率發(fā)生器、時(shí)間分片等。38定時(shí)器的捕獲和比較功能捕獲：在普通定時(shí)器的基礎(chǔ)上增加一個(gè)鎖存器后，可以獲得兩個(gè)不同（或相同）事件脈沖之間的時(shí)間差。比較：在普通定時(shí)器的基礎(chǔ)上增加幾個(gè)數(shù)字比較器后，可以在計(jì)數(shù)器的值計(jì)數(shù)到設(shè)置值時(shí)，向位處理器提出中斷請(qǐng)求。捕獲和比較大大增加了定時(shí)器的功能。典型應(yīng)用PWM39帶捕獲和比較功能的計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)示意圖40復(fù)位控制與看門狗看門狗是一種與復(fù)位電路相聯(lián)系的可清零定時(shí)器（計(jì)數(shù)器），當(dāng)定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間到時(shí)

21、，復(fù)位電路自動(dòng)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，使系統(tǒng)復(fù)位。所以在正常情況下，應(yīng)該確保定時(shí)時(shí)間不能到達(dá)設(shè)定值（一般為固定的默認(rèn)值）。方法是在程序中增加指令對(duì)定時(shí)器清零。當(dāng)程序由于干擾等原因“跑飛“時(shí)，就出現(xiàn)了我們所說(shuō)的”死機(jī)“。此時(shí)定時(shí)器也不能及時(shí)清零，將導(dǎo)致看門狗溢出，系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位。指令對(duì)定時(shí)器清零也叫“喂狗“內(nèi)部看門狗，外部看門狗41四、通訊與總線接口電路I2C總線I2C(InterIntegrated Circuit)總線是一種由PHILIPS公司開(kāi)發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。42I2C總線特點(diǎn) I2C總線最主要的優(yōu)點(diǎn)是其簡(jiǎn)單性和有效性。由于接口直接在組件之上，因此I2C總線占用的空間

22、非常小，減少了電路板的空間和芯片管腳的數(shù)量，降低了互聯(lián)成本?？偩€的長(zhǎng)度可高達(dá)25英尺，并且能夠以100Kbps的最大傳輸速率支持40個(gè)組件。I2C總線的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它支持多主控(multimastering)， 其中任何能夠進(jìn)行發(fā)送和接收的設(shè)備都可以成為主總線。一個(gè)主控能夠控制信號(hào)的傳輸和時(shí)鐘頻率。當(dāng)然，在任何時(shí)間點(diǎn)上只能有一個(gè)主控。 43 I2C總線是由數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘SCL構(gòu)成的串行總線，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。在CPU與被控IC之間、IC與IC之間進(jìn)行雙向傳送，最高傳送速率100kbps。各種被控制電路均并聯(lián)在這條總線上，但就像電話機(jī)一樣只有撥通各自的號(hào)碼才能工作，所以每個(gè)電路和模塊都有唯

23、一的地址，在信息的傳輸過(guò)程中，I2C總線上并接的每一模塊電路既是主控器（或被控器），又是發(fā)送器（或接收器），這取決于它所要完成的功能。CPU發(fā)出的控制信號(hào)分為地址碼和控制量?jī)刹糠?，地址碼用來(lái)選址，即接通需要控制的電路，確定控制的種類；控制量決定該調(diào)整的類別（如對(duì)比度、亮度等）及需要調(diào)整的量。這樣，各控制電路雖然掛在同一條總線上，卻彼此獨(dú)立。 44應(yīng)用大量的器件，尤其是EEPROM 存儲(chǔ)器，A/D D/A 等器件采用I2C總線，以節(jié)約芯片的體積空間。在多個(gè)數(shù)字模塊的系統(tǒng)中，也可以利用I2C實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸45SPI 總線是4線同步串行接口，SCK，MOSI，MISO,SS;用于CPU與各種外圍器件進(jìn)

24、行全雙工、同步串行通訊。SPI主要特點(diǎn)有:主從工作模式、同時(shí)發(fā)出和接收串行數(shù)據(jù)。圖示出SPI總線工作的四種方式，其中使用的最為廣泛的是SPI0和SPI3方式(實(shí)線表示):SPI總線工作的四種方式SPI（Serial Peripheral interface）46SPI總線特點(diǎn)比I2C使用更多的信號(hào)線，而且隨著節(jié)點(diǎn)增加信號(hào)線也增多。速度要比I2C高，編程也簡(jiǎn)單EEPROM存儲(chǔ)器，a/d d/a 等器件采用spi總線，以節(jié)約芯片的體積空間。利用74164和74165移位寄存器擴(kuò)展輸入輸出口47通用異步收發(fā)器 UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmi

25、tter) UART是用于控制計(jì)算機(jī)與串行設(shè)備通用標(biāo)準(zhǔn)。利用RS232電氣標(biāo)準(zhǔn)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，利用RS485/422電氣標(biāo)準(zhǔn)可以實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)通信。掌握基本的串口通信的基本概念、連接方式和控制程序設(shè)計(jì)48UART數(shù)據(jù)格式波特率 ：一位的時(shí)間長(zhǎng)度倒數(shù)49注意區(qū)分以下概念UART是通用異步收發(fā)器（異步串行通信口）的英文縮寫，它包括了RS232、RS499、RS423、RS422和RS485等接口標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和總線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，即UART是異步串行通信口的總稱。 RS232、RS499、RS423、RS422和RS485等，是對(duì)應(yīng)各種異步串行通信口的接口標(biāo)準(zhǔn)和總線標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了電氣特性、傳輸速率、連接特性和接口

26、的機(jī)械特性等內(nèi)容。 實(shí)際上是屬于通信網(wǎng)絡(luò)中的物理層（最底層）的概念，與通信協(xié)議沒(méi)有直接關(guān)系。而通信協(xié)議，是屬于通信網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)鏈路層（上一層）的概念。 COM口是PC（個(gè)人計(jì)算機(jī)）上，異步串行通信口的簡(jiǎn)寫。由于歷史原因，IBM的PC外部接口配置為RS232，成為實(shí)際上的PC界默認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)。所以，現(xiàn)在PC機(jī)的COM口均為RS232。50MODBUSMODBUS 是MODICON公司最先倡導(dǎo)的一種軟的通訊規(guī)約，經(jīng)過(guò)大多數(shù)公司的實(shí)際應(yīng)用，逐漸被認(rèn)可，成為一種標(biāo)準(zhǔn)的通訊規(guī)約，只要按照這種規(guī)約進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊或傳輸，不同的系統(tǒng)就可以通訊。目前，在RS232/RS485通訊過(guò)程中，更是廣泛采用這種規(guī)約。 常用的M

27、ODBUS 通訊規(guī)約有兩種，一種是MODBUS ASCII，一種是MODBUS RTU。 一般來(lái)說(shuō)，通訊數(shù)據(jù)量少而且主要是文本的通訊則采用MODBUS ASCII規(guī)約，通訊數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)量大而且是二進(jìn)制數(shù)值時(shí)，多采用MODBUS RTU規(guī)約。 在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，為了解決某一個(gè)特殊問(wèn)題，人們喜歡自己修改MODBUS規(guī)約來(lái)滿足自己的需要（事實(shí)上，人們經(jīng)常使用自己定義的規(guī)約來(lái)通訊，這樣能解決問(wèn)題，但不太規(guī)范）。更為普通的用法是，少量修改規(guī)約，但將規(guī)約格式附在軟件說(shuō)明書(shū)一起，或直接放在幫助中，這樣就方便了用戶的通訊。Modbus通訊協(xié)議詳解2007-04-27 12:18工業(yè)控制已從單機(jī)控制走向集中監(jiān)控、

28、集散控制,如今已進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)時(shí)代,工業(yè)控制器連網(wǎng)也為網(wǎng)絡(luò)管理提供了方便。Modbus就是工業(yè)控制器的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中的一種。 51以太網(wǎng)以太網(wǎng)，指由施樂(lè)公司創(chuàng)建并由施樂(lè)、Intel和DEC公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的基帶局域網(wǎng)規(guī)范。以太網(wǎng)絡(luò)使用CSMA/CD（載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)及沖突檢測(cè)技術(shù)）技術(shù)，并以10 Mbps的速率運(yùn)行在多種類型的電纜上。90年代，交換型以太網(wǎng)得到了發(fā)展，并先后推出了100兆的快速以太網(wǎng)、1000兆的千兆位以太網(wǎng)和10000兆的萬(wàn)兆位以太網(wǎng)等更高速的以太網(wǎng)技術(shù)。以太網(wǎng)的幀格式特別適合于傳輸IP數(shù)據(jù)包。隨著Internet的快速發(fā)展，以太網(wǎng)被廣泛使用。值得一提的是，如果接入網(wǎng)也采用以太網(wǎng)，將形成從

29、局域網(wǎng)、接入網(wǎng)、城域網(wǎng)到廣域網(wǎng)全部是以太網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，這樣采用與IP數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)近似的以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)，各網(wǎng)之間無(wú)縫連接，中間不需要任何格式轉(zhuǎn)換，可以提高運(yùn)行效率，方便管理，降低成本，這種結(jié)構(gòu)可以提供端到端的連接?；谝陨显?，以太網(wǎng)接入得到了快速發(fā)展，并且越來(lái)越受到人們的重視。52并行總線打印機(jī)口：具有種工作方式，其中EPP 和ECP方式實(shí)質(zhì)是8位總線接口.工作速度在5Mbyte/s或更高.PCI 總線:計(jì)算機(jī)上的標(biāo)準(zhǔn)總線配置。32位總線，標(biāo)準(zhǔn)的PCI總線速度33M*4字節(jié)/s。 接口的控制電路復(fù)雜，一般可使用第三方提供的橋接芯片開(kāi)發(fā)，但成本增加。 目前還有若干種改進(jìn)型的PCI總線。 ISA ,EIS

30、A 早期的計(jì)算機(jī)上標(biāo)配總線。目器工控機(jī)上還保留。接口的控制電路簡(jiǎn)單53其他總線與接口USBCANGPIB （General-Purpose Interface Bus ）54五、AD/DA,PWMADDA， PWM選擇的依據(jù)：速度、分辨率、接口與控制方式分辨率意味著精度與動(dòng)態(tài)范圍PWM需要與低通率波器配合使用，可以輸出低頻的單極性電壓控制信號(hào)DA輸出電壓或電流信號(hào) 55輸入和輸出鍵盤LED,指示燈字符LCD圖形顯示LCD 利用總線和接口 (上位機(jī))56單片機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù) 軟件資源知識(shí)基礎(chǔ)程序開(kāi)發(fā)方式嵌入式系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)編程技巧571 嵌入式程序開(kāi)發(fā)方式交叉匯編開(kāi)發(fā)平臺(tái)計(jì)算機(jī)配套的開(kāi)發(fā)軟件和仿真器下載線目標(biāo)板交叉匯編在通用計(jì)算機(jī)上完成程序設(shè)計(jì)、匯編、生產(chǎn)機(jī)器碼；（部分程