计算机三级之嵌入式系统学习笔记4

• 所有嵌入式处理器内部均集成了通用输入输出（GPIO）口，GPIO接口提供的输入具备缓冲功能，而输出均具有锁存功能
• GPIO一般具有三态：0态、1态和高阻状态

• 集成电路互联总线接口（IIC）

  • 串行半双工通信
  • 具有接口线少，控制方式简单，器件封装紧凑，通信速率较高（100kb/s,400kb/s,高速模式可达3.4Mb/s）等优点
  • 两条信号线：数据线SDA，时钟线SCL
  • 启动总线：SCL保持高电平时SDA由高转为低
  • 终止总线：SCL保持高电平时SDA由低转为高
  • 数据传送时高位在前，低位在后
  • 有效应答ACK：在SDA上呈现低电平
  • 主控器件在接收了来自从器件的字节后，如果不准备终止数据传输，它将会发一个ACK信号给从器件；而从器件在其接收到来自主控器件的字节时，总是发送一个ACK信号给主控器件，如果从器件还没有准备好再次接收，它可以保持SCL为低电平（总线处于等待状态），直到它准备好为止
  • IIC总线属于多主总线，即允许总线上有一个或多个主控器件和若干个从器件同时进行操作，它的总线仲裁机制表现为“低电平优先”的原则

• 串行外设接口（SPI）

  • 基于SPI接口的外围设备主要包括：Flash ROM、RAM、A/D转换器、网络控制器、MCU等
  • 同步串行通信
  • 4条线：
    
    • 串行时钟线SCK
    • 主机输入/从机输出数据线MISO
    • 主机输出/从机输入数据线MOSI
    • 低电平有效的从机选择线SSEL（当为主机时，SSEL接高电平）
  • 在主机中，数据自左向右发送到送机（MOSI），同时从机中的数据自右向左发到主机（MISO），经过八个时钟周期完成1字节的发送
  • 大多数场合采用一主多从式SPI结构，从机只能在主机发命令时才能接收或向主机传送数据。数据传输格式为高位（MSB）在前，低位（LSB）在后

• 串行异步通信接口（UART）

  • 全双工串行异步通信
  • UART组成单元：发送器、接收器、控制单元、波特率发生器等

  • 发送：

    • FIFO模式（先进先出，FILO为先进后出）：当N个字节全部到位后才进行发送，不同嵌入式芯片内部设置的N值不同
    • 查询发送方式：必要等待发送缓冲器为空时才能发送下一个数据
    • 中断发送方式：当发送缓冲器已经空了才引发发送中断，因此可以直接在发送中断服务函数程序中继续发送下一个或下一组数据（FIFO模式）

  • 接收：

    • FIFO模式：只有缓冲器满才引发接收中断并置位接收标志
    • 普通模式：接收到一个字符就引发接收中断并置位标志位
    • 最高波特率为115200b/s
  • 字符总是以起始位为开始，以停止位为结束，并且数据以低位在前、高位在后按次序传输
  • 数据位可以为5位 、6位、7位和8位，由编程决定。
  • 起始位以逻辑0为标志，停止位以逻辑1为标志，停止位可为1位、1.5位和2位

  • 通常情况下接收采用中断方式，发送采用查询方式。因为发送由程序直接控制，而接收时对方的信息是随机的

  • 在中断接收情况下，当外部有数据到接收缓冲器时，会自动置位接收就绪标志并引发UART中断，这时只需要在中断服务程序中读取接收到的数据即可

  • 在查询方式接收情况下，需要先读取并判断接收就绪标志（如接收缓冲器满标志），当已经就绪时方可读取接收数据缓冲器中的值，接收完毕必须清除原来的就绪标志（有的芯片内部是读完数据会自动清除，有的则需要软件清除，具体还要看芯片手册）

• 通用串行总线（USB）

  • 半双工差分方式
  • 支持即插即用和热插拔功能
  • 总线通信采用主从方式
  • 可串行连接，也可使用USB集线器（Hub）把多个设备连在一起，理论上可以连接127个USB设备，每个外设线缆长度可达5米
  • 采用翻转不归零制编码方式（NRZI），即电平保持时传送逻辑1，电平翻转时传送逻辑0

• 高清多媒体接口（HDMI）

  • 一种数字化音频/视频接口，适合影像传输，可同时传送音频和视频信号而无需在信号传送前进行数/模或者模/数转换，最高数据传输速度为10.2Gb/s
  • 不仅可以满足1080P视频显示格式的分辨率，还能支持DVD Audio等数字音频格式，支持八省道96kHz或立体声192kHz数码音频传送
  • 线缆长度最远可达15米

• 常用简单输入设备：键盘、触摸屏、其他感应传感器等

  • 键盘
    
    • 非编码键盘（线性键盘）和矩阵键盘
    • 可通过查询方式和中断方式获取按键结果
    • 无论采用何种方式，只要不采用专用按键接口，必须使用软件消抖，延时几十ms以上（一般抖动时间为5~30ms）
  • 触摸屏
    
    • 电阻式触摸屏
    • 最基本的原理是利用压力感应进行控制
    • 电阻式触摸屏接口通常利用专门的电阻触摸屏转换芯片，如ADS7843，它是一种四线同步串行SPI接口的12位ADC，目的是将X、Y对应的模拟电压变换成数字量，变换的结果通过同步串行接口传输给处理器
  • 电容式触摸屏
    
    • 基本原理是利用手指与屏幕导体层形成的耦合电容
    • 一般电容式触摸屏与ARM处理芯片采用USB或IIC总线方式连接

• 常用简单输出设备

  • LED发光二极管
  • LED数码管
  • LCD显示设备