嵌入式系統(tǒng)知識和接口技術(shù)總結(jié)

1、什么是嵌入式

IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers，美國電氣和電子工程師協(xié)會）對嵌入式系統(tǒng)的定義：“用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機器和設(shè)備的裝置”。原文為：Devices Used to Control，Monitor or Assist the Operation of Equipment，Machinery or Plants）。

嵌入式系統(tǒng)是一種專用的計算機系統(tǒng)，作為裝置或設(shè)備的一部分。通常，嵌入式系統(tǒng)是一個控制程序存儲在ROM中的嵌入式處理器控制板。事實上，所有帶有數(shù)字接口的設(shè)備，如手表、微波爐、錄像機、汽車等，都使用嵌入式系統(tǒng)，有些嵌入式系統(tǒng)還包含操作系統(tǒng)，但大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)都是由單個程序?qū)崿F(xiàn)整個控制邏輯。

從應用對象上加以定義，嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，還可以涵蓋機械等附屬裝置。國內(nèi)普遍認同的嵌入式系統(tǒng)定義為：以應用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。

一個嵌入式系統(tǒng)裝置一般都由嵌入式計算機系統(tǒng)和執(zhí)行裝置組成,嵌入式計算機系統(tǒng)是整個嵌入式系統(tǒng)的核心，由硬件層、中間層、系統(tǒng)軟件層和應用軟件層組成。執(zhí)行裝置也稱為被控對象，它可以接受嵌入式計算機系統(tǒng)發(fā)出的控制命令，執(zhí)行所規(guī)定的操作或任務(wù)。執(zhí)行裝置可以很簡單，如手機上的一個微小型的電機，當手機處于震動接收狀態(tài)時打開；也可以很復雜，如SONY 智能機器狗，上面集成了多個微小型控制電機和多種傳感器，從而可以執(zhí)行各種復雜的動作和感受各種狀態(tài)信息。

2、嵌入式系統(tǒng)的組成

一、硬件層

硬件層中包含嵌入式微處理器、存儲器（SDRAM、ROM、Flash等）、通用設(shè)備接口和I/O接口（A/D、D/A、I/O等）。在一嵌入式處理器基礎(chǔ)上添加電源電路、時鐘電路和存儲器電路，就構(gòu)成了一個嵌入式核心控制模塊。其中操作系統(tǒng)和應用程序都可以固化在ＲＯＭ中。

二、中間層 硬件層與軟件層之間為中間層，也稱為硬件抽象層（Hardware Abstract Layer,HAL）或者板級支持包（Board Support Package,BSP），它半系統(tǒng)上層軟件與底層硬件分離開來，使系統(tǒng)的底層驅(qū)動程序與硬件無關(guān)，上層軟件開發(fā)人員無需關(guān)心底層硬件的具體情況，根據(jù)BSP層提供的接口即可進行開發(fā)。該層一般包含相關(guān)底層硬件的初始化、數(shù)據(jù)的輸入/輸出操作和硬件設(shè)備的配置功能。 實際上,BSP是一個介于操作系統(tǒng)和底層硬件之間的軟件層次，包括了系統(tǒng)中大部分與硬件聯(lián)系緊密的軟件模塊。設(shè)計一個完整的BSP需要完成兩部分工作：嵌入工系統(tǒng)的硬件初始化的BSP功能，設(shè)計硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動。三、系統(tǒng)軟件層 系統(tǒng)軟件層由實時多任務(wù)操作系統(tǒng)（Real-time Operation System,RTOS）、文件系統(tǒng)、圖形用戶接口(Graphic User Interface,GUI)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及通用組件模塊組成。RTOS是嵌入式應用軟件的基礎(chǔ)和開發(fā)平臺。

3、實時系統(tǒng)

(1)定義：能在指定或確定的時間內(nèi)完成系統(tǒng)功能和對外部或內(nèi)部、同步或異步時間做出響應的系統(tǒng)。(2)區(qū)別：通用系統(tǒng)一般追求的是系統(tǒng)的平均響應時間和用戶的使用方便;而實時系統(tǒng)主要考慮的是在最壞情況下的系統(tǒng)行為。(3)特點：時間約束性、可預測性、可靠性、與外部環(huán)境的交互性。(4)硬實時(強實時)：指應用的時間需求應能夠得到完全滿足，否則就造成重大安全事故，甚至造成重大的生命財產(chǎn)損失和生態(tài)破壞，如：航天、軍事。(5)軟實時(弱實時)：指某些應用雖然提出了時間的要求，但實時任務(wù)偶爾違反這種需求對系統(tǒng)運行及環(huán)境不會造成嚴重影響，如：監(jiān)控系統(tǒng)、實時信息采集系統(tǒng)。(6)任務(wù)的約束包括：時間約束、資源約束、執(zhí)行順序約束和性能約束。

5、實時系統(tǒng)的調(diào)度

(1)調(diào)度：給定一組實時任務(wù)和系統(tǒng)資源，確定每個任務(wù)何時何地執(zhí)行的整個過程。(2)搶占式調(diào)度：通常是優(yōu)先級驅(qū)動的調(diào)度，如uCOS。優(yōu)點是實時性好、反應快，調(diào)度算法相對簡單，可以保證高優(yōu)先級任務(wù)的時間約束;缺點是上下文切換多。(3)非搶占式調(diào)度：通常是按時間片分配的調(diào)度，不允許任務(wù)在執(zhí)行期間被中斷，任務(wù)一旦占用處理器就必須執(zhí)行完畢或自愿放棄，如WinCE。優(yōu)點是上下文切換少;缺點是處理器有效資源利用率低，可調(diào)度性不好。(4)靜態(tài)表驅(qū)動策略：系統(tǒng)在運行前根據(jù)各任務(wù)的時間約束及關(guān)聯(lián)關(guān)系，采用某種搜索策略生成一張運行時刻表，指明各任務(wù)的起始運行時刻及運行時間。(5)優(yōu)先級驅(qū)動策略：按照任務(wù)優(yōu)先級的高低確定任務(wù)的執(zhí)行順序。(6)實時任務(wù)分類：周期任務(wù)、偶發(fā)任務(wù)、非周期任務(wù)。(7)實時系統(tǒng)的通用結(jié)構(gòu)模型：數(shù)據(jù)采集任務(wù)實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的采集，數(shù)據(jù)處理任務(wù)處理采集的數(shù)據(jù)、并將加工后的數(shù)據(jù)送到執(zhí)行機構(gòu)管理任務(wù)控制機構(gòu)執(zhí)行。

5、嵌入式微處理器體系結(jié)構(gòu)

(1)馮諾依曼結(jié)構(gòu)：程序和數(shù)據(jù)共用一個存儲空間，程序指令存儲地址和數(shù)據(jù)存儲地址指向同一個存儲器的不同物理位置，采用單一的地址及數(shù)據(jù)總線，程序和數(shù)據(jù)的寬度相同。例如：8086、ARM7、MIPS…

(2)哈佛結(jié)構(gòu)：程序和數(shù)據(jù)是兩個相互獨立的存儲器，每個存儲器獨立編址、獨立訪問，是一種將程序存儲和數(shù)據(jù)存儲分開的存儲器結(jié)構(gòu)。例如：AVR、ARM9、ARM10…(3)CISC與RISC的特點比較。計算機執(zhí)行程序所需要的時間P可以用下面公式計算：P=I×CPI×TI：高級語言程序編譯后在機器上運行的指令數(shù)。CPI：為執(zhí)行每條指令所需要的平均周期數(shù)。T：每個機器周期的時間。(4)流水線的思想：在CPU中把一條指令的串行執(zhí)行過程變?yōu)槿舾芍噶畹淖舆^程在CPU中重疊執(zhí)行。(5)流水線的指標：吞吐率：單位時間里流水線處理機流出的結(jié)果數(shù)。如果流水線的子過程所用時間不一樣長，則吞吐率應為最長子過程的倒數(shù)。建立時間：流水線開始工作到達最大吞吐率的時間。若m個子過程所用時間一樣，均為t，則建立時間T=mt。(6)信息存儲的字節(jié)順序A、存儲器單位：字節(jié)(8位)B、字長決定了微處理器的尋址能力，即虛擬地址空間的大小。C、32位微處理器的虛擬地址空間位232，即4GB。D、小端字節(jié)順序：低字節(jié)在內(nèi)存低地址處，高字節(jié)在內(nèi)存高地址處。E、大端字節(jié)順序：高字節(jié)在內(nèi)存低地址處，低字節(jié)在內(nèi)存高地址處。F、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的存儲順序問題取決于OSI模型底層中的數(shù)據(jù)鏈路層。

6、邏輯電路基礎(chǔ)

(1)根據(jù)電路是否具有存儲功能，將邏輯電路劃分為：組合邏輯電路和時序邏輯電路。

(2)組合邏輯電路：電路在任一時刻的輸出，僅取決于該時刻的輸入信號，而與輸入信號作用前電路的狀態(tài)無關(guān)。常用的邏輯電路有譯碼器和多路選擇器等。(3)時序邏輯電路：電路任一時刻的輸出不僅與該時刻的輸入有關(guān)，而且還與該時刻電路的狀態(tài)有關(guān)。因此，時序電路中必須包含記憶元件。觸發(fā)器是構(gòu)成時序邏輯電路的基礎(chǔ)。常用的時序邏輯電路有寄存器和計數(shù)器等。(4)真值表、布爾代數(shù)、摩根定律、門電路的概念。(5)NOR(或非)和NAND(與非)的門電路稱為全能門電路，可以實現(xiàn)任何一種邏輯函數(shù)。(6)譯碼器：多輸入多輸出的組合邏輯網(wǎng)絡(luò)。每輸入一個n位的二進制代碼，在m個輸出端中最多有一個有效。當m=2n是，為全譯碼;當m《2n時，為部分譯碼。(7)由于集成電路的高電平輸出電流小，而低電平輸出電流相對比較大，采用集成門電路直接驅(qū)動LED時，較多采用低電平驅(qū)動方式。液晶七段字符顯示器LCD利用液晶有外加電場和無外加電場時不同的光學特性來顯示字符。(8)時鐘信號是時序邏輯的基礎(chǔ)，它用于決定邏輯單元中的狀態(tài)合適更新。同步是時鐘控制系統(tǒng)中的主要制約條件。(9)在選用觸發(fā)器的時候，觸發(fā)方式是必須考慮的因素。觸發(fā)方式有兩種：方式1：電平觸發(fā)方式：具有結(jié)構(gòu)簡單的有點，常用來組成暫存器。

方式2：邊沿觸發(fā)方式：具有很強的抗數(shù)據(jù)端干擾能力，常用來組成寄存器、計數(shù)器等。

7、總線電路及信號驅(qū)動

(1)總線是各種信號線的集合，是嵌入式系統(tǒng)中各部件之間傳送數(shù)據(jù)、地址和控制信息的公共通路。在同一時刻，每條通路線路上能夠傳輸一位二進制信號。按照總線所傳送的信息類型，可以分為：數(shù)據(jù)總線(DB)、地址總線(AB)和控制總線(CB)。

(2)總線的主要參數(shù)：總線帶寬：一定時間內(nèi)總線上可以傳送的數(shù)據(jù)量，一般用MByte/s表示?？偩€寬度：總線能同時傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)(bit)，即人們常說的32位、64位等總線寬度的概念，也叫總線位寬?？偩€的位寬越寬，總線每秒數(shù)據(jù)傳輸率越大，也就是總線帶寬越寬?？偩€頻率：工作時鐘頻率以MHz為單位，工作頻率越高，則總線工作速度越快，也即總線帶寬越寬。總線帶寬 = 總線位寬×總線頻率/8， 單位是MBps。常用總線：ISA總線、PCI總線、IIC總線、SPI總線、PC104總線和CAN總線等。(3)只有具有三態(tài)輸出的設(shè)備才能夠連接到數(shù)據(jù)總線上，常用的三態(tài)門為輸出緩沖器。(4)當總線上所接的負載超過總線的負載能力時，必須在總線和負載之間加接緩沖器或驅(qū)動器，最常用的是三態(tài)緩沖器，其作用是驅(qū)動和隔離。(5)采用總線復用技術(shù)可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)總線和地址總線的共用。但會帶來兩個問題：A、需要增加外部電路對總線信號進行復用解耦，例如：地址鎖存器。B、總線速度相對非復用總線系統(tǒng)低。(6)兩類總線通信協(xié)議：同步方式、異步方式。(7)對總線仲裁問題的解決是以優(yōu)先級(優(yōu)先權(quán))的概念為基礎(chǔ)。

8、電平轉(zhuǎn)換電路

(1)數(shù)字集成電路可以分為兩大類：雙極型集成電路(TTL)、金屬氧化物半導體(MOS)。

(2)CMOS電路由于其靜態(tài)功耗極低，工作速度較高，抗干擾能力較強，被廣泛使用。

(3)解決TTL與CMOS電路接口困難的辦法是在TTL電路輸出端與電源之間接一上拉電阻R，上拉電阻R的取值由TTL的高電平輸出漏電流IOH來決定，不同系列的TTL應選用不同的R值。

9、嵌入式系統(tǒng)中信息表示與運算基礎(chǔ)

(1)進位計數(shù)制與轉(zhuǎn)換：這樣比較簡單，也應該掌握怎么樣進行換算，有出題的可能。(2)計算機中數(shù)的表示：源碼、反碼與補碼。正數(shù)的反碼與源碼相同，負數(shù)的反碼為該數(shù)的源碼除符號位外按位取反。正數(shù)的補碼與源碼相同，負數(shù)的補碼為該數(shù)的反碼加一。例如-98的源碼：11100010B反碼：10011101B補碼：10011110B(3)定點表示法：數(shù)的小數(shù)點的位置人為約定固定不變。浮點表示法：數(shù)的小數(shù)點位置是浮動的，它由尾數(shù)部分和階數(shù)部分組成。任意一個二進制N總可以寫成：N=2P×S。S為尾數(shù)，P為階數(shù)。(4)漢字表示法，搞清楚GB2318-80中國標碼和機內(nèi)碼的變換。(5)語音編碼中波形量化參數(shù)(可能會出簡單的計算題目哦)采樣頻率：一秒內(nèi)采樣的次數(shù)，反映了采樣點之間的間隔大小。人耳的聽覺上限是20kHz，因此40kHz以上的采樣頻率足以使人滿意。CD唱片采用的采樣頻率是44.1kHz。測量精度：樣本的量化等級，目前標準采樣量級有8位和16位兩種。聲道數(shù)：單聲道和立體聲雙道。立體聲需要兩倍的存儲空間。

10、差錯控制編碼

(1)根據(jù)碼組的功能，可以分為檢錯碼和糾錯碼兩類。檢錯碼是指能自動發(fā)現(xiàn)差錯的碼，例如奇偶檢驗碼;糾錯碼是指不僅能發(fā)現(xiàn)差錯而且能自動糾正差錯的碼，例如循環(huán)冗余校驗碼。(2)奇偶檢驗碼、海明碼、循環(huán)冗余校驗碼(CRC)。

11、差錯控制編碼嵌入式系統(tǒng)的度量項目

(1)性能指標：分為部件性能指標和綜合性能指標，主要包括：吞吐率、實時性和各種利用率。(2)可靠性與安全性可靠性是嵌入式系統(tǒng)最重要、最突出的基本要求，是一個嵌入式系統(tǒng)能正常工作的保證，一般用平均故障間隔時間MTBF來度量。

(3)可維護性：一般用平均修復時間MTTR表示。

(4)可用性

(5)功耗

(6)環(huán)境適應性(7)通用性(8)安全性(9)保密性(10)可擴展性性價比中的價格，除了直接購買嵌入式系統(tǒng)的價格外，還應包含安裝費用、若干年的運行維修費用和軟件租用費。

嵌入式系統(tǒng)的評價方法：測量法和模型法

(1)測量法是最直接最基本的方法，需要解決兩個問題：

A、根據(jù)研究的目的，確定要測量的系統(tǒng)參數(shù)。

B、選擇測量的工具和方式。

(2)測量的方式有兩種：采樣方式和事件跟蹤方式。

(3)模型法分為分析模型法和模擬模型法。分析模型法是用一些數(shù)學方程去刻畫系統(tǒng)的模型，而模擬模型法是用模擬程序的運行去動態(tài)表達嵌入式系統(tǒng)的狀態(tài)，而進行系統(tǒng)統(tǒng)計分析，得出性能指標。

(4)分析模型法中使用最多的是排隊模型，它包括三個部分：輸入流、排隊規(guī)則和服務(wù)機構(gòu)。

(5)使用模型對系統(tǒng)進行評價需要解決3個問題：設(shè)計模型、解模型、校準和證實模型。

12、接口技術(shù)

1、Flash存儲器

(1)Flash存儲器是一種非易失性存儲器，根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同可以將其分為NOR Flash和NAND Flash兩種。

（2）Flash存儲器的特點：

A、區(qū)塊結(jié)構(gòu)：在物理上分成若干個區(qū)塊，區(qū)塊之間相互獨立。

B、先擦后寫：Flash的寫操作只能將數(shù)據(jù)位從1寫成0，不能從0寫成1，所以在對存儲器進行寫入之前必須先執(zhí)行擦除操作，將預寫入的數(shù)據(jù)位初始化為1。擦除操作的最小單位是一個區(qū)塊，而不是單個字節(jié)。

C、操作指令：執(zhí)行寫操作，它必須輸入一串特殊指令（NOR Flash）或者完成一段時序（NAND Flash）才能將數(shù)據(jù)寫入。

D、位反轉(zhuǎn)：由于Flash的固有特性，在讀寫過程中偶爾會產(chǎn)生一位或幾位的數(shù)據(jù)錯誤。位反轉(zhuǎn)無法避免，只能通過其他手段對結(jié)果進行事后處理。

E、壞塊：區(qū)塊一旦損壞，將無法進行修復。對已損壞的區(qū)塊操作其結(jié)果不可預測。

（3）NOR Flash的特點：

應用程序可以直接在閃存內(nèi)運行，不需要再把代碼讀到系統(tǒng)RAM中運行。NOR Flash的傳輸效率很高，在1MB~4MB的小容量時具有很高的成本效益，但是很低的寫入和擦除速度大大影響了它的性能。

（4）NAND Flash的特點

能夠提高極高的密度單元，可以達到高存儲密度，并且寫入和擦除的速度也很快，這也是為何所有的U盤都使用NAND Flash作為存儲介質(zhì)的原因。應用NAND Flash的困難在于閃存需要特殊的系統(tǒng)接口。

（5）NOR Flash與NAND Flash的區(qū)別：

A、NOR Flash的讀速度比NAND Flash稍快一些。

B、NAND Flash的擦除和寫入速度比NOR Flash快很多

C、NAND Flash的隨機讀取能力差，適合大量數(shù)據(jù)的連續(xù)讀取。

D、NOR Flash帶有SRAM接口，有足夠的地址引進來尋址，可以很容易地存取其內(nèi)部的每一個字節(jié)。NAND Flash的地址、數(shù)據(jù)和命令共用8位總線（有寫公司的產(chǎn)品使用16位），每次讀寫都要使用復雜的I/O接口串行地存取數(shù)據(jù)。

E、NOR Flash的容量一般較小，通常在1MB~8MB之間;NAND Flash只用在8MB以上的產(chǎn)品中。因此，NOR Flash只要應用在代碼存儲介質(zhì)中，NAND Flash適用于資料存儲。

F、NAND Flash中每個塊的最大擦寫次數(shù)是一百萬次，而NOR Flash是十萬次。

G、NOR Flash可以像其他內(nèi)存那樣連接，非常直接地使用，并可以在上面直接運行代碼;NAND Flash需要特殊的I/O接口，在使用的時候，必須先寫入驅(qū)動程序，才能繼續(xù)執(zhí)行其他操作。因為設(shè)計師絕不能向壞塊寫入，這就意味著在NAND Flash上自始至終必須進行虛擬映像。

H、NOR Flash用于對數(shù)據(jù)可靠性要求較高的代碼存儲、通信產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)處理等領(lǐng)域，被成為代碼閃存;NAND Flash則用于對存儲容量要求較高的MP3、存儲卡、U盤等領(lǐng)域，被成為數(shù)據(jù)閃存。

2、RAM存儲器

（1）SRAM的特點：

SRAM表示靜態(tài)隨機存取存儲器，只要供電它就會保持一個值，它沒有刷新周期，由觸發(fā)器構(gòu)成基本單元，集成度低，每個SRAM存儲單元由6個晶體管組成，因此其成本較高。它具有較高速率，常用于高速緩沖存儲器。通常SRAM有4種引腳：

CE：片選信號，低電平有效。

R/W：讀寫控制信號。

ADDRESS：一組地址線。

DATA：用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊唤M雙向信號線。

（2）DRAM的特點：

DRAM表示動態(tài)隨機存取存儲器。這是一種以電荷形式進行存儲的半導體存儲器。它的每個存儲單元由一個晶體管和一個電容器組成，數(shù)據(jù)存儲在電容器中。電容器會由于漏電而導致電荷丟失，因而DRAM器件是不穩(wěn)定的。它必須有規(guī)律地進行刷新，從而將數(shù)據(jù)保存在存儲器中。

DRAM的接口比較復雜，通常有一下引腳：

CE：片選信號，低電平有效。

R/W：讀寫控制信號。

RAS：行地址選通信號，通常接地址的高位部分。

CAS：列地址選通信號，通常接地址的低位部分。

ADDRESS：一組地址線。

DATA：用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊唤M雙向信號線。

（3）SDRAM的特點：

SDRAM表示同步動態(tài)隨機存取存儲器。同步是指內(nèi)存工作需要同步時鐘，內(nèi)部的命令發(fā)送與數(shù)據(jù)的傳輸都以它為基準;動態(tài)是指存儲器陣列需要不斷的刷新來保證數(shù)據(jù)不丟失。它通常只能工作在133MHz的主頻。

（4）DDRAM的特點

DDRAM表示雙倍速率同步動態(tài)隨機存取存儲器，也稱DDR。DDRAM是基于SDRAM技術(shù)的，SDRAM在一個時鐘周期內(nèi)只傳輸一次數(shù)據(jù)，它是在時鐘的上升期進行數(shù)據(jù)傳輸;而DDR內(nèi)存則是一個時鐘周期內(nèi)傳輸兩次次數(shù)據(jù)，它能夠在時鐘的上升期和下降期各傳輸一次數(shù)據(jù)。在133MHz的主頻下，DDR內(nèi)存帶寬可以達到133×64b/8×2=2.1GB/s。

3、硬盤、光盤、CF卡、SD卡

4、GPIO原理與結(jié)構(gòu)

GPIO是I/O的最基本形式，它是一組輸入引腳或輸出引腳。有些GPIO引腳能夠加以編程改變工作方向，通常有兩個控制寄存器：數(shù)據(jù)寄存器和數(shù)據(jù)方向寄存器。數(shù)據(jù)方向寄存器設(shè)置端口的方向。如果將引腳設(shè)置為輸出，那么數(shù)據(jù)寄存器將控制著該引腳狀態(tài)。若將引腳設(shè)置為輸入，則此輸入引腳的狀態(tài)由引腳上的邏輯電路層來實現(xiàn)對它的控制。

5、A/D接口

（1）A/D轉(zhuǎn)換器是把電模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的電路。實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的方法有很多，常用的方法有計數(shù)法、雙積分法和逐次逼進法。

（2）計數(shù)式A/D轉(zhuǎn)換法

其電路主要部件包括：比較器、計數(shù)器、D/A轉(zhuǎn)換器和標準電壓源。

其工作原理簡單來說就是，有一個計數(shù)器，從0開始進行加1計數(shù)，每進行一次加1，該數(shù)值作為D/A轉(zhuǎn)換器的輸入，其產(chǎn)生一個比較電壓VO與輸入模擬電壓VIN進行比較。如果VO小于VIN則繼續(xù)進行加1計數(shù)，直到VO大于VIN，這時計數(shù)器的累加數(shù)值就是A/D轉(zhuǎn)換器的輸出值。

這種轉(zhuǎn)換方式的特點是簡單，但是速度比較慢，特別是模擬電壓較高時，轉(zhuǎn)換速度更慢。例如對于一個8位A/D轉(zhuǎn)換器，若輸入模擬量為最大值，計數(shù)器要從0開始計數(shù)到255，做255次D/A轉(zhuǎn)換和電壓比較的工作，才能完成轉(zhuǎn)換。

（3）雙積分式A/D轉(zhuǎn)換法

其電路主要部件包括：積分器、比較器、計數(shù)器和標準電壓源。

其工作原理是，首先電路對輸入待測電壓進行固定時間的積分，然后換為標準電壓進行固定斜率的反向積分，反向積分進行到一定時間，便返回起始值。由于使用固定斜率，對標準電壓進行反向積分的時間正比于輸入模擬電壓值，輸入模擬電壓越大，反向積分回到起始值的時間越長。只要用標準的高頻時鐘脈沖測定反向積分花費的時間，就可以得到相應于輸入模擬電壓的數(shù)字量，也就完成了A/D轉(zhuǎn)換。

其特點是，具有很強的抗工頻干擾能力，轉(zhuǎn)換精度高，但轉(zhuǎn)換速度慢，通常轉(zhuǎn)換頻率小于10Hz，主要用于數(shù)字式測試儀表、溫度測量等方面。

（4）逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換法

其電路主要部件包括：比較器、D/A轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器和基準電壓源。

其工作原理是，實質(zhì)上就是對分搜索法，和平時天平的使用原理一樣。在進行A/D轉(zhuǎn)換時，由D/A轉(zhuǎn)換器從高位到低位逐位增加轉(zhuǎn)換位數(shù)，產(chǎn)生不同的輸出電壓，把輸入電壓與輸出電壓進行比較而實現(xiàn)。首先使最高位為1，這相當于取出基準電壓的1/2與輸入電壓比較，如果在輸入電壓小于1/2的基準電壓，則最高位置0，反之置1。之后，次高位置1，相當于在1/2的范圍中再作對分搜索，以此類推，逐次逼近。

其特點是，速度快，轉(zhuǎn)換精度高，對N位A/D轉(zhuǎn)換器只需要M個時鐘脈沖即可完成，一般可用于測量幾十到幾百微秒的過渡過程的變化，是目前應用最普遍的轉(zhuǎn)換方法。

（5）A/D轉(zhuǎn)換的重要指標（有可能考一些簡單的計算）

A、分辨率：反映A/D轉(zhuǎn)換器對輸入微小變化響應的能力，通常用數(shù)字輸出最低位（LSB）所對應的模擬電壓的電平值表示。n位A/D轉(zhuǎn)換器能反映1/2n滿量程的模擬輸入電平。

B、量程：所能轉(zhuǎn)換的模擬輸入電壓范圍，分為單極性和雙極性兩種類型。

C、轉(zhuǎn)換時間：完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需要的時間，其倒數(shù)為轉(zhuǎn)換速率。

D、精度：精度與分辨率是兩個不同的概念，即使分辨率很高，也可能由于溫漂、線性度等原因使其精度不夠高。精度有絕對精度和相對精度兩種表示方法。通常用數(shù)字量的最低有效位LSB的分數(shù)值來表示絕對精度，用其模擬電壓滿量程的百分比來表示相對精度。

例如，滿量程10V，10位A/D芯片，若其絕對精度為±1/2LSB，則其最小有效位LSB的量化單位為：10/1024=9.77mv，其絕對精度為9.77mv/2=4.88mv，相對精度為：0.048%。

6、D/A接口基本

（1）D/A轉(zhuǎn)換器使將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量。

（2）在集成電路中，通常采用T型網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬電流，再由運算放大器將模擬電路轉(zhuǎn)換為模擬電壓。進行D/A轉(zhuǎn)換實際上需要上面的兩個環(huán)節(jié)。

（3）D/A轉(zhuǎn)換器的分類：

A、電壓輸出型：常作為高速D/A轉(zhuǎn)換器。

B、電流輸出型：一般外接運算放大器使用。

C、乘算型：可用作調(diào)制器和使輸入信號數(shù)字化地衰減。

（4）D/A轉(zhuǎn)換器的主要指標：分辨率、建立時間、線性度、轉(zhuǎn)換精度、溫度系數(shù)。

7、鍵盤接口

（1）鍵盤的兩種形式：線性鍵盤和矩陣鍵盤。

（2）識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別方法，此方法分為兩步進行：

A、識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)榈碗娖剑瑒t可確定此行此列交叉點處按鍵被按下。

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)動電路的LCD顯示模塊，只要總線方式驅(qū)動;沒有驅(qū)動電路的LCD顯示器，使用控制器掃描方式。

（5）通常，LCD控制器工作的時候，通過DMA請求總線，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)動液晶顯示器。

（6）VGA接口本質(zhì)上是一個模擬接口，一般都采用統(tǒng)一的15引腳接口，包括2個NC信號、3根顯示器數(shù)據(jù)總線、5個GND信號、3個RGB色彩分量、1個行同步信號和1個場同步信號。其色彩分量采用的電平標準為EIA定義的RS343標準。

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進行相應的處理，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，PCM音頻數(shù)據(jù)速率為1.41Mb/s;精度為32位時為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)字音頻壓縮標準（AC3）：數(shù)字TV、HDTV和電影數(shù)字音頻編碼標準，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)，其他控制信號等則需要單獨傳輸。IIS使用了3根串行總線：數(shù)據(jù)線SD、字段選擇線WS、時鐘信號線SCK。

（4）當接收方和發(fā)送方的數(shù)據(jù)字段寬度不一樣時，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的部分被截斷。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)備存儲前一個字節(jié)，并準備接收下一個字節(jié)。

11、串行接口

（1）串行通信是指，使數(shù)據(jù)一位一位地進行傳輸而實現(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，特別適合遠距離傳送;缺點使速度慢。

（2）串行數(shù)據(jù)傳送有3種基本的通信模式：單工、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：把每個字符當作獨立的信息來傳輸，并按照一固定且預定的時序傳送，但在字符之間卻取決于字符與字符的任意時序。異步通信時，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)的各個代碼間間隔是固定的，而相鄰兩幀數(shù)據(jù)其時間間隔是不固定的。

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個同步字符，字符塊之后再加入適當?shù)腻e誤檢測數(shù)據(jù)才傳送出去。

（4）異步通信必須遵循3項規(guī)定：

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

B、波特率：每秒傳送的位數(shù)。

C、校驗位：奇偶檢驗。

a、奇校驗：要使字符加上校驗位有奇數(shù)個“1”。

b、偶檢驗：要使字符加上校驗位有偶數(shù)個“1”。

（5）RS-232C的電氣特性：負邏輯。

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：

信號有效（ON狀態(tài)）為3V～15V信號無效（OFF狀態(tài)）為-3V～-15V

（6）TTL標準與RS-232C標準之間的電平轉(zhuǎn)換利用集成芯片RS232實現(xiàn)。

（7）RS-422串行通信接口

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

B、RS-422采用差分傳輸方式，也稱做平衡傳輸，使用一對雙絞線。

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)上建立的標準，增加了多點、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，標準并行接口的數(shù)據(jù)傳輸率為1Mb/s，一般用來連接打印機、掃描儀等，所以又稱打印口。

（2）并行接口可以分為SPP（標準并口）、EPP（增強型并口）和ECP（擴展型并口）。

（3）并行總線分為標準和非標準兩類。常用的并行標準總線有IEEE 488總線和ANSI SCSI總線。MXI總線是一種高性能非標準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)總線分時復用，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：

A、使用簡單，即插即用。

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

C、應用范圍廣，支持多個設(shè)備同時操作。

D、低成本的電纜和連接器，使用統(tǒng)一的4引腳插頭。

E、較強的糾錯能力。

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、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：一對雙絞信號線和一對電源線。

（5）USB是一種查詢總線，由主控制器啟動所有的數(shù)據(jù)傳輸。USB上所掛接的外設(shè)通過由主機調(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）主機與設(shè)備端點之間的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)度表允許對某些流管道進行流量控制，在硬件級，通過使用NAK（否認）握手信號來調(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)備最大的特點是即插即用。

（10）工作原理：USB設(shè)備插入USB端點時，主機都通過默認地址0與設(shè)備的端點0進行通信。在這個過程中，主機發(fā)出一系列試圖得到描述符的標準請求，通過這些請求，主機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。隨后主機通過發(fā)出Set Address請求為設(shè)備設(shè)置一個唯一的地址。以后主機就通過為設(shè)備設(shè)置好的地址與設(shè)備通信，而不再使用默認地址0。

15、SPI接口

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

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

（3）SPI主要使用4個信號：主機輸出/從機輸入（MOSI），主機輸入/從機輸出（MISO）、串行時鐘SCLK和外設(shè)片選CS。

（4）主機和外設(shè)都包含一個串行移位寄存器，主機通過向它的SPI串行寄存器寫入一個字節(jié)來發(fā)起一次數(shù)據(jù)傳輸。寄存器通過MOSI信號線將字節(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信號線返回給主機，這樣，兩個移位寄存器中的內(nèi)容就被交換了。

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

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

16、IIC接口

（1）IIC總線是具備總線仲裁和高低速設(shè)備同步等功能的高性能多主機總線。

（2）IIC總線上需要兩條線：串行數(shù)據(jù)線SDA和串行時鐘線SCL。

（3）總線上的每個器件都有唯一的地址以供識別，而且各器件都可以作為一個發(fā)送器或者接收器（由器件的功能決定）。

（4）IIC總線有4種操作模式：主發(fā)送、主接收、從發(fā)送、從接收。

（5）IIC在傳送數(shù)據(jù)過程******有3種類型信號：

A、開始信號：SCL為低電平時，SDA由高向低跳變。

B、結(jié)束信號：SCL為低電平時，SDA由低向高跳變。

C、應答信號：接收方在收到8位數(shù)據(jù)后，在第9個脈沖向發(fā)送方發(fā)出特點的低電平。

（6）主器件發(fā)送一個開始信號后，它還會立即送出一個從地址，來通知將與它進行數(shù)據(jù)通信的從器件。1個字節(jié)的地址包括7位地址信息和1位傳輸方向指示位，如果第7位為0，表示要進行一個寫操作，如果為1，表示要進行一個讀操作。

（7）SDA線上傳輸?shù)拿總€字節(jié)長度都是8位，每次傳輸種字節(jié)的數(shù)量沒有限制的。在開始信號后面的第一個字節(jié)是地址域，之后每個傳輸字節(jié)后面都有一個應答位（ACK），傳輸中串行數(shù)據(jù)的MSB（字節(jié)高位）首先發(fā)送。

（8）如果數(shù)據(jù)接收方無法再接收更多的數(shù)據(jù)，它可以通過將SCL保持低電平來中斷傳輸，這樣可以迫使數(shù)據(jù)發(fā)送方等待，直到SCL被重新釋放。這樣可以達到高低速設(shè)備同步。

（9）IIC總線的工作過程：SDA和SCL都是雙向的?？臻e的時候，SDA和SCL都是高電平，只有SDA變?yōu)榈碗娖?，接著SCL再變?yōu)榈碗娖剑琁IC總線的數(shù)據(jù)傳輸才開始。SDA線上被傳輸?shù)拿恳晃辉赟CL的上升沿被采樣，該位必須一直保持有效到SCL再次變?yōu)榈碗娖剑缓骃DA就在SCL再次變?yōu)楦唠娖街皞鬏斚乱粋€位。最后，SCL變回高電平，接著SDA也變?yōu)楦唠娖?，表示?shù)據(jù)傳輸結(jié)束。

17、以太網(wǎng)接口

（1）最常用的以太網(wǎng)協(xié)議是IEEE802.3標準。

（2）傳輸編碼（06和07年都有******）：曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼。

A、曼徹斯特編碼：每位中間有一個電平跳變，從高到底的跳變表示“0”，從低到高的跳變表示為“1”。

B、差分曼徹斯特編碼：每位中間有一個電平跳變，利用每個碼元開始時有無跳變來表示“0”或“1”，有跳變?yōu)椤?”，無跳變?yōu)椤?”。

（3）相比之下，曼徹斯特編碼編碼簡單，差分曼徹斯特編碼提供更好的噪聲抑制性能。

（4）以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸特點：

A、所有數(shù)據(jù)位的傳輸由低位開始，傳輸?shù)奈涣鲿r用曼徹斯特編碼。

B、以太網(wǎng)是基于沖突檢測的總線復用方法，由硬件自動執(zhí)行。

C、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)長度，目的地址DA+源地址SA+類型字段TYPE+數(shù)據(jù)段DATA+填充位PAD，最小為60B，最大為1514B。

D、通常以太網(wǎng)卡可以接收3種地址的數(shù)據(jù)：廣播地址、多播地址、自己的地址。

E、任何兩個網(wǎng)卡的物理地址都不一樣，是世界上唯一的，網(wǎng)卡地址由專門機構(gòu)分配。

（5）嵌入式以太網(wǎng)接口有兩種實現(xiàn)方法：

A、嵌入式處理器+網(wǎng)卡芯片（例如：RTL8019AS、CS8900等）B、帶有以太網(wǎng)接口的處理器。

（6）TCP/IP是一個分層協(xié)議，分為：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應用層。每層實現(xiàn)一個明確的功能，對應一個或幾個傳輸協(xié)議，每層相對于它的下層都作為一個獨立的數(shù)據(jù)包來實現(xiàn)。每層上的協(xié)議如下：

A、應用層：BSD套接字。

B、傳輸層：TCP、UDP。

C、網(wǎng)絡(luò)層：IP、ARP、ICMP、IGMPD、數(shù)據(jù)鏈路層：IEEE802.3 Ethernet MACE、物理層：二進制比特流。

（7）ARP（地址解析協(xié)議）

A、網(wǎng)絡(luò)層用32位的地址來標識不同的主機（即IP地址），而鏈路層使用48位的物理地址（MAC）來標識不同的以太網(wǎng)或令牌網(wǎng)接口。

B、ARP功能：實現(xiàn)從IP地址到對應物理地址的轉(zhuǎn)換。

（8）ICMP（網(wǎng)絡(luò)控制報文協(xié)議）

A、IP層用它來與其他主機或路由器交換錯誤報文和其他重要控制信息。

B、ICMP報文是在IP數(shù)據(jù)包內(nèi)被傳輸?shù)摹?/p>

C、網(wǎng)絡(luò)診斷工具ping和traceroute其實就是ICMP協(xié)議。

（9）IP（網(wǎng)際協(xié)議）

A、IP工作在網(wǎng)絡(luò)層，是TCP/IP協(xié)議族中最為核心的協(xié)議。

B、所有的TCP、UDP、ICMP及IGMP數(shù)據(jù)都以IP數(shù)據(jù)包格式傳輸。

C、TTL（生存時間字段）：指定了IP數(shù)據(jù)包的生存時間（數(shù)據(jù)包可以經(jīng)過的路由器數(shù)）。

D、IP提供不可靠、無連接的數(shù)據(jù)包傳送服務(wù)，高效、靈活。

a、不可靠：它不能保證數(shù)據(jù)包能成功到達目的地，任何要求的可靠性必須由上層來提供（如TCP）。如果發(fā)生某種錯誤，IP有一個簡單的錯誤處理算法--丟棄該數(shù)據(jù)包，然后發(fā)送ICMP消息報給信源端。

b、無連接：IP不維護任何關(guān)于后續(xù)數(shù)據(jù)包的狀態(tài)信息。每個數(shù)據(jù)包的處理都是相互獨立的。IP數(shù)據(jù)包可以不按順序接收，

（10）TCP（傳輸控制協(xié)議）TCP協(xié)議是一個面向連接的可靠的傳輸層協(xié)議，它為兩臺主機提供高可靠性的端到端數(shù)據(jù)通信。

（11）UDP（用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議）UDP協(xié)議是一種無連接不可靠的傳輸層協(xié)議，它不保證數(shù)據(jù)包能到達目的地，可靠性有應用層來提供。UDP協(xié)議開銷少，和TCP相比更適合于應用在低端的嵌入式領(lǐng)域中。

（12）端口：TCP和UDP采用16位端口號來識別上層的用戶，即應用層協(xié)議，例如FTP服務(wù)的TCP端口號都是21，Telnet服務(wù)的TCP端口號都是23，TFTP服務(wù)的UDP端口號都是69。

18、CAN總線接口

（1）CAN（Control Area Network，控制器局域網(wǎng)）總線是一種多主方式的串行通信總線，是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一，最初被用于汽車環(huán)境中的電子控制網(wǎng)絡(luò)。一個CAN總線構(gòu)成的單一網(wǎng)絡(luò)中，理想情況下可以掛接任意多個節(jié)點，實際應用中節(jié)點數(shù)據(jù)受網(wǎng)絡(luò)硬件的電氣特性所限制。

（2）總線信號使用差分電壓傳送。兩條信號線被稱為CAN_H和CAN_L，靜態(tài)是均為2.5V左右，此時狀態(tài)表示邏輯1，也可以叫做“隱性”。用CAN_H比CAN_L高表示邏輯0，稱為“顯性”，此時，通常電壓值為CAN_H=3.5V和CAN_L=1.5V。

（3）當“顯性”和“隱性”位同時發(fā)送的時候，最后總線數(shù)值將為“顯性”這種特性為CAN總線的仲裁奠定了基礎(chǔ)。

（4）CAN總線的一個位時間可以分成4個部分：同步段、傳播時間段、相位緩沖段1和相位緩沖段2。

（5）CAN總線的數(shù)據(jù)幀有兩種格式：標準格式和擴展格式。包括：幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場、CRC場、ACK場和幀結(jié)束。

（6）CAN總線硬件接口包括：CAN總線控制器和CAN收發(fā)器。CAN控制器主要完成時序邏輯轉(zhuǎn)換等工作，例如菲利普的SJA1000。CAN收發(fā)器是CAN總線的物理層芯片，實現(xiàn)TTL電平到CAN總線電平特性的轉(zhuǎn)換，例如TJA1050。

19、xDSL接口

（1）xDSL（數(shù)字用戶線路）技術(shù)是，在現(xiàn)有用戶電話線兩側(cè)同時接入專用的DSL調(diào)制解調(diào)設(shè)備，在用戶線上利用數(shù)字數(shù)字信號高頻帶寬較寬的特性直接采用數(shù)字信號傳輸，省去中間的A/D轉(zhuǎn)換，突破了模擬信號傳輸極限速率為56KB/s的閑置。

（2）DSL技術(shù)主要分為對稱和非對稱兩大類。

（3）對成xDSL更適合于企業(yè)點對點連接應用，例如文件傳輸、視頻會議等收發(fā)數(shù)據(jù)量大致相同的工作。

（4）ASDL是近年發(fā)展的另一種寬帶接入技術(shù)，是利用雙絞銅線向用戶提供兩個方向上速率不對稱的寬帶信息業(yè)務(wù)。

（5）ADSL在一對電話線上同時傳送一路高速下行數(shù)據(jù)、一路較低速率上行數(shù)據(jù)、一路模擬電話。各信號之間采用頻分復用方式占用不同頻帶，低頻段傳送話音;中間窄頻帶傳送上行信道數(shù)據(jù)及控制信息;其余高頻段傳送下行信道數(shù)據(jù)、圖像或高速數(shù)據(jù)。

20、WLAN接口

（1）WLAN（Wireless Local Area Network）是利用無線通信技術(shù)在一定的局部范圍內(nèi)建立的，是計算機網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它以無線多址通道作為傳輸媒介，提供有線局域網(wǎng)的功能。

（2）WLAN的標準：主要是針對物理層和媒質(zhì)訪問控制層（MAC層），涉及到所有使用的無線頻率范圍、控制接口通信協(xié)議等技術(shù)規(guī)范與技術(shù)標準。

A、IEEE 802.11：定義了物理層和MAC層規(guī)范，工作在2.4～2.4835GHz頻段，最高速率為2Mb/s，是IEEE最初制定的一個無線局域網(wǎng)標準。

B、IEEE 802.11b：工作在2.4～2.4835GHz頻段，最高速率為11Mb/s，傳輸距離50～150inch。采用點對點模式和基本模式兩種運行模式。在數(shù)據(jù)傳輸速率方面可以根據(jù)實際情況在11Mb/s、5.5Mb/s、2 Mb/s、1 Mb/s的不同速率間自動切換。

C、IEEE 802.11a：工作在5.15～8.825GHz頻段，最高速率為54Mb/s/72Mb/s，傳輸距離10～100m。

D、IEEE 802.11g：混合標準，擁有EEE 802.11a的傳輸速率，安全性較EEE 802.11b好，采用兩種調(diào)制方式，做到與EEE 802.11a和EEE 802.11b兼容。

（3）WLAN有兩種網(wǎng)絡(luò)類型：對等網(wǎng)絡(luò)和基礎(chǔ)機構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。

21、藍牙接口

（1）藍牙技術(shù)的目的：使特定的移動電話、便鞋式電腦以及各種便攜通信設(shè)備的主機之間近距離內(nèi)實現(xiàn)無縫的資源共享。

（2）藍牙技術(shù)的實質(zhì)內(nèi)容是要建立通用的無線空中接口及其控制軟件的公開標準。其工作頻段為全球通用的2.4GHz ISM（即工業(yè)、科學、醫(yī)學）頻段，其數(shù)據(jù)傳輸速率為1Mb/s，采用時分雙工方案來實現(xiàn)全雙工傳輸，其理想的連接范圍為10cm～10m。

（3）藍牙基帶協(xié)議是電路交換和分組交換的結(jié)合。

（4）藍牙技術(shù)特點：

A、傳輸距離短，工作距離在10m以內(nèi)。

B、采用跳頻擴頻技術(shù)。

C、采用時分復用多路訪問技術(shù)，有效地避免了“碰撞”和“隱藏終端”等問題。

D、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

E、語言支持。

F、糾錯技術(shù)，其采用的是FEC（前向糾錯）方案。

（5）藍牙接口由3大單元組成：無線單元、基帶單元、鏈路管理與控制單元。2

2、1394接口

（1）1394作為一種標準總線，可以在不同的工業(yè)設(shè)備之間架起一座溝通的橋梁，在一條總線上可以接入63個設(shè)備。

（2）IEEE 1394的特點：

A、支持多種總線速度，適應不同應用要求。

B、即插即用，支持熱插拔。

C、支持同步和異步兩種傳輸方式。

D、支持點到點通信模式，IEEE 1394是多主總線。

E、遵循ANSI IEEE 1212控制及狀態(tài)寄存器（CSR）標準，定義了64位的地址空間，可尋址1024條總線的63個節(jié)點，每個節(jié)點可包含256TB的內(nèi)存空間。

F、支持較遠距離的傳輸。

G、支持公平仲裁原則，為每一種傳輸方式保證足夠的傳輸帶寬。

H、六線電纜具有電源線，可傳輸8～40V的直流電壓。

（3）IEEE 1394的協(xié)議棧由3層組成：物理層、鏈路層和事務(wù)層，例外還有一個管理層。物理層和鏈路層由硬件構(gòu)成，而事務(wù)層主要由軟件實現(xiàn)。

A、物理層提供IEEE 1394的電氣和機械接口，功能是重組字節(jié)流并將它們發(fā)送到目的節(jié)點上去。

B、鏈路層提供了給事務(wù)層確認的數(shù)據(jù)服務(wù)，包括：尋址、數(shù)據(jù)組幀和數(shù)據(jù)校驗。

C、事務(wù)層為應用提供服務(wù)。

D、管理層定義了一個管理節(jié)點所使用的所有協(xié)議、服務(wù)以及進程。

23、電源接口

（1）DC-DC轉(zhuǎn)換器有三種類型：

A、線性穩(wěn)壓器：產(chǎn)生較輸入電壓低的電壓。

B、開關(guān)穩(wěn)壓器：能升高電壓、降低電壓或翻轉(zhuǎn)輸入電壓。

C、充電泵：可以升高、降低或翻轉(zhuǎn)輸入電壓，但電流驅(qū)動能力有限。

（2）任何變壓器的轉(zhuǎn)換過程都不具有100%的效率，穩(wěn)壓器本省也使用電流（靜態(tài)電流），這個電流來自輸入電流。靜態(tài)電流越大，穩(wěn)壓器功耗越大。

（3）線性穩(wěn)壓器輸入輸出使用退耦電容來過濾，電容除了有助于平穩(wěn)電壓以外，還有利于去除電源中的瞬間短時脈沖波形干擾。

（4）電壓與功耗之間的平方關(guān)系意味著理想高效的方法是在要求較低電壓的較低時鐘速率上執(zhí)行代碼，而不是先以最高的時鐘速率執(zhí)行代碼然后再轉(zhuǎn)為空閑休眠。

（5）電源通常被認為是整個系統(tǒng)的“心臟”，絕大多數(shù)電子設(shè)備50%～80%的節(jié)能潛力在于電源系統(tǒng)，研制開發(fā)新型開關(guān)電源是節(jié)能的主要舉措之一。

（6）降低功耗的設(shè)計技術(shù)：

A、采用低功耗器件，例如選用CMOS電路芯片。

B、采用高集成度專用器件，外部設(shè)備的選擇也要盡量支持低功耗設(shè)計。

C、動態(tài)調(diào)整處理器的時鐘頻率和電壓，在允許的情況下盡量使用低頻率器件。

D、利用“節(jié)電”工作方式。

E、合理處理器件空余引腳：

a、大多數(shù)數(shù)字電路的輸出端在輸出低電平時，其功耗遠遠大于輸出高電平時的功耗，設(shè)計時應該注意控制低電平的輸出時間，閑置時使其處于高電平輸出狀態(tài)。

b、多余的非門、與非門的輸入端應接低電平，多余的與門、或門的輸入端應接高電平。

c、ROM或RAM及其他有片選信號的器件，不要將“片選”引腳直接接地，避免器件長期被接通，而應該與“讀/寫”信號結(jié)合，只對其進行讀寫操作時才選通。

F、實現(xiàn)電源管理，設(shè)計外部器件電源控制電路，控制“耗電大戶”的供電情況。