嵌入式技術及其應用課件

嵌入式技術及其應用嵌入式系統(tǒng)的總線接口

串行接口的基本原理和結構

所謂串行通信就是使數據按位的方式進行傳輸而實現(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)或字等數據。串行通信具有的優(yōu)點是：僅需要較少的通信線就可以實現(xiàn)全雙工通信，結構簡單，成本低。缺點是通信速度相對較慢，并且不同電平條件下應用需要有相應的轉換器。串行通信接口的基本任務

（1）實現(xiàn)數據格式化;（2）進行串－并轉換;（3）控制數據傳輸速率;（4）進行錯誤檢測;（5）進行TTL與EIA電平轉換;（6）提供接口標準所要求的信號線;串行通信協(xié)議

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電平轉換器以及地址譯碼電路組成。

串行接口的物理標準

RS-232-C標準規(guī)定的數據傳輸速率為每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。驅動器允許有2500pF的電容負載，通信距離將受此電容限制，例如，采用150pF/m的通信電纜時，最大通信距離為15m；RS-232-C采用負邏輯規(guī)定邏輯電平，信號電平與通常的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”RS-422串行通信接口RS-485串行總線接口通信規(guī)范RS-232RS-422RS-485工作方式單端平衡平衡節(jié)點數1收1發(fā)1收10發(fā)1收32發(fā)最大傳輸電纜長度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驅動器負載阻抗3KΩ～7KΩ100Ω54Ω并行接口的基本原理和結構

在IEEE1284標準中定義了多種并行接口模式，常用的有以下三種：（1）SPP（StandaraParallelPort）標準并行接口；（2）EPP（EnhancedParallelPort）增強并行接口；（3）ECP（ExtendedCapabilitiesPort）擴展功能并行接口等。1.標準并行接口（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150KBits/秒?？蛇M行9Bits的并行輸入和12Bits的并行輸出。通?？蛇x擇Nibble（4bits）或Byte（8bits）的方式進行輸入數據，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條數據線，4條控制線和5條狀態(tài)線所組成，它們分別對應三個不同的寄存器來進行數據的讀寫操作。增強并行接口（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用及外部設備。與SPP不同之處在于其原來的17個信號經過重新定義，EPP模式使用其中14個信號進行傳輸、握手和選通，剩下的3個信號可以由外部設備設計者自行定義。PCI接口的基本原理和結構

PCI（PeripheralComponentInterconnect）總線是一種同步的、獨立于處理器的、32位或64位的局部總線，其目的是在高集成度的外設控制器件、外部設備、處理器和存儲器系統(tǒng)之間提供一種內部連接機制。PCI總線的特點PCI總線是一種局部總線，通過PCI總線，CPU與存儲器、外圍設備等器件連接在一起，為各個不同部分提供標準信息和高速數據通道，同時還為CPU與高速緩沖存儲器服務，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備的參數，如中斷請求、傳輸速率、存儲空間等等。POST程序會根據設備的要求自動分配所需資源。PCI的引腳定義與信號類型名稱定義In用于輸入的標準信號Out標準的有效驅動器t/s雙向的三態(tài)輸入/輸出引腳，無效時為高阻態(tài)s/t/s每次只由一個單元擁有并驅動的低電平有效雙向三態(tài)信號o/d漏極開路電路，允許多個器件共享USB接口的基本原理和結構

一個USB系統(tǒng)由3部分來描述：USB設備USB主機USB互連。物理接口

USB總線支持的數據傳輸速率有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。USB的總線協(xié)議

USB是一種查詢總線，由主控制器啟動所有的數據傳輸。USB上所有掛接的外設通過主機調度、基于令牌的協(xié)議來共享帶寬。大部分總線事件涉及3個數據包的傳輸。當主控制器按計劃地發(fā)出一個描述事件類型和方向、USB設備地址和端點號的USB包時，就開始發(fā)起一個事物，這個包稱做“令牌包”，他指示總線上要執(zhí)行什么事件，欲尋址的USB設備及數據傳送方向。然后，目標一般還要用一個指示傳輸是否成功的握手包來響應。主控制器和HUB之間的某些總線事件涉及4個包的傳輸，這些類型的事件用來管理主機與設備之間的數據傳輸。主機與設備端點之間的USB數據傳輸模型被稱作管道。管道有兩種類型：流和消息。消息數據具有USB定義的結構，而數據流沒有。管道與數據帶寬、傳輸服務類型、端點特性有關。當USB設備被配置時，大多數管道就形成了。一旦設備加電，總是形成一個被稱作默認控制管道的消息管道，以便提供對設備配置、狀態(tài)和控制信息的訪問。事務調度表（TransactionSchedule）允許對某些管道進行流量控制，在硬件級，通過使用NAK（否認）握手信號來調節(jié)數據傳輸率，以防止緩沖區(qū)上溢或者下溢產生。當被否認時，一旦總線時間可用會重試該總線事務。流量控制機制允許靈活地進行調度，以適應異類混合流管道的同時服務，因此，可以在不同的時間間隔，用不同規(guī)模的包為多個流管道服務。USB總線的主要性能特點(1)使用簡單。(2)每個USB系統(tǒng)中有一個主機，USB總線采用級聯(lián)的方式可以連接多個外部設備，(3)應用范圍廣泛。(4)低成本的電纜和連接器。(5)較強的糾錯能力。(6)較低的協(xié)議開銷帶來了高的總線性能，且適合與低成本的外設開發(fā)。(7)支持主機與設備之間的多數據流和多消息流傳輸，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備提供5V/100mA的供電能力，最大可以提供500mA的供電能力。SPI接口的基本原理和結構SPI接口是以主從方式工作的,這種模式通常有一個主器件和一個或多個從器件,其接口包括以下四種信號：（1）MOSI–主器件數據輸出,從器件數據輸入（2）MISO–主器件數據輸入,從器件數據輸出（3）SCLK–時鐘信號,由主器件產生（4）/SS

–從器件使能信號,由主器件控制I2C接口的基本原理和結構

24LC02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）寫保護功能。（5）低功耗特性。管腳名稱功能描述A0、A1、A2器件的地址輸入線，用于多個器件級聯(lián)時設置器件的地址，當這些管腳懸空是默認值為空SCL串行時鐘輸入引腳，用于產生器件所有數據發(fā)送或接收的時鐘，此管腳需要接上拉電阻SDA串行數據輸入/輸出引腳，用于傳輸數據，數據包含地址，此管腳需要接上拉電阻WP寫保護管腳，如果該該管腳所接信號為高電平，則器件處于寫保護狀態(tài)，如果連接低電平，則可以進行讀寫Vcc電源Vss接地CAN接口的基本原理和結構

CAN，全稱為“ControllerAreaNetwork”，控制器局域網，是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。CAN是一個單一的網絡總線，所有的外圍器件可以被掛接在該總線上。1993年，CAN已成為國際標準ISO11898(高速應用)和ISO11519（低速應用）。應用層對象層：報文濾波、報文和狀態(tài)的處理傳輸層：故障定位、錯誤檢測和標定、報文校驗、應答、仲裁、報文分幀、傳輸速率和定時物理層：信號電平和位表示、傳輸介質CAN對傳輸介質未做規(guī)定，因此CAN能夠使用多種物理介質，例如雙絞線、光纖等。最常用的就是雙絞線。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)時均是2.5V左