嵌入式系統接口技術

實際上，嵌入式系統本身是一個外延極廣的名詞，凡是與產品結合在一起的具有嵌入式特點的控制系統都可以叫嵌入式系統，而且有時很難以給它下一個準確的定義。下面是 YJBSY小編整理的嵌入式系統接口技術，希望對你有幫助!

　　1. Flash存儲器

(1)Flash存儲器是一種非易失性存儲器，根據結構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、區塊結構：在物理上分成若干個區塊，區塊之間相互獨立。

B、先擦後寫：Flash的寫操作只能將數據位從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行擦除操作，將預寫入的數據位初始化為1。擦除操作的最小單位是一個區塊，而不是單個字節。

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

D、位反轉：由於Flash的固有特性，在讀寫過程中偶爾會產生一位或幾位的數據錯誤。位反轉無法避免，只能通過其他手段對結果進行事後處理。

E、壞塊：區塊一旦損壞，將無法進行修復。對已損壞的區塊操作其結果不可預測。

(3)NOR Flash的特點：

應用程序可以直接在閃存內運行，不需要再把代碼讀到系統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，並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作為存儲介質的原因。應用NAND Flash的困難在於閃存需要特殊的系統接口。

(5)NOR Flash與NAND Flash的區別：

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，適合大量數據的連續讀取。

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部的每一個字節。NAND Flash的地址、數據和命令共用8位總線(有寫公司的產品使用16位)，每次讀寫都要使用複雜的I/O接口串行地存取數據。

E、NOR Flash的容量一般較小，通常在1MB~8MB之間;NAND Flash只用在8MB以上的產品中。因此，NOR Flash只要應用在代碼存儲介質中，NAND Flash適用於資料存儲。

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

G、NOR Flash可以像其他內存那樣連接，非常直接地使用，並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，必須先寫入驅動程序，才能繼續執行其他操作。因為設計師絕不能向壞塊寫入，這就意味着在NAND Flash上自始至終必須進行虛擬映像。

H、NOR Flash用於對數據可靠性要求較高的代碼存儲、通信產品、網絡處理等領域，被成為代碼閃存;NAND Flash則用於對存儲容量要求較高的MP3、存儲卡、U盤等領域，被成為數據閃存。

　　2、RAM存儲器

(1)SRAM的特點：

SRAM表示靜態隨機存取存儲器，只要供電它就會保持一個值，它沒有刷新週期，由觸發器構成基本單元，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，常用於高速緩衝存儲器。

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：用於數據傳輸的一組雙向信號線。

(2)DRAM的特點：

DRAM表示動態隨機存取存儲器。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，數據存儲在電容器中。電容器會由於漏電而導致電荷丟失，因而DRAM器件是不穩定的。它必須有規律地進行刷新，從而將數據保存在存儲器中。

DRAM的接口比較複雜，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：用於數據傳輸的一組雙向信號線。

(3)SDRAM的特點：

SDRAM表示同步動態隨機存取存儲器。同步是指內存工作需要同步時鐘，內部的命令發送與數據的傳輸都以它為基準;動態是指存儲器陣列需要不斷的刷新來保證數據不丟失。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隨機存取存儲器，也稱DDR。DDRAM是基於SDRAM技術的，SDRAM在一個時鐘週期內只傳輸一次數據，它是在時鐘的上升期進行數據傳輸;而DDR內存則是一個時鐘週期內傳輸兩次次數據，它能夠在時鐘的上升期和下降期各傳輸一次數據。在133MHz的主頻下，DDR內存帶寬可以達到133×64b/8×2=2.1GB/s。

3、硬盤、光盤、CF卡、SD卡

4、GPIO原理與結構

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：數據寄存器和數據方向寄存器。數據方向寄存器設置端口的方向。如果將引腳設置為輸出，那麼數據寄存器將控制着該引腳狀態。若將引腳設置為輸入，則此輸入引腳的狀態由引腳上的邏輯電路層來實現對它的控制。

　　5、A/D接口

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

(2)計數式A/D轉換法

其電路主要部件包括：比較器、計數器、D/A轉換器和標準電壓源。

其工作原理簡單來説就是，有一個計數器，從0開始進行加1計數，每進行一次加1，該數值作為D/A轉換器的輸入，其產生一個比較電壓VO與輸入模擬電壓VIN進行比較。如果VO小於VIN則繼續進行加1計數，直到VO大於VIN，這時計數器的累加數值就是A/D轉換器的輸出值。

這種轉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，轉換速度更慢。例如對於一個8位A/D轉換器，若輸入模擬量為最大值，計數器要從0開始計數到255，做255次D/A轉換和電壓比較的工作，才能完成轉換。

(3)雙積分式A/D轉換法

其電路主要部件包括：積分器、比較器、計數器和標準電壓源。

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，然後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。由於使用固定斜率，對標準電壓進行反向積分的時間正比於輸入模擬電壓值，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衝測定反向積分花費的時間，就可以得到相應於輸入模擬電壓的數字量，也就完成了A/D轉換。

其特點是，具有很強的抗工頻干擾能力，轉換精度高，但轉換速度慢，通常轉換頻率小於10Hz，主要用於數字式測試儀表、温度測量等方面。

(4)逐次逼近式A/D轉換法

其電路主要部件包括：比較器、D/A轉換器、逐次逼近寄存器和基準電壓源。

其工作原理是，實質上就是對分搜索法，和平時天平的使用原理一樣。在進行A/D轉換時，由D/A轉換器從高位到低位逐位增加轉換位數，產生不同的輸出電壓，把輸入電壓與輸出電壓進行比較而實現。首先使最高位為1，這相當於取出基準電壓的1/2與輸入電壓比較，如果在輸入電壓小於1/2的基準電壓，則最高位置0，反之置1。之後，次高位置1，相當於在1/2的範圍中再作對分搜索，以此類推，逐次逼近。

其特點是，速度快，轉換精度高，對N位A/D轉換器只需要M個時鐘脈衝即可完成，一般可用於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換方法。

(5)A/D轉換的重要指標(有可能考一些簡單的計算)

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

B、量程：所能轉換的模擬輸入電壓範圍，分為單極性和雙極性兩種類型。

C、轉換時間：完成一次A/D轉換所需要的時間，其倒數為轉換速率。

D、精度：精度與分辨率是兩個不同的概念，即使分辨率很高，也可能由於温漂、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。通常用數字量的最低有效位LSB的分數值來表示絕對精度，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轉換器使將數字量轉換為模擬量。

(2)在集成電路中，通常採用T型網絡實現將數字量轉換為模擬電流，再由運算放大器將模擬電路轉換為模擬電壓。進行D/A轉換實際上需要上面的兩個環節。

(3)D/A轉換器的分類：

A、電壓輸出型：常作為高速D/A轉換器。

B、電流輸出型：一般外接運算放大器使用。

C、乘算型：可用作調製器和使輸入信號數字化地衰減。

(4)D/A轉換器的主要指標：分辨率、建立時間、線性度、轉換精度、温度係數。

　　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，則説明該列有按鍵被按下，否則説明無按鍵按下。

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，並置其餘各行為高電平，查詢各列的變化，如果列電平變為低電平，則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，屏的背後有一個光源，因此外界環境可以不需要光源。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。電致發光(EL)是液晶屏提供光源的一種方式。

(3)按照液晶驅動方式分類，常見的LCD可以分為三類：扭轉向列類(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：帶有驅動電路的LCD顯示模塊，只要總線方式驅動;沒有驅動電路的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(顯示緩衝區)的數據，此數據經過LCD控制器轉換成液晶屏掃描數據格式，直接驅動液晶顯示器。

(6)VGA接口本質上是一個模擬接口，一般都採用統一的15引腳接口，包括2個NC信號、3根顯示器數據總線、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。其色彩分量採用的電平標準為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)觸摸屏的控制採用專業芯片，例如ADS7843。

　　10、音頻接口

(1)基本原理：麥克風輸入的數據經音頻編解碼器解碼完成A/D轉換，解碼後的音頻數據通過音頻控制器送入DSP或CPU進行相應的處理，然後數據經音頻控制器發送給音頻編碼器，經編碼D/A轉換後由揚聲器輸出。

(2)數字音頻的格式有多種，最常用的是下面三種：

A、採用數字音頻(PCM)：是CD或DVD採用的數據格式。其採樣頻率為44.1kHz。精度為16位時，PCM音頻數據速率為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數據格式的`音樂。

B、MPEG層3音頻(MP3)：MP3播放器採用的音頻格式。立體聲MP3數據速率為112kb/s至128kb/s。

C、ATSC數字音頻壓縮標準(AC3)：數字TV、HDTV和電影數字音頻編碼標準，立體聲AC3編碼後的數據速率為192kb/s。

(3)IIS是音頻數據的編碼或解碼常用的串行音頻數字接口。IIS總線只處理聲音數據，其他控制信號等則需要單獨傳輸。IIS使用了3根串行總線：數據線SD、字段選擇線WS、時鐘信號線SCK。

(4)當接收方和發送方的數據字段寬度不一樣時，發送方不考慮接收方的數據字段寬度。如果發送方發送的數據字段小於系統字段寬度，就在低位補0;如果發送方的數據寬度大於接收方的寬度，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能讓接收設備存儲前一個字節，並準備接收下一個字節。

　　11、串行接口

(1)串行通信是指，使數據一位一位地進行傳輸而實現的通信。與並行通信相比，串行通信具有傳輸線少、成本低等優點，特別適合遠距離傳送;缺點使速度慢。

(2)串行數據傳送有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，並按照一固定且預定的時序傳送，但在字符之間卻取決於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。一幀數據的各個代碼間間隔是固定的，而相鄰兩幀數據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******成一字符塊後，在每塊信息之前要加上1～2個同步字符，字符塊之後再加入適當的錯誤檢測數據才傳送出去。

(4)異步通信必須遵循3項規定：

A、字符格式：起始位+數據+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。

C、校驗位：奇偶檢驗。

a、奇校驗：要使字符加上校驗位有奇數個“1”。

b、偶檢驗：要使字符加上校驗位有偶數個“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)為3V～15V

信號無效(OFF狀態)為-3V～-15V

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

(7)RS-422串行通信接口

A、RS-422是一種單機發送、多機接收的單向、平衡傳輸規範，傳輸速率可達10Mb/s。

B、RS-422採用差分傳輸方式，也稱做平衡傳輸，使用一對雙絞線。

C、RS-422需要一終端電阻，要求其阻值約等於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收發器採用平衡發送和差分接收，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。