嵌入式系統(tǒng)輸入輸出設(shè)備接口技術(shù)

第3章輸入/輸出設(shè)備接口技術(shù)

第1頁(yè)1、通用I/O端口結(jié)構(gòu)（GPIO）3.1通用I/O端口第2頁(yè)GPIO端口：

PORT數(shù)據(jù)存放器、DDR數(shù)據(jù)方向存放器。輸出：置“1”，輸出數(shù)據(jù)；DDR方向存放器：輸入：置“0”，輸入數(shù)據(jù)。117個(gè)GPIO端口：

1個(gè)23位PortA；

2個(gè)11位PortB、H；

3個(gè)16位PortC、D、E、G；

1個(gè)8位PortF。第3頁(yè)2、接口電路經(jīng)過(guò)端口DGPD1、GPD0控制發(fā)光二極管輪番閃爍。第4頁(yè)端口D控制存放器存放器地址描述GPDCON0x56000030使用位[31:0]，分別對(duì)端口D16個(gè)引腳進(jìn)行配置。00：輸入；01：輸出GPDDAT0x56000034數(shù)據(jù)存放器，使用位[15:0]GPDUP0x56000038配置上拉電阻1：禁止0：使能GPDCON=GPDCON&0xfffffff0|0x00000005;GPDDAT=GPDDAT&0xfffffffC|0x00000002;第5頁(yè)GPDCON=GPDCON&0xfff0ffff|0x00050000;GPDDAT=GPDDAT&0xeff|0x200;例題1，判斷D端口輸入/輸出狀態(tài)及高低電平第6頁(yè)3.2A/D轉(zhuǎn)換器接口S3C2410A包含一個(gè)8通道A/D轉(zhuǎn)換器。10位分辨率。采樣電壓范圍是0～3.3V。討論1當(dāng)參考電壓為3.3V時(shí)，輸入電壓為2.0V，采集數(shù)字量為多少？1、ADC內(nèi)部結(jié)構(gòu)及ADC控制器相關(guān)存放器第7頁(yè)A/D轉(zhuǎn)換器和觸摸屏接口電路第8頁(yè)（1）ADC控制存放器（ADCCON）第9頁(yè)A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換時(shí)間計(jì)算。例，PCLK為50MHz，PRESCALER

=

49；全部10位轉(zhuǎn)換時(shí)間為

50MHz

/

(49

+

1)

=

1MHz

轉(zhuǎn)換時(shí)間為1/(1M/5cycles)

=

5us注意：完成一次A/D轉(zhuǎn)換需要5個(gè)時(shí)鐘周期。A/D轉(zhuǎn)換器最大工作時(shí)鐘為2.5MHz，所以最大采樣率能夠到達(dá)500kbit/s。第10頁(yè)1、要使A/D轉(zhuǎn)換器正常開(kāi)啟，預(yù)分頻因子取50，應(yīng)向ADCCON寫(xiě)入什么控制字？01001100010000012、要開(kāi)啟A/D轉(zhuǎn)換器讀第2號(hào)通道數(shù)據(jù)開(kāi)啟（預(yù)分頻因子取16），應(yīng)向ADCCON寫(xiě)入什么控制字？0100001111010011例題2第11頁(yè)（2）ADC觸摸屏控制存放器（ADCTSC）在正常A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，AUTO_PST和XY_PST都置成0即可，其它各位與觸摸屏相關(guān)，不需要進(jìn)行設(shè)置。（3）ADC轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)存放器（ADCDAT0和ADCDAT1）在觸摸屏應(yīng)用中，分別使用ADCDAT0和ADCDAT1保留X位置和Y位置轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。對(duì)于正常A/D轉(zhuǎn)換，使用ADCDAT0來(lái)保留轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)。（4）ADC開(kāi)啟延時(shí)存放器（ADCDLY）第12頁(yè)思索1怎樣判斷ADC轉(zhuǎn)換完成？怎樣開(kāi)啟ADC轉(zhuǎn)換？A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)能夠經(jīng)過(guò)中止或查詢方式來(lái)訪問(wèn)，假如是中止方式，則全部轉(zhuǎn)換時(shí)間（從A/D轉(zhuǎn)換開(kāi)始到數(shù)據(jù)讀出）要更長(zhǎng)。假如是查詢方式，則要檢測(cè)ADCCON[15]（轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志位）來(lái)確定從ADCDAT存放器讀取數(shù)據(jù)是否是最新轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。A/D轉(zhuǎn)換開(kāi)始一個(gè)方式是將ADCCON[0]置為1，另一個(gè)方式是將ADCCON[1]置為1，這時(shí)只要有讀轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)信號(hào)，A/D轉(zhuǎn)換就會(huì)同時(shí)開(kāi)始。第13頁(yè)A/D轉(zhuǎn)換流程圖2、ADC接口編程例題3、ADC轉(zhuǎn)換第14頁(yè)定義與A／D轉(zhuǎn)換相關(guān)存放器定義以下：#definerADCCON（*（volatileunsigned*）0x58000000）//ADC控制存放器#definerADCTSC（*（volatileunsigned*）0x58000004）//ADC觸摸屏控制存放器#definerADCDLY（*（volatileunsigned*）0x58000008）//ADC開(kāi)啟或間隔延時(shí)存放器#definerADCDAT0（*（volatileunsigned*）0x5800000c）//ADC轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)存放器0#definerADCDAT1（*（volati1eunsigned*）0x58000010）//ADC轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)存放器對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行初始化程序中參數(shù)ch表示所選擇通道號(hào)，程序以下：voidAD_Init（unsignedcharch）｛rADCDLY=100;//ADC開(kāi)啟或間隔延時(shí)rADCTSC=0;//選擇ADC模式rADCCON=（1<<14）|（49<<6）|（ch<<3）|（0<<2）|（0<<1）|（0）;//設(shè)置ADC控制存放器｝第15頁(yè)獲取A/D轉(zhuǎn)換值程序中參數(shù)ch表示所選擇通道號(hào)，程序以下：intGet_AD（unsignedcharch）｛inti；intval=0;if（ch>7）return0;//通道不能大于7for（i=0;i<16;i++）//為轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確，轉(zhuǎn)換16次｛rADCCON|=0x1;//開(kāi)啟A/D轉(zhuǎn)換rADCCON=rADCCON＆0xffc7|（ch<<3）;while（rADCCON＆0x1）;//防止第一個(gè)標(biāo)志犯錯(cuò)while（?。╮ADCCON＆0x8000））;//防止第二個(gè)標(biāo)志犯錯(cuò)val+=（rADCDAT0＆0x03ff）;Delay（10）;}return（val>>4）;//為轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確，除以16取均值}第16頁(yè)例題4、預(yù)分頻值為32，采集0—7個(gè)信道，進(jìn)行ADC轉(zhuǎn)換。第17頁(yè)3.3LCD顯示接口1、LCD基本結(jié)構(gòu)第18頁(yè)2、LCD顯示原理在LCD中，經(jīng)過(guò)給不一樣液晶單元供電，控制其光線經(jīng)過(guò)是否，到達(dá)顯示目標(biāo)。在LCD中，顯示面板薄膜被分成很多小柵格，每個(gè)柵格由一個(gè)電極控制，經(jīng)過(guò)改變柵格上電極電壓狀態(tài)，來(lái)控制柵格內(nèi)液晶分子排列，從而控制光路通斷。第19頁(yè)偏振片透光原理：偏振片只允許偏振方向與它偏振化方向平行光透過(guò)，假如讓兩個(gè)偏振片偏振化方向相互垂直，因?yàn)榈谝淮纬錾涔馄穹较蚺c第二個(gè)偏振片偏振化方向垂直，光不能經(jīng)過(guò)第二個(gè)偏振片。假如有光線進(jìn)入,經(jīng)過(guò)第一個(gè)偏振片后，將被液晶分子逐步改變偏振方向，因?yàn)楣饩€沿著液晶分子排列方向傳輸，光線最終將從另一端射出。第20頁(yè)彩色LCD利用三原色混合原理顯示不一樣色彩。在彩色LCD中，每一個(gè)像素都是由3格液晶單元格組成，其中每一個(gè)單元格前面都分別有紅色、綠色或藍(lán)色過(guò)濾片，光線經(jīng)過(guò)過(guò)濾片處理變成紅色、藍(lán)色或者綠色，利用三原色原理，組合出不一樣色彩。彩色顯示原理問(wèn)題：LCD怎樣顯示黃色、白色？問(wèn)題：怎樣生成紅光？第21頁(yè)3、LCD類(lèi)型①段式液晶②字符型液晶③圖形點(diǎn)陣式液晶依據(jù)液晶材料和液晶效應(yīng)分為T(mén)N、STN、TFT等幾類(lèi)。第22頁(yè)STN-LCD(超扭曲向列型液晶顯示器）SuperTwistedNematic-LCDTFT-LCD(薄膜型液晶顯示器）ThinFilmTransistor-LCD第23頁(yè)4、S3C2410ALCD控制器一塊LCD屏顯示圖像，不但需要LCD驅(qū)動(dòng)器，還需要有對(duì)應(yīng)LCD控制器。通常LCD驅(qū)動(dòng)器會(huì)以COF/COG形式與LCD玻璃基板制做在一起，而LCD控制器則由外部電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。而S3C2410內(nèi)部已經(jīng)集成了LCD控制器，所以能夠很方便地去控制各種類(lèi)型LCD屏。S3C2410ALCD控制器支持單色，4級(jí)、16級(jí)灰度LCD顯示，以及8位彩色、12位彩色LCD顯示，彩色顯示采取RGB格式，經(jīng)過(guò)軟件編程能夠?qū)崿F(xiàn)332RGB調(diào)色格式。

能夠經(jīng)過(guò)對(duì)LCD控制器中各存放器寫(xiě)入不一樣值，來(lái)配置不一樣尺寸、不一樣垂直和水平像素點(diǎn)、數(shù)據(jù)寬度、接口時(shí)間及刷新率LCD。第24頁(yè)LCD控制器結(jié)構(gòu)框圖第25頁(yè)S3C2410ALCD控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)方框圖如圖所表示，由REGBANK、LCDCDMA、VIDPRCS、TIMEGEN和LPC3600等模塊組成。

REGBANK是LCD控制器存放器組，含有17個(gè)用于配置LCD控制器可編程存放器和256×16調(diào)色存放器。用來(lái)對(duì)LCD控制器各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

LCDCDMA

則是LCD控制器專(zhuān)用DMA信道，負(fù)責(zé)將視頻資料從系統(tǒng)總線（SystemBus）上取來(lái)，經(jīng)過(guò)VIDPRCS從VD[23:0]發(fā)送給LCD屏。

TIMEGEN和LPC3600

負(fù)責(zé)產(chǎn)生LCD屏所需要控制時(shí)序，比如VSYNC、HSYNC、VCLK、VDEN，然后從VIDEOMUX送給LCD屏。第26頁(yè)S3C2410ALCD控制器外部接口信號(hào)有33個(gè)，包含24個(gè)數(shù)據(jù)位和10個(gè)控制位：（1）VSYNC：垂直同時(shí)信號(hào)（TFT）LCD控制器和LCD驅(qū)動(dòng)器之間幀同時(shí)信號(hào)。該信號(hào)告訴LCD屏新一幀開(kāi)始了，LCD控制器在一個(gè)完整幀顯示完成后馬上插入一個(gè)幀信號(hào)，開(kāi)始新一幀顯示。

（2）HSYNC：水平同時(shí)信號(hào)（TFT）LCD控制器和LCD驅(qū)動(dòng)器之間水平同時(shí)脈沖信號(hào)。該信號(hào)用于用指示新一行掃描信號(hào)開(kāi)始。（3）VCLK：像素時(shí)鐘信號(hào)（TFT）LCD控制器和LCD驅(qū)動(dòng)器之間像素時(shí)鐘信號(hào)，由LCD控制器送出數(shù)據(jù)在VCLK上升沿處送出，在VCLK下降沿處被LCD驅(qū)動(dòng)器采樣。LCD屏驅(qū)動(dòng)IC是經(jīng)過(guò)采集VCLK信號(hào)來(lái)接收RGB數(shù)據(jù)。第27頁(yè)（4）VD[23，0]：LCD像素點(diǎn)數(shù)據(jù)輸出端口（TFT）,R、G、B分別占用8位，次序依次從高到低。（5）VDEN：LCD驅(qū)動(dòng)器AC信號(hào)（TFT）VDEN信號(hào)被LCD驅(qū)動(dòng)器用于改變行和列電壓極性，從而控制像素點(diǎn)顯示或熄滅。（6）LEND:行結(jié)束信號(hào)（TFT），LCD驅(qū)動(dòng)器在每掃描一行像素后給出該信號(hào)。（7）LCD_PWREN：LCD面板電源使能控制信號(hào)，由LCDCON5PWREN位控制。（8）LCDVF0:SECTFT信號(hào)OE（9）LCDVF1:SECTFT信號(hào)REV（10）LCDVF2:SECTFT信號(hào)REVB第28頁(yè)第29頁(yè)第30頁(yè)5、LCD顯示數(shù)據(jù)格式一個(gè)320×240個(gè)像素，8bit256色LCD，顯示數(shù)據(jù)格式什么樣？第31頁(yè)每個(gè)像素占一個(gè)字節(jié)，每個(gè)字節(jié)中有RGB格式（332或者233）區(qū)分，詳細(xì)由硬件決定。比如332RGB格式如圖a所表示，紅、綠、藍(lán)三個(gè)顏色分量分別占3位、3位、2位。8位256彩色顯示顯示緩存器與LCD屏上像素點(diǎn)是對(duì)應(yīng)，每個(gè)字節(jié)對(duì)應(yīng)LCD上一個(gè)像素點(diǎn)，如圖b所表示。在彩色圖像顯示時(shí)，要在顯示緩存區(qū)SDRAM中存放顯示數(shù)據(jù)，緩存區(qū)數(shù)據(jù)會(huì)直接顯示到LCD屏上。改變?cè)擄@示緩存區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)，LCD顯示器上圖像隨之改變。圖a圖b第32頁(yè)討論？為何數(shù)據(jù)存放在顯示緩存區(qū)SDRAM中，然后直接顯示到LCD屏上？第33頁(yè)6、LCD編程基本內(nèi)容1）設(shè)置LCD類(lèi)型，比如，STN8八位彩色模式

2）LCD像素，比如，320*2403）設(shè)置控制信號(hào)VFRAME、VLINE、VCLK和數(shù)據(jù)信號(hào)VD0-VD23等，分別在GPCCON，GPDCON中選擇對(duì)應(yīng)功效。4）設(shè)置視頻數(shù)據(jù)緩沖區(qū)地址詳細(xì)內(nèi)容，參考S3C2410A處理器和LCD液晶屏說(shuō)明書(shū)。第34頁(yè)3.4觸摸屏接口觸摸屏應(yīng)用案例？？第35頁(yè)1、觸摸屏分類(lèi)電阻式觸摸屏

1）四線電阻式觸摸屏

2）五線電阻式觸摸屏

3）六線電阻式觸摸屏

4）七線電阻式觸摸屏電容式觸摸屏

1）單點(diǎn)觸摸屏

2）多點(diǎn)觸摸屏紅外線觸摸屏超聲波觸摸屏（IPhone）第36頁(yè)2、觸摸屏結(jié)構(gòu)和工作原理透明導(dǎo)電材料ITO：ITO是IndiumTinOxides縮寫(xiě)。

ITO是一個(gè)N型氧化物半導(dǎo)體-氧化銦錫,ITO薄膜即銦錫氧化物半導(dǎo)體透明導(dǎo)電膜,通常有兩個(gè)性能指標(biāo):電阻率和透光率。特征是當(dāng)厚度降到1800個(gè)埃（埃＝10-10米）以下時(shí)會(huì)突然變得透明，透光率為80％，再薄下去透光率反而下降，到300埃厚度時(shí)又上升到80％。普通是經(jīng)過(guò)真空離子濺射工藝將ITO薄膜鍍到塑料或者玻璃上。ITO中其透過(guò)率和阻值分別由In2O3與Sn2O3之百分比來(lái)控制,通常Sn2O3:In2O3=1:9.電阻式觸摸屏和電容式觸摸屏都用到ITO材料。觸摸屏為何是透明？觸摸屏和LCD屏，哪個(gè)放在上面？第37頁(yè)1）電阻式觸摸屏結(jié)構(gòu)第38頁(yè)四線制測(cè)量坐標(biāo)位置原理怎樣測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)（x，y）？第39頁(yè)測(cè)量X坐標(biāo)：1）在X+，X-兩電極加上一個(gè)電壓Vref，Y+接一個(gè)高阻抗ADC。2）兩電極間電場(chǎng)呈均勻分布，方向?yàn)閄+到X-。3）手觸摸時(shí)，兩個(gè)導(dǎo)電層在觸摸點(diǎn)接觸，觸摸點(diǎn)X層電位被導(dǎo)至Y層所接ADC，得到電壓Vx。4）經(jīng)過(guò)Lx/L=Vx/Vref，即可得到x點(diǎn)坐標(biāo)。Y軸坐標(biāo)可同理將Y+，Y-接上電壓Vref，然后X+電極接高阻抗ADC得到。第40頁(yè)2）電容式觸摸屏當(dāng)人手碰到感應(yīng)電極時(shí)，電極和地之間電容由原來(lái)Cp變?yōu)镃p+2Cf，顯然增大了。第41頁(yè)第42頁(yè)①當(dāng)用戶觸摸電容屏?xí)r，因?yàn)槿梭w電場(chǎng)，用戶手指頭和工作面形成一個(gè)耦合電容。②因?yàn)楣ぷ髅嫔辖佑懈哳l信號(hào)，于是手指頭吸收走很小電流。③這個(gè)電流分別從觸摸屏四個(gè)角上電極中流出，而且理論上流經(jīng)這四個(gè)電極電流與手指到四角距離成百分比。④控制器經(jīng)過(guò)對(duì)這四個(gè)電流百分比精密計(jì)算，得出觸摸點(diǎn)位置。測(cè)量坐標(biāo)位置原理第43頁(yè)3、S3C2410觸摸屏控制器觸摸屏接口電路第44頁(yè)S3C2410A內(nèi)部含有觸摸屏接口，觸摸屏接口包含1個(gè)外部晶體管控制邏輯和1個(gè)帶有中止產(chǎn)生邏輯ADC接口邏輯，它使用控制信號(hào)nYPON、YMON、nXPON和XMON控制并選擇觸摸屏面板，使用模擬信號(hào)AIN[7]和AIN[5]分別連接X(jué)方向和Y方向外部晶體管，與觸摸屏相連。模式XPXMYPYMX位置轉(zhuǎn)換外部電壓GND（地）AIN[5]Hi-Z(高阻狀態(tài))Y位置轉(zhuǎn)換AIN[7]Hi-Z(高阻狀態(tài))外部電壓GND(地)X方向坐標(biāo)和Y方向坐標(biāo)控制方法第45頁(yè)從觸摸屏控制器取得X與Y值僅是對(duì)當(dāng)前觸摸點(diǎn)電壓值A(chǔ)/D轉(zhuǎn)換值，它不含有直接利用價(jià)值。因?yàn)?，LCD分辨率與觸摸屏分辨率通常是不一樣，坐標(biāo)也不一樣，所以，假如想得到表達(dá)LCD坐標(biāo)觸摸屏位置，還需要在程序中進(jìn)行轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換公式以下：X，=(x-TchScr_Xmin)*LCDWIDTH/(TchScr_Xmax-TchScr_Xmin)Y，=(y-TchScr_Ymin)*LCDHEIGHT/(TchScr_Ymax-TchScr_Ymin)

其中，TchScr_Xmax、TchScr_Xmin、TchScr_Ymax和TchScr_Ymin是觸摸屏x、y軸范圍，LCDWIDTH、LCDHEIGHT是液晶屏寬度和高度。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換第46頁(yè)4、觸摸屏接口編程在S3C2410A組成嵌入式系統(tǒng)中使用觸摸屏，配置過(guò)程以下：（1）經(jīng)過(guò)外部晶體管將觸摸屏引腳連接到S3C2410A上；（2）選擇分開(kāi)X/Y位置轉(zhuǎn)換模式或者自動(dòng)（次序）X/Y位置轉(zhuǎn)換模式，來(lái)獲取X/Y位置；（3）設(shè)置觸摸屏接口為等候中止模式；（4）假如中止發(fā)生，將激活對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換過(guò)程（X/Y位置分開(kāi)轉(zhuǎn)換模式或者X/Y位置自動(dòng)（次序）轉(zhuǎn)換模式）；（5）得到X/Y位置正確值以后，返回等候中止模式。第47頁(yè)voidTchScr_init(){rGPGCON|=(3<<30)|(3<<28)|(3<<26)|(3<<24);/*[31:30]用來(lái)設(shè)置GPG15端口，設(shè)置為11表示將GPG15用作觸摸屏輸入端nYPON；[29:28]用來(lái)設(shè)置GPG14端口，設(shè)置為11表示將GPG14用作觸摸屏輸入端YMON；[27:26]位用來(lái)設(shè)置GPG13端口，設(shè)置為11表示將GPG13用作觸摸屏輸入端nXPON;[25:24]位用來(lái)設(shè)置GPG12端口，設(shè)置為11表示將GPG12用作觸摸屏輸入端XMON*/rADCCON=(1<<14)|(49<<6)|(7<<3);//設(shè)置ADC轉(zhuǎn)換控制器

rADCDLY=0xff;//設(shè)置開(kāi)啟或間隔延時(shí)存放器

rADCTSC=(1<<7)|(1<<6)|(0<<5)|(1<<4)|(0<<3)|(0<<2)|(3);}

//等候中止模式下轉(zhuǎn)換條件

觸摸屏初始化函數(shù)第48頁(yè)voidTchScr_GetScrXY(int*x,int*y){inttmp;tmp=rADCTSC;//把觸摸屏控制存放器值保留起來(lái)

rADCTSC|=(1<<3)|(1<<2)|(0);//停頓上拉；X/Y位置連續(xù)轉(zhuǎn)換模式_無(wú)操作模式

rADCCON|=1;//開(kāi)始轉(zhuǎn)換

while(!(rSUBSRCP