嵌入式系統(tǒng)外部設(shè)備及通信接口

嵌入式系統(tǒng)第十講外部設(shè)備及通信接口西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院2本節(jié)內(nèi)容GPIOLED鍵盤顯示接口觸摸屏ADCDACSPII2CUSBUARTEthernetCAN西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院3GPIOI/O（Input/Output）接口是一個(gè)微控制器必須具備的最基本的外設(shè)功能。GPIO：英文全稱為General-PurposeI/Oports，也就是通用I/O口，是I/O的最基本形式。GPIO的另一術(shù)語稱其為并行I/O（但不同于PC機(jī)的并口）。每個(gè)I/O口一般都對(duì)應(yīng)了兩個(gè)寄存器數(shù)據(jù)寄存器：數(shù)據(jù)寄存器的各位都直接引到芯片外部?？刂萍拇嫫鳎嚎刂茢?shù)據(jù)寄存器中每位的信號(hào)流通方向和方式。西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院4GPIO的應(yīng)用GPIO的形式多樣，因具體CPU不同而不同。如：有些內(nèi)部上拉、推挽；有些有高阻狀態(tài)主要用于簡單外部電路控制GPIO數(shù)量越多，控制能力越強(qiáng)ARM處理器將GPIO映射成了內(nèi)存地址（統(tǒng)一編址）。對(duì)GPIO的讀寫不同于內(nèi)存，不能緩沖硬件設(shè)計(jì)需要考慮I/O的驅(qū)動(dòng)能力西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院5西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院6西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院7PXA270-GPIO框圖西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院8GPIO應(yīng)用示例LED最簡單的輸出形式多用于狀態(tài)顯示鍵盤最簡單的輸入形式西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院9LED應(yīng)用示例西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院10鍵盤鍵盤的分類線性鍵盤：由若干個(gè)獨(dú)立的按鍵組成，每個(gè)按鍵的一端與處理器的一個(gè)I/O口相連。矩陣鍵盤：該類鍵盤按N行M列排列，每個(gè)鍵占據(jù)行列的一個(gè)交點(diǎn)；減少了連線。旋轉(zhuǎn)編碼器：能標(biāo)識(shí)左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)（2個(gè)I/O口），有的器件可帶一個(gè)按鍵。按矩陣鍵盤識(shí)鍵、譯鍵方法非編碼鍵盤：用軟件方法識(shí)鍵、譯鍵。編碼鍵盤：用硬件的方法實(shí)現(xiàn)鍵的掃描和識(shí)別，常用專門的芯片完成。西安電子科科技大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)學(xué)院院11鍵盤的按鍵鍵機(jī)械式按按鍵由兩個(gè)金金屬片和和復(fù)位彈彈簧組成成容易產(chǎn)生生抖動(dòng)，，金屬片片易氧化化電容式按按鍵由一可活活動(dòng)金屬屬片改變變電容量量來構(gòu)成成無機(jī)械觸觸點(diǎn)，無無氧化變變臟問題題薄膜式按按鍵一種特殊殊的機(jī)械械開關(guān)，，可以做做成很薄薄的密封封單元霍耳效應(yīng)應(yīng)按鍵利用霍爾爾效應(yīng)，，無機(jī)械械觸點(diǎn)，，密封好好，價(jià)格格高西安電子子科技大大學(xué)計(jì)算算機(jī)學(xué)院院12常用的矩矩陣鍵盤盤接口嵌入式系系統(tǒng)中常常見鍵盤盤形式是是非編碼碼的矩陣陣鍵盤。。常見的矩矩陣鍵盤盤掃描方方法有：：行掃描法法：使某一行行為低電電平，其其余行為為高；然然后讀取取列值，，如果有有某位為為低，則則該行、、列交匯匯處的鍵鍵被按下下；否則則掃描下下一行。。行反轉(zhuǎn)法法：使行全部部輸出低低電平，，讀列線線；若有有按鍵按按下，必必有某一一列為低低；再使使列全部部輸出低低電平，，讀行線線；同理理可讀到到某一行行為低；；由此可可確定該該鍵。西安電子子科技大大學(xué)計(jì)算算機(jī)學(xué)院院13矩陣鍵盤盤示例西安電子子科技大大學(xué)計(jì)算算機(jī)學(xué)院院14旋轉(zhuǎn)編碼碼器示例例西安電子子科技大大學(xué)計(jì)算算機(jī)學(xué)院院15顯示接口口液晶顯示示器（LiquidCrystalDisplay）LCD具有省省電、、體積積小、、低成成本、、低功功率等等特點(diǎn)點(diǎn)，被被廣泛泛應(yīng)用用于嵌嵌入式式系統(tǒng)統(tǒng)中液晶：：以液液態(tài)形形式存存在的的晶體體有電流流流過過，液液晶分分子會(huì)會(huì)以電電流的的方向向進(jìn)行行排列列；沒沒有電電流時(shí)時(shí)，平平行排排列。。如果提提供帶帶有細(xì)細(xì)小溝溝槽的的外層層，液液晶會(huì)會(huì)順著著槽排排列。。液晶能能使光光線發(fā)發(fā)生扭扭轉(zhuǎn)西安電電子科科技大大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)學(xué)院院16液晶顯顯示原原理液晶的的這些些特點(diǎn)點(diǎn)使得得它可可以被被用來來當(dāng)作作一種種開關(guān)關(guān)。。液晶單單元的的底層層是由由細(xì)小小的脊脊構(gòu)成成的，，這些些脊的的作用用是讓讓分子子呈平平行排排列，，上表表面也也是如如此，，在這這兩側(cè)側(cè)之間間的分分子平平行排排列；；不過過當(dāng)上上下兩兩個(gè)表表面之之間呈呈一定定的角角度時(shí)時(shí)，液液晶成成了隨隨著兩兩個(gè)不不同方方向的的表面面進(jìn)行行排列列，就就會(huì)發(fā)發(fā)生扭扭曲。。結(jié)果便便是這這個(gè)扭扭曲了了的螺螺旋層層使通通過的的光線線也發(fā)發(fā)生扭扭曲。。西安電電子科科技大大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)學(xué)院院17光線穿穿過示示意圖圖不加電電時(shí)，，扭曲曲的液液晶螺螺旋層層使通通過的的光線線也發(fā)發(fā)生扭扭曲，，光線線穿過過偏振振濾光光器而而穿出出。西安電電子科科技大大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)學(xué)院院18光線阻阻斷示示意圖圖加電時(shí)時(shí)，所所有分分子按按照電電流方方向進(jìn)進(jìn)行排排列，，光線線不再再扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)而被被偏振振濾光光器阻阻斷。。西安電電子科科技大大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)學(xué)院院19LCD顯示器器原理理LCD的基本本原理理就是是通過過給不不同的的液晶晶單元元供電電，控控制其其光線線的通通過與與否而而達(dá)到到顯示示的目目的。。LCD顯示器器中，，顯示示面板板薄膜膜被分分成很很多小小柵格格（像像素）），每每個(gè)柵柵格由由一個(gè)個(gè)電極極控制制。彩色LCD面板中中，每每個(gè)像像素都都是由由3格液晶晶單元元構(gòu)成成，每每個(gè)單單元格格前面面都分分別有有紅色色、綠綠色或或藍(lán)色色的過過濾片片進(jìn)行行三原原色濾濾光。。西安電電子科科技大大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)學(xué)院院20LCD的光源源液晶顯顯示器器是一一種被被動(dòng)光光源的的顯示示器，，自身身不能能發(fā)光光，只只能借借助外外界光光源。。根據(jù)據(jù)光源源形式式有：：透射式式：LCD屏后有有一個(gè)個(gè)光源源，外外界可可以不不需要要光源源。筆筆記本本電腦腦的LCD一般為為透射射式反射式式：需要外外界提提供光光源，，靠反反射光光來工工作。。一些些簡單單控制制器上上的單單色顯顯示。。西安電電子科科技大大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)學(xué)院院21LCD種類TN（扭曲曲向列列）最早商商用的的LCD，液晶晶可以以扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)90o，以小尺尺寸黑黑白文文字顯顯示為為主。。STN（超扭扭曲向向列））（無無源陣陣列））通過改改變液液晶材材料的的化學(xué)學(xué)成分分，使使液晶晶分子子發(fā)生生不止止一次次扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，可可以扭扭轉(zhuǎn)180o，甚至至210o、270o等，從而大大大改改善了了畫面面的顯顯示品品質(zhì)。。分辨率率不高高，變變暗像像素會(huì)會(huì)對(duì)周周邊像像素產(chǎn)產(chǎn)生影影響，，早期期的灰灰階屏屏多采采用STN。TFT（薄膜膜晶體體管））（有有源陣陣列））多了一一層薄薄膜晶晶體管管陣列列，每每個(gè)像像素對(duì)對(duì)應(yīng)一一個(gè)薄薄膜晶晶體管管，這這樣各各個(gè)單單元相相對(duì)獨(dú)獨(dú)立，，可迅迅速控控制，，干擾擾小，，可使使用大大電流流，因因而可可提供供更好好的對(duì)對(duì)比度度和亮亮度。。反應(yīng)快、、品質(zhì)佳佳，適用用于大型型動(dòng)畫顯顯示，應(yīng)應(yīng)用領(lǐng)域域廣泛功耗較大大。西安電子子科技大大學(xué)計(jì)算算機(jī)學(xué)院院22LCD設(shè)計(jì)方法法LCD的接口多多種多樣樣，分類類很細(xì)。。帶有驅(qū)動(dòng)電電路的LCD顯示模塊常常使用總總線方式來來驅(qū)動(dòng)可方便的與與各種低檔檔控制器進(jìn)進(jìn)行接口由于驅(qū)動(dòng)電電路的存在在，體積較較大不帶驅(qū)動(dòng)電電路的LCD顯示模塊需要與驅(qū)動(dòng)動(dòng)電路配合合使用體積小，輕輕便可與帶有LCD控制器的高高檔微處理理器直接接接口還有一些顯顯示模塊帶帶有字庫西安電子科科技大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)學(xué)院院23其它顯示接接口發(fā)光二極管管常作狀態(tài)顯顯示發(fā)光二極管管陣列數(shù)碼管七段發(fā)光管管其它發(fā)光管管模塊VGA接口（VideoGraphicArray）模擬接口由R、G、B三基色信號(hào)號(hào)；HS，行同步信信號(hào)；VS場同步信號(hào)號(hào)組成。西安電子科科技大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)學(xué)院院24觸摸屏觸摸屏由觸觸摸檢測部部件和觸摸摸屏控制器器組成觸摸檢測部部件安裝在在顯示器屏屏幕前面，，用于檢測測用戶觸摸摸位置，接接受后送觸觸摸屏控制制器；觸摸屏控制制器的主要要作用是從從觸摸點(diǎn)檢檢測裝置上上接收觸摸摸信息，并并將它轉(zhuǎn)換換成觸點(diǎn)坐坐標(biāo)，再送送給CPU。CPU根據(jù)顯示屏屏上對(duì)應(yīng)坐坐標(biāo)點(diǎn)的顯顯示內(nèi)容或或圖標(biāo)獲知知用戶意圖圖。西安電子科科技大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)學(xué)院院25觸摸屏屏的主主要類類型按照觸觸摸屏屏的工工作原原理和和傳輸輸信息息的介介質(zhì)，，我們們把觸觸摸屏屏分為為四種種：電阻式式：利用壓壓力感感應(yīng)進(jìn)進(jìn)行控控制。。電容感感應(yīng)式式：利用人人體的的電流流感應(yīng)應(yīng)進(jìn)行行工作作。紅外線線式：：利用X、Y方向上上密布布的紅紅外線線矩陣陣來檢檢測并并定位位用戶戶的觸觸摸。。表面聲聲波式式：：表面聲聲波是是超聲聲波的的一種種，在在介質(zhì)質(zhì)(例如玻玻璃或或金屬屬等剛剛性材材料)表面淺淺層傳傳播的的機(jī)械械能量量波。。通過兩兩個(gè)方方向上上聲波波能量量缺口口來定定位，，并可可檢測測壓力力西安電電子科科技大大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)學(xué)院院26電阻式式觸摸摸屏電阻觸觸摸屏屏的主主要部部分是是一塊塊與顯顯示器器表面面密切切結(jié)合合的電電阻薄薄膜屏屏。以一層層玻璃璃或硬硬塑料料平板板作為為基層層，表表面涂涂有一一層透透明氧氧化金金屬導(dǎo)導(dǎo)電層層上面再再蓋有有一層層外表表面硬硬化處處理、、光滑滑防刮刮的塑塑料層層，它它的內(nèi)內(nèi)表面面也涂涂有一一層導(dǎo)導(dǎo)電涂涂層，，在他他們之之間有有許多多細(xì)小小的（（小于于1/1000英寸））的透透明隔隔離點(diǎn)點(diǎn)把兩兩層導(dǎo)導(dǎo)電層層隔開開絕緣緣。西安電電子科科技大大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)學(xué)院院27手指觸觸摸屏屏幕時(shí)時(shí)，兩兩層導(dǎo)導(dǎo)電層層在觸觸摸點(diǎn)點(diǎn)位置置就有有了接接觸，，電阻阻發(fā)生生變化化。在X和Y兩個(gè)方方向上上產(chǎn)生生的信信號(hào)經(jīng)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后后送觸觸摸屏屏控制制器計(jì)計(jì)算出出（X，Y）的位位置。。電阻類類觸摸摸屏的的關(guān)鍵鍵在于于材料料科技技。。西安電電子科科技大大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)學(xué)院院28西安電電子科科技大大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)學(xué)院院29西安電電子科科技大大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)學(xué)院院30西安電電子科科技大大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)學(xué)院院31模/數(shù)、數(shù)數(shù)/模轉(zhuǎn)換換器我們處處在一一個(gè)數(shù)數(shù)字時(shí)時(shí)代，，而我我們的的視覺覺、聽聽覺、、感覺覺、嗅嗅覺等等所感感知的的卻是是一個(gè)個(gè)模擬擬世界界。如如何將將數(shù)字字世界界與模模擬世世界聯(lián)聯(lián)系在在一起起，這這正是是模擬擬數(shù)字字轉(zhuǎn)換換器(ADC)和數(shù)字字模擬擬轉(zhuǎn)換換器(DAC)的作用用。西安電電子科科技大大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)學(xué)院院32ADC所謂謂模模/數(shù)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換器器就就是是把把電電模模擬擬量量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換成成數(shù)數(shù)字字量量的的電電路路傳感感器器是是能能感感受受規(guī)規(guī)定定的的被被測測量量并并按按照照一一定定的的規(guī)規(guī)律律轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換成成可可用用（（電電））信信號(hào)號(hào)的的器器件件或或裝裝置置，，通通常常由由敏敏感感元元件件和和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換元元件件組組成成A/D轉(zhuǎn)換換的的方方法法計(jì)數(shù)數(shù)式式（（并并行行））雙積積分分式式逐次次逼逼近近式式西安安電電子子科科技技大大學(xué)學(xué)計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)學(xué)學(xué)院院33DACD/A轉(zhuǎn)換換器器的的功功能能將數(shù)數(shù)字字量量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換成成模模擬擬量量D/A轉(zhuǎn)換換器器的的原原理理可以以歸歸納納為為“按權(quán)權(quán)展展開開，，然然后后相相加加”。因此此，，D/A轉(zhuǎn)換換器器內(nèi)內(nèi)部部必必須須要要有有一一個(gè)個(gè)解解碼碼網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)，，以以實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)按按權(quán)權(quán)值值分分別別進(jìn)進(jìn)行行D/A轉(zhuǎn)換換。。解碼碼網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)通通常常有有兩兩種種：：二進(jìn)進(jìn)制制加加權(quán)權(quán)電電阻阻網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)T型電電阻阻網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)。。西安安電電子子科科技技大大學(xué)學(xué)計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)學(xué)學(xué)院院34ADC、DAC的應(yīng)用性能參數(shù)分辨率（位位數(shù)）絕對(duì)精度建立時(shí)間線性度注意事項(xiàng)根據(jù)應(yīng)用需需求選擇性性能參數(shù)滿滿足要求的的芯片盡量利用控控制器內(nèi)置置的轉(zhuǎn)換模模塊調(diào)理電路確確保ADC輸入電壓在在可轉(zhuǎn)換范范圍以內(nèi)西安電子科科技大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)學(xué)院院35SPI串行外圍設(shè)設(shè)備接口（（SerialPeripheralInterface）由Motorola公司開發(fā)是一種高速速的，全雙雙工，同步步的串行通通信總線用來在微控控制器和外外圍芯片之之間提供一一個(gè)低成本本、易使用用的接口。。SPI是同步協(xié)議議接口不同于UART接口（異步步串行接口口）西安電子科科技大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)學(xué)院院36SPI接口是以主主從方式工工作的，這這種模式通通常有一個(gè)個(gè)主器件和和一個(gè)或多多個(gè)從器件件，其接口口包括以下下四種信號(hào)號(hào)：MOSI–主器件數(shù)據(jù)據(jù)輸出、從從器件數(shù)據(jù)據(jù)輸入MISO–主器件數(shù)據(jù)據(jù)輸入、從從器件數(shù)據(jù)據(jù)輸出SCLK–時(shí)鐘信號(hào)，，由主器件件產(chǎn)生/SS–從器件使能能信號(hào)，由由主器件控控制西安電子科科技大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)學(xué)院院37在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的的通信中，，SPI接接口不需要要進(jìn)行尋址址操作，且且為全雙工工通信，顯顯得簡單高高效西安電子科科技大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)學(xué)院院38在多個(gè)從器器件的系統(tǒng)統(tǒng)中，每個(gè)個(gè)從器件需需要獨(dú)立的的使能信號(hào)號(hào)西安電子科科技大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)學(xué)院院39SPI接口口的內(nèi)部硬硬件實(shí)際上上是兩個(gè)簡簡單的移位位寄存器，，傳輸?shù)臄?shù)數(shù)據(jù)為8位位，在主器器件產(chǎn)生的的從器件使使能信號(hào)和和移位脈沖沖下按位傳傳輸，高位位在前，低低位在后西安電子科科技大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)學(xué)院院40設(shè)計(jì)示例西安電子科科技大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)學(xué)院院41I2CI2C(Inter－IntegratedCircuit)總線由PHILIPS公司開發(fā)的的兩線式串串行總線，，用于連接接微控制器器及其外圍圍設(shè)備。I2C總線特點(diǎn)簡單的2線，占用空空間小能夠以100Kbps的最大傳輸輸速率支持持40個(gè)組件支持多主控控(multimastering)，其中任任何能夠進(jìn)進(jìn)行發(fā)送和和接收的設(shè)設(shè)備都可以以成為主總總線，但但在任何時(shí)時(shí)間點(diǎn)上只只能有一個(gè)個(gè)主控。。雙向傳輸，，與公共時(shí)時(shí)鐘同步兩根線都是是開漏的（（open-drain），連接方方便西安電子科科技大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)學(xué)院院42西安電子科科技大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)學(xué)院院43I2C總線工作原原理I2C總線是由數(shù)數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘SCL構(gòu)成的串行行總線，可可發(fā)送和接接收數(shù)據(jù)。。在CPU與被控IC之間、IC與IC之間進(jìn)行雙雙向傳送，，最高傳送送速率100kbps。各種被控控制電路路均并聯(lián)聯(lián)在這條條總線上上，每每個(gè)電路路和模塊塊都有唯唯一的地地址。注：I2C速度由100Kbps全面提升升到400K，1M和3.4M。西安電子子科技大大學(xué)計(jì)算算機(jī)學(xué)院院44西安電子子科技大大學(xué)計(jì)算算機(jī)學(xué)院院45I2C總線傳送送的信號(hào)號(hào)類型開始信號(hào)號(hào)：SCL為高電平平時(shí)，SDA由高電平平向低電電平跳變變，開始始傳送數(shù)數(shù)據(jù)。結(jié)束信號(hào)號(hào)：SCL為高電平平時(shí)，SDA由低電平平向高電電平跳變變，結(jié)束束傳送數(shù)數(shù)據(jù)。應(yīng)答信號(hào)號(hào)：接收收數(shù)據(jù)的的IC在接收到到8bit數(shù)據(jù)后，，向發(fā)送送數(shù)據(jù)的的IC發(fā)出特定定的低電電平脈沖沖，表示示已收到到數(shù)據(jù)。。CPU向受控單單元發(fā)出出一個(gè)信信號(hào)后，，等待受受控單元元發(fā)出一一個(gè)應(yīng)答答信號(hào)，，CPU接收到應(yīng)應(yīng)答信號(hào)號(hào)后，根根據(jù)實(shí)際際情況作作出是否否繼續(xù)傳傳遞信號(hào)號(hào)的判斷斷。若未未收到應(yīng)應(yīng)答信號(hào)號(hào)，則判判斷為受受控單元元出現(xiàn)故故障。西安電子子科技大大學(xué)計(jì)算算機(jī)學(xué)院院46西安電子子科技大大學(xué)計(jì)算算機(jī)學(xué)院院47設(shè)計(jì)示例例西安電子子科技大大學(xué)計(jì)算算機(jī)學(xué)院院48USB通用串行總總線（UniversalSerialBus）由Intel等廠商制定定的連接計(jì)計(jì)算機(jī)與具具有USB接口的多種種外設(shè)之間間通信的串行總線目前最為流流行的計(jì)算算機(jī)外設(shè)接接口總線形形式越來越多的的嵌入式系系統(tǒng)采用西安電子科科技大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)學(xué)院院49主要性能特特點(diǎn)使用簡單，，支持熱插插拔節(jié)省系統(tǒng)資資源，整個(gè)個(gè)的USB的系統(tǒng)只有有一個(gè)端口口和一個(gè)中中斷。連接方便，，采用“級(jí)級(jí)聯(lián)”方式式可連接多多個(gè)外部設(shè)設(shè)備（最多多可達(dá)7層，127個(gè)）。應(yīng)用范圍廣廣，支持四四種傳輸速速率，設(shè)備備帶寬可從從幾Kbps到幾Mbps甚至幾Gbps，可適應(yīng)不不同速率的的設(shè)備為了適應(yīng)各各種不同類類型外圍設(shè)設(shè)備的要求求USB提供了四種種不同的數(shù)數(shù)據(jù)傳輸類類型?？偩€供電，，USB總線可為連連接在其上上的設(shè)備提提供電壓，，設(shè)備也可可以自供電電。西安電子科科技大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)學(xué)院院50西安電子科科技大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)學(xué)院院51傳輸速率低速1.5Mbps全速12Mbps高速480Mbps超速（SuperspeedUSB）5.0GbpsUSB1.1實(shí)現(xiàn)了了低速速和全全速USB2.0在1.1的基礎(chǔ)礎(chǔ)上實(shí)實(shí)現(xiàn)了了高速速傳輸輸U(kuò)SB3.0支持超超速傳傳輸西安電電子科科技大大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)學(xué)院院52USB系統(tǒng)USB主機(jī)任一USB系統(tǒng)中中只有有一個(gè)個(gè)主機(jī)機(jī)，它它負(fù)責(zé)責(zé)管理理整個(gè)個(gè)USB系統(tǒng)包包括USBDevice的連接接與刪刪除，，Host與USBDevice的通信信路線線的控控制等等。USB設(shè)備Hub（集線線器））：提提供到到USB的附加加連接接點(diǎn)Function（功能能）：：為主主機(jī)系系統(tǒng)提提供附附加性性能USB互聯(lián)USB設(shè)備與與主機(jī)機(jī)的連連接和和通信信方式式，包包括總總線拓拓?fù)浣Y(jié)結(jié)構(gòu)、、內(nèi)層層關(guān)系系、數(shù)數(shù)據(jù)流流模型型和USB調(diào)度表表西安電電子科科技大大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)學(xué)院院53USB傳輸方方式控制傳傳輸控制傳傳輸是是雙向向傳輸輸，數(shù)數(shù)據(jù)量量通常常較小小。USB系統(tǒng)軟軟件主主要用用來進(jìn)進(jìn)行查查詢、、配置置和給給USB設(shè)備發(fā)發(fā)送通通用的的命令令同步傳傳輸同步傳傳輸提提供了了確定定的帶帶寬和和間隔隔時(shí)間間（latency）。它被用于于時(shí)間嚴(yán)嚴(yán)格并具具有較強(qiáng)強(qiáng)容錯(cuò)性性的流數(shù)數(shù)據(jù)傳輸輸，或者者用于要要求恒定定的數(shù)據(jù)據(jù)傳輸率率的即時(shí)時(shí)應(yīng)用中中。中斷傳輸輸中斷方式式傳輸主主要用于于定時(shí)查查詢?cè)O(shè)備備是否有有中斷數(shù)數(shù)據(jù)要傳傳輸。設(shè)備端點(diǎn)點(diǎn)模式器器的結(jié)構(gòu)構(gòu)決定了了它的查查詢頻率率，從1到255ms之間。這種傳輸輸方式典典型的應(yīng)應(yīng)用在少少量的、、分散的的、不可可預(yù)測數(shù)數(shù)據(jù)的傳傳輸。塊傳輸塊傳輸主主要應(yīng)用用在需要要大量傳傳輸和接接收數(shù)據(jù)據(jù)，同時(shí)時(shí)又沒有有帶寬和和間隔時(shí)時(shí)間要求求的情況況下保證證傳輸。。設(shè)計(jì)示例例西安電子子科技大大學(xué)計(jì)算算機(jī)學(xué)院院54西安電子子科技大大學(xué)計(jì)算算機(jī)學(xué)院院55UARTUART（通用異異步收發(fā)發(fā)器）是是用硬件件實(shí)現(xiàn)異異步串行行通信的的通信接接口電路路UART是嵌入式式系統(tǒng)最最常用的的接口，，可用來來與上位位機(jī)或其其它外部部設(shè)備進(jìn)進(jìn)行數(shù)據(jù)據(jù)通信UART允許在串串行鏈路路上進(jìn)行行全雙工工的通信信，其定定義了一一個(gè)串行行發(fā)送引引腳（TXD）和一一個(gè)串串行接接收引引腳（（RXD），可可以在在同一一時(shí)刻刻發(fā)送送和接接收數(shù)數(shù)據(jù)輸出/輸入的的電平平為TTL電平工業(yè)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的的UART，如16C500此類UART芯片內(nèi)內(nèi)部集集成了了可編編程的的波特特率發(fā)發(fā)生器器、發(fā)發(fā)送/接收FIFO、處理理器中中斷系系統(tǒng)和和各種種總線線狀態(tài)態(tài)錯(cuò)誤誤檢測測電路路等，，一般般具有有完全全的MODEM控制能能力。。西安電電子科科技大大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)學(xué)院院56RS-232RS-232是美國國電子子工業(yè)業(yè)協(xié)會(huì)會(huì)（EIA）制定定的串串行通通訊標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，，又稱稱RS-232-C。RS-232是一個(gè)個(gè)全雙雙工的的通訊訊標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)，它它可以以同時(shí)時(shí)進(jìn)行行數(shù)據(jù)據(jù)接收收和發(fā)發(fā)送的的工作作。RS-232對(duì)電器器特性性、邏邏輯電電平和和各種種信號(hào)號(hào)線功功能都都作了了規(guī)定定。在TxD和RxD上：邏輯1(MARK)=-3V～-15V邏輯0(SPACE)=+3～+15V在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制制線上上：信號(hào)有有效（（接通通，ON狀態(tài)，，正電電壓））＝+3V～+15V信號(hào)無無效（（斷開開，OFF狀態(tài)，，負(fù)電電壓)=-3V～-15V西安電電子科科技大大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)學(xué)院院57TTLRS232轉(zhuǎn)換芯芯片西安電電子科科技大大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)學(xué)院院58計(jì)算機(jī)機(jī)串口口通信信常用用連接接西安電電子科科技大大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)學(xué)院院59其它串串口通通信RS-422由RS-232發(fā)展而而來差分傳傳輸將傳輸輸速率率提高高到10Mbps（RS-232在1M以下））單發(fā)多多收，，最多多可連連接10個(gè)接收收器RS-485在RS-422的基礎(chǔ)礎(chǔ)上定定制了了RS-485具有多多點(diǎn)、、雙向向通信信能力力，最最多可可接32個(gè)接接收收器器通信信距距離離長長，，可可達(dá)達(dá)千千米米以以外外西安安電電子子科科技技大大學(xué)學(xué)計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)學(xué)學(xué)院院60以太太網(wǎng)網(wǎng)以太太網(wǎng)網(wǎng)（（Ethernet））協(xié)協(xié)議議已已經(jīng)經(jīng)非非常常廣廣泛泛地地應(yīng)應(yīng)用用于于各各種種計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)嵌入入式式Internet的的應(yīng)應(yīng)用用越越來來越越得得到到人人們們的的重重視視以太太網(wǎng)網(wǎng)是是嵌嵌入入式式系系統(tǒng)統(tǒng)接接入入Internet最最簡簡便便的的方方式式西安安電電子子科科技技大大學(xué)學(xué)計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)學(xué)學(xué)院院61嵌入入式式以以太太網(wǎng)網(wǎng)接接口口的的實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)嵌入入式式處處理理器器＋＋網(wǎng)網(wǎng)卡卡芯芯片片只需需把把特特定定的的以以太太網(wǎng)網(wǎng)芯芯片片連連接接到到嵌嵌入入式式處處理理器器的的總總線線上上通用用性性強(qiáng)強(qiáng)，，不不受受處處理理器器的的限限制制。。速度度慢慢，，可可靠靠性性不不夠夠高高，，電電路路板板走走線線復(fù)復(fù)雜雜帶有有以以太太網(wǎng)網(wǎng)接接口口的的嵌嵌入入式式處處理理器器要求求嵌嵌入入式式處處理理器器有有通通用用的的網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)接接口口（（MII接口口））這種種處處理理器器通通常常是是面面向向網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)應(yīng)應(yīng)用用設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)的的處理理器器和和網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)的的交交換換通通過過內(nèi)內(nèi)部部總總線線，，速速度度較較快快西安安電電子子科科技技大大學(xué)學(xué)計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)學(xué)學(xué)院院62TCP/IP協(xié)議議應(yīng)用用層層BSD套接接字字傳輸輸層層TCP、UDP網(wǎng)絡(luò)絡(luò)層層IP、ARP、ICMP、IGMP數(shù)據(jù)據(jù)鏈鏈路路層層IEEE802.3EthernetMAC物理理層層注：：帶帶有有以以太太網(wǎng)網(wǎng)接接口口的的處處理理器器只只含含有有MAC層網(wǎng)卡卡西安安電電子子科科技技大大學(xué)學(xué)計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)學(xué)學(xué)院院63以太太網(wǎng)網(wǎng)接接口口組組成成嵌入入式式處處理理器器以太太網(wǎng)網(wǎng)芯芯片片以太太網(wǎng)網(wǎng)隔隔離離器器RJ45接口口西安安電電子子科科技技大大學(xué)學(xué)計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)學(xué)學(xué)院院64設(shè)計(jì)計(jì)示示例例西安安電電子子科科技技大大學(xué)學(xué)計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)學(xué)學(xué)院院65CAN控制制器器局局域域網(wǎng)網(wǎng)CAN(ControllerAreaNet)一種種現(xiàn)現(xiàn)場場總總線線，，最最初初被被用用于于汽汽車車環(huán)環(huán)境境中中的的微微控控制制器器通通信信，，目目前前主主要要用用于于各各種種過過程程檢檢測測及及控控制制CAN總線線的的特特點(diǎn)點(diǎn)1、CAN可以是是對(duì)等等結(jié)構(gòu)構(gòu)，即即多主主機(jī)工工作方方式，，網(wǎng)絡(luò)絡(luò)上任任意一一個(gè)節(jié)節(jié)點(diǎn)可可以在在任意意時(shí)刻刻主動(dòng)動(dòng)地向向網(wǎng)絡(luò)絡(luò)上其其它節(jié)節(jié)點(diǎn)發(fā)發(fā)送信信息，，不分分主從從，通通