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嵌入式系統介面技術

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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介面技術，希望對你有幫助!

　　1. Flash儲存器

(1)Flash儲存器是一種非易失性儲存器，根據結構的不同可以將其分為NOR Flash和NAND Flash兩種。

(2)Flash儲存器的特點：

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的寫操作只能將資料位從1寫成0，不能從0寫成1，所以在對儲存器進行寫入之前必須先執行擦除操作，將預寫入的資料位初始化為1。擦除操作的最小單位是一個區塊，而不是單個位元組。

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)才能將資料寫入。

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資料錯誤。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：

應用程式可以直接在快閃記憶體內執行，不需要再把程式碼讀到系統RAM中執行。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效能。

(4)NAND Flash的特點

能夠提高極高的密度單元，可以達到高儲存密度，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作為儲存介質的原因。應用NAND Flash的困難在於快閃記憶體需要特殊的系統介面。

(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，適合大量資料的連續讀取。

D、NOR Flash帶有SRAM介面，有足夠的地址引進來定址，可以很容易地存取其內部的每一個位元組。NAND Flash的地址、資料和命令共用8位匯流排(有寫公司的產品使用16位)，每次讀寫都要使用複雜的I/O介面序列地存取資料。

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只要應用在程式碼儲存介質中，NAND Flash適用於資料儲存。

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可以像其他記憶體那樣連線，非常直接地使用，並可以在上面直接執行程式碼;NAND Flash需要特殊的I/O介面，在使用的時候，必須先寫入驅動程式，才能繼續執行其他操作。因為設計師絕不能向壞塊寫入，這就意味著在NAND Flash上自始至終必須進行虛擬映像。

H、NOR Flash用於對資料可靠性要求較高的程式碼儲存、通訊產品、網路處理等領域，被成為程式碼快閃記憶體;NAND Flash則用於對儲存容量要求較高的MP3、儲存卡、U盤等領域，被成為資料快閃記憶體。

　　2、RAM儲存器

(1)SRAM的特點：

SRAM表示靜態隨機存取儲存器，只要供電它就會保持一個值，它沒有重新整理週期，由觸發器構成基本單元，整合度低，每個SRAM儲存單元由6個電晶體組成，因此其成本較高。它具有較高速率，常用於高速緩衝儲存器。

通常SRAM有4種引腳：

CE：片選訊號，低電平有效。

R/W：讀寫控制訊號。

ADDRESS：一組地址線。

DATA：用於資料傳輸的一組雙向訊號線。

(2)DRAM的特點：

DRAM表示動態隨機存取儲存器。這是一種以電荷形式進行儲存的半導體儲存器。它的每個儲存單元由一個電晶體和一個電容器組成，資料儲存在電容器中。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重新整理，從而將資料儲存在儲存器中。

DRAM的介面比較複雜，通常有一下引腳：

CE：片選訊號，低電平有效。

R/W：讀寫控制訊號。

RAS：行地址選通訊號，通常接地址的高位部分。

CAS：列地址選通訊號，通常接地址的低位部分。

ADDRESS：一組地址線。

DATA：用於資料傳輸的一組雙向訊號線。

(3)SDRAM的特點：

SDRAM表示同步動態隨機存取儲存器。同步是指記憶體工作需要同步時鐘，內部的命令傳送與資料的傳輸都以它為基準;動態是指儲存器陣列需要不斷的重新整理來保證資料不丟失。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儲存器，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資料，它是在時鐘的上升期進行資料傳輸;而DDR記憶體則是一個時鐘週期內傳輸兩次次資料，它能夠在時鐘的上升期和下降期各傳輸一次資料。在133MHz的主頻下，DDR記憶體頻寬可以達到133×64b/8×2=2.1GB/s。

3、硬碟、光碟、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引腳能夠加以程式設計改變工作方向，通常有兩個控制暫存器：資料暫存器和資料方向暫存器。資料方向暫存器設定埠的方向。如果將引腳設定為輸出，那麼資料暫存器將控制著該引腳狀態。若將引腳設定為輸入，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介面

(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。

其工作原理簡單來說就是，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、溫度測量等方面。

(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、逐次逼近暫存器和基準電壓源。

其工作原理是，實質上就是對分搜尋法，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尋，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、解析度：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型別。

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：精度與解析度是兩個不同的概念，即使解析度很高，也可能由於溫漂、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晶片，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介面基本

(1)D/A轉換器使將數字量轉換為模擬量。

(2)在積體電路中，通常採用T型網路實現將數字量轉換為模擬電流，再由運算放大器將類比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訊號數字化地衰減。

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

　　7、鍵盤介面

(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，則說明該列有按鍵被按下，否則說明無按鍵按下。

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、顯示介面

(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)和薄膜電晶體型(TFT)。

(4)市面上出售的LCD有兩種型別：帶有驅動電路的LCD顯示模組，只要匯流排方式驅動;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請求匯流排，直接通過SDRAM控制器讀取SDRAM中指定地址(顯示緩衝區)的資料，此資料經過LCD控制器轉換成液晶屏掃描資料格式，直接驅動液晶顯示器。

(6)VGA介面本質上是一個模擬介面，一般都採用統一的15引腳介面，包括2個NC訊號、3根顯示器資料匯流排、5個GND訊號、3個RGB色彩分量、1個行同步訊號和1個場同步訊號。其色彩分量採用的電平標準為EIA定義的RS343標準。

　　9、觸控式螢幕介面

(1)按工作原理分，觸控式螢幕可以分為：表面聲波屏、電容屏、電阻屏和紅外屏幾種。

(2)觸控式螢幕的控制採用專業晶片，例如ADS7843。

　　10、音訊介面

(1)基本原理：麥克風輸入的資料經音訊編解碼器解碼完成A/D轉換，解碼後的音訊資料通過音訊控制器送入DSP或CPU進行相應的處理，然後資料經音訊控制器傳送給音訊編碼器，經編碼D/A轉換後由揚聲器輸出。

(2)數字音訊的格式有多種，最常用的是下面三種：

A、採用數字音訊(PCM)：是CD或DVD採用的資料格式。其取樣頻率為44.1kHz。精度為16位時，PCM音訊資料速率為1.41Mb/s;精度為32位時為2.42 Mb/s。一張700MB的CD可以儲存大約60分鐘的16位PCM資料格式的`音樂。

B、MPEG層3音訊(MP3)：MP3播放器採用的音訊格式。立體聲MP3資料速率為112kb/s至128kb/s。

C、ATSC數字音訊壓縮標準(AC3)：數字TV、HDTV和電影數字音訊編碼標準，立體聲AC3編碼後的資料速率為192kb/s。

(3)IIS是音訊資料的編碼或解碼常用的序列音訊數字介面。IIS匯流排只處理聲音資料，其他控制訊號等則需要單獨傳輸。IIS使用了3根序列匯流排：資料線SD、欄位選擇線WS、時鐘訊號線SCK。

(4)當接收方和傳送方的資料欄位寬度不一樣時，傳送方不考慮接收方的資料欄位寬度。如果傳送方傳送的資料欄位小於系統欄位寬度，就在低位補0;如果傳送方的資料寬度大於接收方的寬度，則超過LSB的部分被截斷。欄位選擇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能讓接收裝置儲存前一個位元組，並準備接收下一個位元組。

　　11、序列介面

(1)序列通訊是指，使資料一位一位地進行傳輸而實現的通訊。與並行通訊相比，序列通訊具有傳輸線少、成本低等優點，特別適合遠距離傳送;缺點使速度慢。

(2)序列資料傳送有3種基本的通訊模式：單工、半雙工、全雙工。

(3)序列通訊在資訊格式上可以分為2種方式：同步通訊和非同步通訊。

A、非同步傳輸：把每個字元當作獨立的資訊來傳輸，並按照一固定且預定的時序傳送，但在字元之間卻取決於字元與字元的任意時序。非同步通訊時，字元是一幀一幀傳送的，每幀字元的傳送靠起始位來同步。一幀資料的各個程式碼間間隔是固定的，而相鄰兩幀資料其時間間隔是不固定的。

B、同步傳輸：同步方式不僅在字元之間是同步的，而且在字元與字元之間的時序仍然是同步的，即同步方式是將許多字元******成一字元塊後，在每塊資訊之前要加上1～2個同步字元，字元塊之後再加入適當的錯誤檢測資料才傳送出去。

(4)非同步通訊必須遵循3項規定：

A、字元格式：起始位+資料+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：要使字元加上校驗位有奇數個“1”。

b、偶檢驗：要使字元加上校驗位有偶數個“1”。