嵌入式系統(tǒng)知識(shí)和接口技術(shù)合集3

7、鍵盤接口

(1)鍵盤的兩種形式：線性鍵盤和矩陣鍵盤。

(2)識(shí)別鍵盤上的閉合鍵通常有兩種方法：行掃描法和行反轉(zhuǎn)法。

(3)行掃描法是矩陣鍵盤按鍵常用的識(shí)別方法，此方法分為兩步進(jìn)行：

A、識(shí)別鍵盤哪一列的鍵被按下：讓所有行線均為低電平，查詢各列線電平是否為低，如果有列線為低，則說明該列有按鍵被按下，否則說明無按鍵按下。

B、如果某列有按鍵按下，識(shí)別鍵盤是哪一行按下：逐行置低電平，并置其余各行為高電平，查詢各列的變化，如果列電平變?yōu)榈碗娖?，則可確定此行此列交叉點(diǎn)處按鍵被按下。

8、顯示接口

(1)LCD的基本原理是，通過給不同的液晶單元供電，控制其光線的通過與否，從而達(dá)到顯示的目的。

(2)LCD的光源提供方式有兩種：投射式和反射式。筆記本電腦的LCD顯示器為投射式，屏的背后有一個(gè)光源，因此外界環(huán)境可以不需要光源。一般微控制器上使用的LCD為反射式，需要外界提供電源，靠反射光來工作。電致發(fā)光(EL)是液晶屏提供光源的一種方式。

(3)按照液晶驅(qū)動(dòng)方式分類，常見的LCD可以分為三類：扭轉(zhuǎn)向列類(TN)、超扭曲向列型(STN)和薄膜晶體管型(TFT)。

(4)市面上出售的LCD有兩種類型：帶有驅(qū)動(dòng)電路的LCD顯示模塊，只要總線方式驅(qū)動(dòng);沒有驅(qū)動(dòng)電路的LCD顯示器，使用控制器掃描方式。

(5)通常，LCD控制器工作的時(shí)候，通過DMA請(qǐng)求總線，直接通過SDRAM控制器讀取SDRAM中指定地址(顯示緩沖區(qū))的數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)經(jīng)過LCD控制器轉(zhuǎn)換成液晶屏掃描數(shù)據(jù)格式，直接驅(qū)動(dòng)液晶顯示器。

(6)VGA接口本質(zhì)上是一個(gè)模擬接口，一般都采用統(tǒng)一的15引腳接口，包括2個(gè)NC信號(hào)、3根顯示器數(shù)據(jù)總線、5個(gè)GND信號(hào)、3個(gè)RGB色彩分量、1個(gè)行同步信號(hào)和1個(gè)場(chǎng)同步信號(hào)。其色彩分量采用的電平標(biāo)準(zhǔn)為EIA定義的RS343標(biāo)準(zhǔn)。

9、觸摸屏接口

(1)按工作原理分，觸摸屏可以分為：表面聲波屏、電容屏、電阻屏和紅外屏幾種。

(2)觸摸屏的控制采用專業(yè)芯片，例如ADS7843。

10、音頻接口

(1)基本原理：麥克風(fēng)輸入的數(shù)據(jù)經(jīng)音頻編解碼器解碼完成A/D轉(zhuǎn)換，解碼后的音頻數(shù)據(jù)通過音頻控制器送入DSP或CPU進(jìn)行相應(yīng)的處理，然后數(shù)據(jù)經(jīng)音頻控制器發(fā)送給音頻編碼器，經(jīng)編碼D/A轉(zhuǎn)換后由揚(yáng)聲器輸出。

(2)數(shù)字音頻的格式有多種，最常用的是下面三種：

A、采用數(shù)字音頻(PCM)：是CD或DVD采用的數(shù)據(jù)格式。其采樣頻率為44.1kHz。精度為16位時(shí)，PCM音頻數(shù)據(jù)速率為1.41Mb/s;精度為32位時(shí)為2.42 Mb/s。一張700MB的CD可以保存大約60分鐘的16位PCM數(shù)據(jù)格式的音樂。

B、MPEG層3音頻(MP3)：MP3播放器采用的音頻格式。立體聲MP3數(shù)據(jù)速率為112kb/s至128kb/s。

C、ATSC數(shù)字音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)(AC3)：數(shù)字TV、HDTV和電影數(shù)字音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，立體聲AC3編碼后的數(shù)據(jù)速率為192kb/s。

(3)IIS是音頻數(shù)據(jù)的編碼或解碼常用的串行音頻數(shù)字接口。IIS總線只處理聲音數(shù)據(jù)，其他控制信號(hào)等則需要單獨(dú)傳輸。IIS使用了3根串行總線：數(shù)據(jù)線SD、字段選擇線WS、時(shí)鐘信號(hào)線SCK。

(4)當(dāng)接收方和發(fā)送方的數(shù)據(jù)字段寬度不一樣時(shí)，發(fā)送方不考慮接收方的數(shù)據(jù)字段寬度。如果發(fā)送方發(fā)送的數(shù)據(jù)字段小于系統(tǒng)字段寬度，就在低位補(bǔ)0;如果發(fā)送方的數(shù)據(jù)寬度大于接收方的寬度，則超過LSB的部分被截?cái)?。字段選擇WS用來選擇左右聲道，WS=0表示選擇左聲道;WS=1表示選擇右聲道。此外，WS能讓接收設(shè)備存儲(chǔ)前一個(gè)字節(jié)，并準(zhǔn)備接收下一個(gè)字節(jié)。

11、串行接口

(1)串行通信是指，使數(shù)據(jù)一位一位地進(jìn)行傳輸而實(shí)現(xiàn)的通信。與并行通信相比，串行通信具有傳輸線少、成本低等優(yōu)點(diǎn)，特別適合遠(yuǎn)距離傳送;缺點(diǎn)使速度慢。

(2)串行數(shù)據(jù)傳送有3種基本的通信模式：?jiǎn)喂?、半雙工、全雙工。

(3)串行通信在信息格式上可以分為2種方式：同步通信和異步通信。

A、異步傳輸：把每個(gè)字符當(dāng)作獨(dú)立的信息來傳輸，并按照一固定且預(yù)定的時(shí)序傳送，但在字符之間卻取決于字符與字符的任意時(shí)序。異步通信時(shí)，字符是一幀一幀傳送的，每幀字符的傳送靠起始位來同步。一幀數(shù)據(jù)的各個(gè)代碼間間隔是固定的，而相鄰兩幀數(shù)據(jù)其時(shí)間間隔是不固定的。

B、同步傳輸：同步方式不僅在字符之間是同步的，而且在字符與字符之間的時(shí)序仍然是同步的，即同步方式是將許多字符******成一字符塊后，在每塊信息之前要加上1～2個(gè)同步字符，字符塊之后再加入適當(dāng)?shù)腻e(cuò)誤檢測(cè)數(shù)據(jù)才傳送出去。

(4)異步通信必須遵循3項(xiàng)規(guī)定：

A、字符格式：起始位+數(shù)據(jù)+校驗(yàn)位+停止位(檢驗(yàn)位可無)，低位先傳送。

B、波特率：每秒傳送的位數(shù)。

C、校驗(yàn)位：奇偶檢驗(yàn)。

a、奇校驗(yàn)：要使字符加上校驗(yàn)位有奇數(shù)個(gè)“1”。

b、偶檢驗(yàn)：要使字符加上校驗(yàn)位有偶數(shù)個(gè)“1”。

(5)RS-232C的電氣特性：負(fù)邏輯。

A、在TxD和RxD上：邏輯1為-3V～-15V，邏輯0為3V～15V。

B、在TES、CTS、DTR、DCD等控制線上：

信號(hào)有效(ON狀態(tài))為3V～15V

信號(hào)無效(OFF狀態(tài))為-3V～-15V

(6)TTL標(biāo)準(zhǔn)與RS-232C標(biāo)準(zhǔn)之間的電平轉(zhuǎn)換利用集成芯片RS232實(shí)現(xiàn)。

(7)RS-422串行通信接口

A、RS-422是一種單機(jī)發(fā)送、多機(jī)接收的單向、平衡傳輸規(guī)范，傳輸速率可達(dá)10Mb/s。

B、RS-422采用差分傳輸方式，也稱做平衡傳輸，使用一對(duì)雙絞線。

C、RS-422需要一終端電阻，要求其阻值約等于傳輸電纜的特性阻抗。

(8)RS-485串行總線接口

A、RS-485是在RS-422的基礎(chǔ)上建立的標(biāo)準(zhǔn)，增加了多點(diǎn)、雙向通信能力，通信距離可為幾十米到上千米。

B、RS-485收發(fā)器采用平衡發(fā)送和差分接收，具有抑制共模干擾的能力。

C、RS-485需要兩個(gè)終端電阻。在近距離(300m一下)傳輸可不需要終端電阻。

12、并行接口

(1)并行接口的數(shù)據(jù)傳輸率比串行接口快8倍，標(biāo)準(zhǔn)并行接口的數(shù)據(jù)傳輸率為1Mb/s，一般用來連接打印機(jī)、掃描儀等，所以又稱打印口。

(2)并行接口可以分為SPP(標(biāo)準(zhǔn)并口)、EPP(增強(qiáng)型并口)和ECP(擴(kuò)展型并口)。

(3)并行總線分為標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)兩類。常用的并行標(biāo)準(zhǔn)總線有IEEE 488總線和ANSI SCSI總線。MXI總線是一種高性能非標(biāo)準(zhǔn)的通用多用戶并行總線。

13、PCI接口

(1)PCI總線是地址、數(shù)據(jù)多路復(fù)用的高性能32位和64位總線，是微處理器與外圍控制部件、外圍附加板之間的互連機(jī)構(gòu)。

(2)從數(shù)據(jù)寬度上看，PCI定義了32位數(shù)據(jù)總線，且可擴(kuò)展為64位。從總線速度上分，有33MHz和66MHz兩種。

(3)與ISA總線相比，PCI總線的地址總線與數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用，支持即插即用、中斷共享等功能。

14、USB接口

(1)USB總線的主要特點(diǎn)：

A、使用簡(jiǎn)單，即插即用。

B、每個(gè)USB系統(tǒng)中都有主機(jī)，這個(gè)USB網(wǎng)絡(luò)中最多可以連接127個(gè)設(shè)備。

C、應(yīng)用范圍廣，支持多個(gè)設(shè)備同時(shí)操作。

D、低成本的電纜和連接器，使用統(tǒng)一的4引腳插頭。

E、較強(qiáng)的糾錯(cuò)能力。

F、較低的協(xié)議開銷帶來了高的總線性能，且適合于低成本外設(shè)的開發(fā)。

G、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類型。

H、總線供電，能為設(shè)備提供5V/100mA的供電。

(2)USB系統(tǒng)由3部分來描述：USB主機(jī)、USB設(shè)備和USB互連。

(3)USB總線支持的數(shù)據(jù)傳輸率有3種：高速信令位傳輸率為480Mb/s;全速信令位傳輸率為12Mb/s;全速信令位傳輸率為1.5Mb/s。

(4)USB總線電纜有4根線：一對(duì)雙絞信號(hào)線和一對(duì)電源線。

(5)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上所掛接的外設(shè)通過由主機(jī)調(diào)度的、基于令牌的協(xié)議來共享USB帶寬。

(6)大部分總線事務(wù)涉及3個(gè)包的傳輸：

A、令牌包：指示總線上要執(zhí)行什么事務(wù)，欲尋址的USB設(shè)備及數(shù)據(jù)傳送方向。

B、數(shù)據(jù)包：傳輸數(shù)據(jù)或指示它沒有數(shù)據(jù)要傳輸。

C、握手包：指示傳輸是否成功。

(7)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)流沒有。

(8)事務(wù)調(diào)度表允許對(duì)某些流管道進(jìn)行流量控制，在硬件級(jí)，通過使用NAK(否認(rèn))握手信號(hào)來調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)傳輸率，以防止緩沖區(qū)上溢或下溢產(chǎn)生。

(9)USB設(shè)備最大的特點(diǎn)是即插即用。

(10)工作原理：USB設(shè)備插入U(xiǎn)SB端點(diǎn)時(shí)，主機(jī)都通過默認(rèn)地址0與設(shè)備的端點(diǎn)0進(jìn)行通信。在這個(gè)過程中，主機(jī)發(fā)出一系列試圖得到描述符的標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)求，通過這些請(qǐng)求，主機(jī)得到所有感興趣的設(shè)備信息，從而知道了設(shè)備的情況以及該如何與設(shè)備通信。隨后主機(jī)通過發(fā)出Set Address請(qǐng)求為設(shè)備設(shè)置一個(gè)唯一的地址。以后主機(jī)就通過為設(shè)備設(shè)置好的地址與設(shè)備通信，而不再使用默認(rèn)地址0。

15、SPI接口

(1)SPI是一個(gè)同步協(xié)議接口，所有的傳輸都參照一個(gè)共同的時(shí)鐘，這個(gè)同步時(shí)鐘有主機(jī)產(chǎn)生，接收數(shù)據(jù)的外設(shè)使用時(shí)鐘來對(duì)串行比特流的接收進(jìn)行同步化。

(2)在多個(gè)設(shè)備連接到主機(jī)的同一個(gè)SPI接口時(shí)，主機(jī)通過從設(shè)備的片選引腳來選擇。

(3)SPI主要使用4個(gè)信號(hào)：主機(jī)輸出/從機(jī)輸入(MOSI)，主機(jī)輸入/從機(jī)輸出(MISO)、串行時(shí)鐘SCLK和外設(shè)片選CS。

(4)主機(jī)和外設(shè)都包含一個(gè)串行移位寄存器，主機(jī)通過向它的SPI串行寄存器寫入一個(gè)字節(jié)來發(fā)起一次數(shù)據(jù)傳輸。寄存器通過MOSI信號(hào)線將字節(jié)傳送給外設(shè)，外設(shè)也將自己移位寄存器中的內(nèi)容通過MISO信號(hào)線返回給主機(jī)，這樣，兩個(gè)移位寄存器中的內(nèi)容就被交換了。

(5)外設(shè)的寫操作和讀操作時(shí)同步完成的，因此SPI成為一個(gè)很有效的協(xié)議。

(6)如果只是進(jìn)行寫操作，主機(jī)只需忽略收到的字節(jié);反過來，如果主機(jī)要讀取外設(shè)的一個(gè)字節(jié)，就必須發(fā)送一個(gè)空字節(jié)來引發(fā)從機(jī)的傳輸。