嵌入式技術(shù)及其應(yīng)用課件

嵌入式技術(shù)及其應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)的總線接口

嵌入式技術(shù)及其應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)的總線接口1串行接口的基本原理和結(jié)構(gòu)

所謂串行通信就是使數(shù)據(jù)按位的方式進(jìn)行傳輸而實(shí)現(xiàn)的通信。在通信的接收端，可以將接收到的位信息組合成字節(jié)或字等數(shù)據(jù)。串行接口的基本原理和結(jié)構(gòu)所謂串行通信就是使數(shù)據(jù)按位的方式進(jìn)2串行通信具有的優(yōu)點(diǎn)是：僅需要較少的通信線就可以實(shí)現(xiàn)全雙工通信，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。缺點(diǎn)是通信速度相對(duì)較慢，并且不同電平條件下應(yīng)用需要有相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器。串行通信具有的優(yōu)點(diǎn)是：僅需要較少的通信線就可以實(shí)現(xiàn)全雙工通信3串行通信接口的基本任務(wù)

（1）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)格式化;（2）進(jìn)行串－并轉(zhuǎn)換;（3）控制數(shù)據(jù)傳輸速率;（4）進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè);（5）進(jìn)行TTL與EIA電平轉(zhuǎn)換;（6）提供接口標(biāo)準(zhǔn)所要求的信號(hào)線;串行通信接口的基本任務(wù)（1）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)格式化;4串行通信協(xié)議

串行通信協(xié)議5串行接口的電路組成

串行通信接口電路一般由可編程的串行接口芯片、波特率發(fā)生器、EIA與TTL電平轉(zhuǎn)換器以及地址譯碼電路組成。

串行接口的電路組成串行通信接口電路一般由可編程的串行接口芯6串行接口的物理標(biāo)準(zhǔn)

RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。驅(qū)動(dòng)器允許有2500pF的電容負(fù)載，通信距離將受此電容限制，例如，采用150pF/m的通信電纜時(shí)，最大通信距離為15m；RS-232-C采用負(fù)邏輯規(guī)定邏輯電平，信號(hào)電平與通常的TTL電平也不兼容，RS-232-C將-5V～-15V規(guī)定為“1”，+5V～+15V規(guī)定為“0”串行接口的物理標(biāo)準(zhǔn)RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為7嵌入式技術(shù)及其應(yīng)用課件8RS-422串行通信接口RS-422串行通信接口9RS-485串行總線接口RS-485串行總線接口10通信規(guī)范RS-232RS-422RS-485工作方式單端平衡平衡節(jié)點(diǎn)數(shù)1收1發(fā)1收10發(fā)1收32發(fā)最大傳輸電纜長(zhǎng)度12米1200米1500米最大傳輸速率20Kb/s10Mb/s10Mb/s接收器輸入電壓范圍+/-15V+/-2V+/-1.5V接收器輸入門限+/-3V+/-200mV+/-200mV接收器輸入電阻3KΩ～7KΩ4KΩ12KΩ驅(qū)動(dòng)器負(fù)載阻抗3KΩ～7KΩ100Ω54Ω通信規(guī)范RS-232RS-422RS-485工作方式單端平衡11并行接口的基本原理和結(jié)構(gòu)

在IEEE1284標(biāo)準(zhǔn)中定義了多種并行接口模式，常用的有以下三種：（1）SPP（StandaraParallelPort）標(biāo)準(zhǔn)并行接口；（2）EPP（EnhancedParallelPort）增強(qiáng)并行接口；（3）ECP（ExtendedCapabilitiesPort）擴(kuò)展功能并行接口等。并行接口的基本原理和結(jié)構(gòu)在IEEE1284標(biāo)準(zhǔn)中定義了多種121.標(biāo)準(zhǔn)并行接口（SPP模式）SPP是最早定義的并行接口模式，它可以提供50KBits/秒的典型傳輸速度，其最高的傳輸速度可達(dá)150KBits/秒?？蛇M(jìn)行9Bits的并行輸入和12Bits的并行輸出。通常可選擇Nibble（4bits）或Byte（8bits）的方式進(jìn)行輸入數(shù)據(jù)，還有一種Bi-directional的雙向傳輸方式，這種方式需硬件支持。SPP硬件是由8條數(shù)據(jù)線，4條控制線和5條狀態(tài)線所組成，它們分別對(duì)應(yīng)三個(gè)不同的寄存器來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)操作。1.標(biāo)準(zhǔn)并行接口（SPP模式）13增強(qiáng)并行接口（EPP模式）EPP提供了一種更高性能的連接方式，并向下兼容所有之前的并行口應(yīng)用及外部設(shè)備。與SPP不同之處在于其原來(lái)的17個(gè)信號(hào)經(jīng)過(guò)重新定義，EPP模式使用其中14個(gè)信號(hào)進(jìn)行傳輸、握手和選通，剩下的3個(gè)信號(hào)可以由外部設(shè)備設(shè)計(jì)者自行定義。增強(qiáng)并行接口（EPP模式）14PCI接口的基本原理和結(jié)構(gòu)

PCI（PeripheralComponentInterconnect）總線是一種同步的、獨(dú)立于處理器的、32位或64位的局部總線，其目的是在高集成度的外設(shè)控制器件、外部設(shè)備、處理器和存儲(chǔ)器系統(tǒng)之間提供一種內(nèi)部連接機(jī)制。PCI接口的基本原理和結(jié)構(gòu)PCI（Peripheral15嵌入式技術(shù)及其應(yīng)用課件16PCI總線的特點(diǎn)PCI總線是一種局部總線，通過(guò)PCI總線，CPU與存儲(chǔ)器、外圍設(shè)備等器件連接在一起，為各個(gè)不同部分提供標(biāo)準(zhǔn)信息和高速數(shù)據(jù)通道，同時(shí)還為CPU與高速緩沖存儲(chǔ)器服務(wù)，PCI總線的存在，大大提高了系統(tǒng)性能。PCI總線不受處理器類型限制，只要符合PCI總線規(guī)范，便可以互相連接。PCI總線規(guī)范了配置空間，配置空間定義了所連接設(shè)備的參數(shù)，如中斷請(qǐng)求、傳輸速率、存儲(chǔ)空間等等。POST程序會(huì)根據(jù)設(shè)備的要求自動(dòng)分配所需資源。PCI總線的特點(diǎn)PCI總線是一種局部總線，通過(guò)PCI總線，17PCI的引腳定義與信號(hào)類型名稱定義In用于輸入的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)Out標(biāo)準(zhǔn)的有效驅(qū)動(dòng)器t/s雙向的三態(tài)輸入/輸出引腳，無(wú)效時(shí)為高阻態(tài)s/t/s每次只由一個(gè)單元擁有并驅(qū)動(dòng)的低電平有效雙向三態(tài)信號(hào)o/d漏極開(kāi)路電路，允許多個(gè)器件共享PCI的引腳定義與信號(hào)類型名稱定義In用于輸入的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)18嵌入式技術(shù)及其應(yīng)用課件19USB接口的基本原理和結(jié)構(gòu)

一個(gè)USB系統(tǒng)由3部分來(lái)描述：USB設(shè)備USB主機(jī)USB互連。USB接口的基本原理和結(jié)構(gòu)一個(gè)USB系統(tǒng)由3部分來(lái)描述：20物理接口

USB總線支持的數(shù)據(jù)傳輸速率有3種：高速信令位傳輸速率為480Mbps；全速信令位傳輸速率為12Mbps；低速信令位傳輸速率為1.5Mbps。物理接口USB總線支持的數(shù)據(jù)傳輸速率有3種：高速信令位傳21USB的總線協(xié)議

USB是一種查詢總線，由主控制器啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳輸。USB上所有掛接的外設(shè)通過(guò)主機(jī)調(diào)度、基于令牌的協(xié)議來(lái)共享帶寬。大部分總線事件涉及3個(gè)數(shù)據(jù)包的傳輸。當(dāng)主控制器按計(jì)劃地發(fā)出一個(gè)描述事件類型和方向、USB設(shè)備地址和端點(diǎn)號(hào)的USB包時(shí)，就開(kāi)始發(fā)起一個(gè)事物，這個(gè)包稱做“令牌包”，他指示總線上要執(zhí)行什么事件，欲尋址的USB設(shè)備及數(shù)據(jù)傳送方向。然后，目標(biāo)一般還要用一個(gè)指示傳輸是否成功的握手包來(lái)響應(yīng)。主控制器和HUB之間的某些總線事件涉及4個(gè)包的傳輸，這些類型的事件用來(lái)管理主機(jī)與設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。主機(jī)與設(shè)備端點(diǎn)之間的USB數(shù)據(jù)傳輸模型被稱作管道。管道有兩種類型：流和消息。消息數(shù)據(jù)具有USB定義的結(jié)構(gòu)，而數(shù)據(jù)流沒(méi)有。管道與數(shù)據(jù)帶寬、傳輸服務(wù)類型、端點(diǎn)特性有關(guān)。當(dāng)USB設(shè)備被配置時(shí)，大多數(shù)管道就形成了。一旦設(shè)備加電，總是形成一個(gè)被稱作默認(rèn)控制管道的消息管道，以便提供對(duì)設(shè)備配置、狀態(tài)和控制信息的訪問(wèn)。事務(wù)調(diào)度表（TransactionSchedule）允許對(duì)某些管道進(jìn)行流量控制，在硬件級(jí)，通過(guò)使用NAK（否認(rèn)）握手信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)傳輸率，以防止緩沖區(qū)上溢或者下溢產(chǎn)生。當(dāng)被否認(rèn)時(shí)，一旦總線時(shí)間可用會(huì)重試該總線事務(wù)。流量控制機(jī)制允許靈活地進(jìn)行調(diào)度，以適應(yīng)異類混合流管道的同時(shí)服務(wù)，因此，可以在不同的時(shí)間間隔，用不同規(guī)模的包為多個(gè)流管道服務(wù)。USB的總線協(xié)議USB是一種查詢總線，由主控制器啟動(dòng)所有的22USB總線的主要性能特點(diǎn)(1)使用簡(jiǎn)單。(2)每個(gè)USB系統(tǒng)中有一個(gè)主機(jī)，USB總線采用級(jí)聯(lián)的方式可以連接多個(gè)外部設(shè)備，(3)應(yīng)用范圍廣泛。(4)低成本的電纜和連接器。(5)較強(qiáng)的糾錯(cuò)能力。(6)較低的協(xié)議開(kāi)銷帶來(lái)了高的總線性能，且適合與低成本的外設(shè)開(kāi)發(fā)。(7)支持主機(jī)與設(shè)備之間的多數(shù)據(jù)流和多消息流傳輸，且支持同步和異步傳輸模式。(8)總線供電。USB總線可以為連接在其上的設(shè)備提供5V/100mA的供電能力，最大可以提供500mA的供電能力。USB總線的主要性能特點(diǎn)(1)使用簡(jiǎn)單。23SPI接口的基本原理和結(jié)構(gòu)SPI接口是以主從方式工作的,這種模式通常有一個(gè)主器件和一個(gè)或多個(gè)從器件,其接口包括以下四種信號(hào)：（1）MOSI–主器件數(shù)據(jù)輸出,從器件數(shù)據(jù)輸入（2）MISO–主器件數(shù)據(jù)輸入,從器件數(shù)據(jù)輸出（3）SCLK–時(shí)鐘信號(hào),由主器件產(chǎn)生（4）/SS

–從器件使能信號(hào),由主器件控制SPI接口的基本原理和結(jié)構(gòu)SPI接口是以主從方式工作的,這種24嵌入式技術(shù)及其應(yīng)用課件25嵌入式技術(shù)及其應(yīng)用課件26I2C接口的基本原理和結(jié)構(gòu)

I2C接口的基本原理和結(jié)構(gòu)27嵌入式技術(shù)及其應(yīng)用課件28嵌入式技術(shù)及其應(yīng)用課件2924LC02主要特性如下：（1）單電源供電，電壓范圍2.5V-5.5V。（2）I2C總線接口。（3）以256字節(jié)為單位組成一塊。（4）寫(xiě)保護(hù)功能。（5）低功耗特性。24LC02主要特性如下：30管腳名稱功能描述A0、A1、A2器件的地址輸入線，用于多個(gè)器件級(jí)聯(lián)時(shí)設(shè)置器件的地址，當(dāng)這些管腳懸空是默認(rèn)值為空SCL串行時(shí)鐘輸入引腳，用于產(chǎn)生器件所有數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的時(shí)鐘，此管腳需要接上拉電阻SDA串行數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳，用于傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包含地址，此管腳需要接上拉電阻WP寫(xiě)保護(hù)管腳，如果該該管腳所接信號(hào)為高電平，則器件處于寫(xiě)保護(hù)狀態(tài)，如果連接低電平，則可以進(jìn)行讀寫(xiě)Vcc電源Vss接地管腳名稱功能描述A0、A1、A2器件的地址輸入線，用于多個(gè)器31嵌入式技術(shù)及其應(yīng)用課件32嵌入式技術(shù)及其應(yīng)用課件33CAN接口的基本原理和結(jié)構(gòu)

CAN，全稱為“ControllerAreaNetwork”，控制器局域網(wǎng)，是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。CAN是一個(gè)單一的網(wǎng)絡(luò)總線，所有的外圍器件可以被掛接在該總線上。1993年，CAN已成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898(高速應(yīng)用)和ISO11519（低速應(yīng)用）。CAN接口的基本原理和結(jié)構(gòu)CAN，全稱為“Controll34應(yīng)用層對(duì)象層：報(bào)文濾波、報(bào)文和狀態(tài)的處理傳輸層：故障定位、錯(cuò)誤檢測(cè)和標(biāo)定、報(bào)文校驗(yàn)、應(yīng)答、仲裁、報(bào)文分幀、傳輸速率和定時(shí)物理層：信號(hào)電平和位表示、傳輸介質(zhì)應(yīng)用層對(duì)象層：報(bào)文濾波、報(bào)文和狀態(tài)的處理傳輸層：故障定位、錯(cuò)35CAN對(duì)傳輸介質(zhì)未做規(guī)定，因此CAN能夠使用多種物理介質(zhì)，例如雙絞線、光纖等。最常用的就是雙絞線。信號(hào)使用差分電壓傳送，兩條信號(hào)線被稱為“CAN_H”和“CAN_L”，靜態(tài)時(shí)均是2.5V左右，此時(shí)狀態(tài)表示為邏輯“1”，也可以叫做“隱性”。用CAN_H比CAN_L高表示邏輯“0”，稱為“顯形”，此時(shí)，通常電壓值為：C