外部設(shè)備及通信接口培訓(xùn)課件

嵌入式系統(tǒng)第十講外部設(shè)備及通信接口西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院2本節(jié)內(nèi)容GPIOLED鍵盤(pán)顯示接口觸摸屏ADCDACSPII2CUSBUARTEthernetCAN西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院3GPIOI/O（Input/Output）接口是一個(gè)微控制器必須具備的最基本的外設(shè)功能。GPIO：英文全稱(chēng)為General-PurposeI/Oports，也就是通用I/O口，是I/O的最基本形式。GPIO的另一術(shù)語(yǔ)稱(chēng)其為并行I/O（但不同于PC機(jī)的并口）。每個(gè)I/O口一般都對(duì)應(yīng)了兩個(gè)寄存器數(shù)據(jù)寄存器：數(shù)據(jù)寄存器的各位都直接引到芯片外部?？刂萍拇嫫鳎嚎刂茢?shù)據(jù)寄存器中每位的信號(hào)流通方向和方式。西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院4GPIO的應(yīng)用GPIO的形式多樣，因具體CPU不同而不同。如：有些內(nèi)部上拉、推挽；有些有高阻狀態(tài)主要用于簡(jiǎn)單外部電路控制GPIO數(shù)量越多，控制能力越強(qiáng)ARM處理器將GPIO映射成了內(nèi)存地址（統(tǒng)一編址）。對(duì)GPIO的讀寫(xiě)不同于內(nèi)存，不能緩沖硬件設(shè)計(jì)需要考慮I/O的驅(qū)動(dòng)能力西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院5西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院6西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院7PXA270-GPIO框圖西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院8GPIO應(yīng)用示例LED最簡(jiǎn)單的輸出形式多用于狀態(tài)顯示鍵盤(pán)最簡(jiǎn)單的輸入形式西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院9LED應(yīng)用示例西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院10鍵盤(pán)鍵盤(pán)的分類(lèi)線性鍵盤(pán)：由若干個(gè)獨(dú)立的按鍵組成，每個(gè)按鍵的一端與處理器的一個(gè)I/O口相連。矩陣鍵盤(pán)：該類(lèi)鍵盤(pán)按N行M列排列，每個(gè)鍵占據(jù)行列的一個(gè)交點(diǎn)；減少了連線。旋轉(zhuǎn)編碼器：能標(biāo)識(shí)左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)（2個(gè)I/O口），有的器件可帶一個(gè)按鍵。按矩陣鍵盤(pán)識(shí)鍵、譯鍵方法非編碼鍵盤(pán)：用軟件方法識(shí)鍵、譯鍵。編碼鍵盤(pán)：用硬件的方法實(shí)現(xiàn)鍵的掃描和識(shí)別，常用專(zhuān)門(mén)的芯片完成。西安電子科科技大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)學(xué)院院11鍵盤(pán)的按鍵鍵機(jī)械式按鍵鍵由兩個(gè)金屬屬片和復(fù)位位彈簧組成成容易產(chǎn)生抖抖動(dòng)，金屬屬片易氧化化電容式按鍵鍵由一可活動(dòng)動(dòng)金屬片改改變電容量量來(lái)構(gòu)成無(wú)機(jī)械觸點(diǎn)點(diǎn)，無(wú)氧化化變臟問(wèn)題題薄膜式按鍵鍵一種特殊的的機(jī)械開(kāi)關(guān)關(guān)，可以做做成很薄的的密封單元元霍耳效應(yīng)按按鍵利用霍爾效效應(yīng)，無(wú)機(jī)機(jī)械觸點(diǎn)，，密封好，，價(jià)格高西安電子科科技大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)學(xué)院院12常用的矩陣陣鍵盤(pán)接口口嵌入式系統(tǒng)統(tǒng)中常見(jiàn)鍵鍵盤(pán)形式是是非編碼的的矩陣鍵盤(pán)盤(pán)。常見(jiàn)的矩陣陣鍵盤(pán)掃描描方法有：：行掃描法：：使某一行為為低電平，，其余行為為高；然后后讀取列值值，如果有有某位為低低，則該行行、列交匯匯處的鍵被被按下；否否則掃描下下一行。行反轉(zhuǎn)法：：使行全部輸輸出低電平平，讀列線線；若有按按鍵按下，，必有某一一列為低；；再使列全全部輸出低低電平，讀讀行線；同同理可讀到到某一行為為低；由此此可確定該該鍵。西安電子科科技大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)學(xué)院院13矩陣鍵盤(pán)示示例西安電子科科技大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)學(xué)院院14旋轉(zhuǎn)編碼器器示例西安電子科科技大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)學(xué)院院15顯示接口液晶顯示器器（LiquidCrystalDisplay）LCD具有省電、、體積小、、低成本、、低功率等等特點(diǎn)，被被廣泛應(yīng)用用于嵌入式式系統(tǒng)中液晶：以液液態(tài)形式存存在的晶體體有電流流過(guò)過(guò)，液晶分分子會(huì)以電電流的方向向進(jìn)行排列列；沒(méi)有電電流時(shí)，平平行排列。。如果提供帶帶有細(xì)小溝溝槽的外層層，液晶會(huì)會(huì)順著槽排排列。液晶能使光光線發(fā)生扭扭轉(zhuǎn)西安電子科科技大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)學(xué)院院16液晶顯示原原理液晶的這些些特點(diǎn)使得得它可以被被用來(lái)當(dāng)作作一種開(kāi)關(guān)關(guān)。液晶單元的的底層是由由細(xì)小的脊脊構(gòu)成的，，這些脊的的作用是讓讓分子呈平平行排列，，上表面也也是如此，，在這兩側(cè)側(cè)之間的分分子平行排排列；不過(guò)過(guò)當(dāng)上下兩兩個(gè)表面之之間呈一定定的角度時(shí)時(shí)，液晶成成了隨著兩兩個(gè)不同方方向的表面面進(jìn)行排列列，就會(huì)發(fā)發(fā)生扭曲。。結(jié)果便是這這個(gè)扭曲了了的螺旋層層使通過(guò)的的光線也發(fā)發(fā)生扭曲。。西安電子科科技大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)學(xué)院院17光線穿過(guò)示示意圖不加電時(shí)，，扭曲的液液晶螺旋層層使通過(guò)的的光線也發(fā)發(fā)生扭曲，，光線穿過(guò)過(guò)偏振濾光光器而穿出出。西安安電電子子科科技技大大學(xué)學(xué)計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)學(xué)學(xué)院院18光線線阻阻斷斷示示意意圖圖加電電時(shí)時(shí)，，所所有有分分子子按按照照電電流流方方向向進(jìn)進(jìn)行行排排列列，，光光線線不不再再扭扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)而而被被偏偏振振濾濾光光器器阻阻斷斷。。西安安電電子子科科技技大大學(xué)學(xué)計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)學(xué)學(xué)院院19LCD顯示示器器原原理理LCD的基基本本原原理理就就是是通通過(guò)過(guò)給給不不同同的的液液晶晶單單元元供供電電，，控控制制其其光光線線的的通通過(guò)過(guò)與與否否而而達(dá)達(dá)到到顯顯示示的的目目的的。。LCD顯示示器器中中，，顯顯示示面面板板薄薄膜膜被被分分成成很很多多小小柵柵格格（（像像素素）），，每每個(gè)個(gè)柵柵格格由由一一個(gè)個(gè)電電極極控控制制。。彩色色LCD面板板中中，，每每個(gè)個(gè)像像素素都都是是由由3格液液晶晶單單元元構(gòu)構(gòu)成成，，每每個(gè)個(gè)單單元元格格前前面面都都分分別別有有紅紅色色、、綠綠色色或或藍(lán)藍(lán)色色的的過(guò)過(guò)濾濾片片進(jìn)進(jìn)行行三三原原色色濾濾光光。。西安安電電子子科科技技大大學(xué)學(xué)計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)學(xué)學(xué)院院20LCD的光光源源液晶晶顯顯示示器器是是一一種種被被動(dòng)動(dòng)光光源源的的顯顯示示器器，，自自身身不不能能發(fā)發(fā)光光，，只只能能借借助助外外界界光光源源。。根根據(jù)據(jù)光光源源形形式式有有：：透射射式式：：LCD屏后后有有一一個(gè)個(gè)光光源源，，外外界界可可以以不不需需要要光光源源。。筆筆記記本本電電腦腦的的LCD一般般為為透透射射式式反射射式式：：需要要外外界界提提供供光光源源，，靠靠反反射射光光來(lái)來(lái)工工作作。。一一些些簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單控控制制器器上上的的單單色色顯顯示示。。西安安電電子子科科技技大大學(xué)學(xué)計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)學(xué)學(xué)院院21LCD種類(lèi)類(lèi)TN（扭扭曲曲向向列列））最早早商商用用的的LCD，液液晶晶可可以以扭扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)90o，以小小尺尺寸寸黑黑白白文文字字顯顯示示為為主主。。STN（超超扭扭曲曲向向列列））（（無(wú)無(wú)源源陣陣列列））通過(guò)過(guò)改改變變液液晶晶材材料料的的化化學(xué)學(xué)成成分分，，使使液液晶晶分分子子發(fā)發(fā)生生不不止止一一次次扭扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，，可可以以扭扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)180o，甚甚至至210o、270o等，，從而而大大大大改改善善了了畫(huà)畫(huà)面面的的顯顯示示品品質(zhì)質(zhì)。。分辨辨率率不不高高，，變變暗暗像像素素會(huì)會(huì)對(duì)對(duì)周周邊邊像像素素產(chǎn)產(chǎn)生生影影響響，，早早期期的的灰灰階階屏屏多多采采用用STN。TFT（薄薄膜膜晶晶體體管管））（（有有源源陣陣列列））多了了一一層層薄薄膜膜晶晶體體管管陣陣列列，，每每個(gè)個(gè)像像素素對(duì)對(duì)應(yīng)應(yīng)一一個(gè)個(gè)薄薄膜膜晶晶體體管管，，這這樣樣各各個(gè)個(gè)單單元元相相對(duì)對(duì)獨(dú)獨(dú)立立，，可可迅迅速速控控制制，，干干擾擾小小，，可可使使用用大大電電流流，，因因而而可可提提供供更更好好的的對(duì)對(duì)比比度度和和亮亮度度。。反應(yīng)應(yīng)快快、、品品質(zhì)質(zhì)佳佳，，適適用用于于大大型型動(dòng)動(dòng)畫(huà)畫(huà)顯顯示示，，應(yīng)應(yīng)用用領(lǐng)領(lǐng)域域廣廣泛泛功耗較較大。。西安電電子科科技大大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)學(xué)院院22LCD設(shè)計(jì)方方法LCD的接口口多種種多樣樣，分分類(lèi)很很細(xì)。。帶有驅(qū)驅(qū)動(dòng)電電路的的LCD顯示模模塊常常使使用總總線方方式來(lái)來(lái)驅(qū)動(dòng)動(dòng)可方便便的與與各種種低檔檔控制制器進(jìn)進(jìn)行接接口由于驅(qū)驅(qū)動(dòng)電電路的的存在在，體體積較較大不帶驅(qū)驅(qū)動(dòng)電電路的的LCD顯示模模塊需要與與驅(qū)動(dòng)動(dòng)電路路配合合使用用體積小小，輕輕便可與帶帶有LCD控制器器的高高檔微微處理理器直直接接接口還有一一些顯顯示模模塊帶帶有字字庫(kù)西安電電子科科技大大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)學(xué)院院23其它顯顯示接接口發(fā)光二二極管管常作狀狀態(tài)顯顯示發(fā)光二二極管管陣列列數(shù)碼管管七段發(fā)發(fā)光管管其它發(fā)發(fā)光管管模塊塊VGA接口（（VideoGraphicArray）模擬接接口由R、G、B三基色色信號(hào)號(hào)；HS，行同同步信信號(hào)；；VS場(chǎng)同步步信號(hào)號(hào)組成成。西安電電子科科技大大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)學(xué)院院24觸摸屏屏觸摸屏屏由觸觸摸檢檢測(cè)部部件和和觸摸摸屏控控制器器組成成觸摸檢檢測(cè)部部件安安裝在在顯示示器屏屏幕前前面，，用于于檢測(cè)測(cè)用戶(hù)戶(hù)觸摸摸位置置，接接受后后送觸觸摸屏屏控制制器；；觸摸屏屏控制制器的的主要要作用用是從從觸摸摸點(diǎn)檢檢測(cè)裝裝置上上接收收觸摸摸信息息，并并將它它轉(zhuǎn)換換成觸觸點(diǎn)坐坐標(biāo)，，再送送給CPU。CPU根據(jù)顯顯示屏屏上對(duì)對(duì)應(yīng)坐坐標(biāo)點(diǎn)點(diǎn)的顯顯示內(nèi)內(nèi)容或或圖標(biāo)標(biāo)獲知知用戶(hù)戶(hù)意圖圖。西安電電子科科技大大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)學(xué)院院25觸摸屏屏的主主要類(lèi)類(lèi)型按照觸觸摸屏屏的工工作原原理和和傳輸輸信息息的介介質(zhì)，，我們們把觸觸摸屏屏分為為四種種：電阻式式：利用壓壓力感感應(yīng)進(jìn)進(jìn)行控控制。。電容感感應(yīng)式式：利用人人體的的電流流感應(yīng)應(yīng)進(jìn)行行工作作。紅外線線式：：利用X、Y方向上上密布布的紅紅外線線矩陣陣來(lái)檢檢測(cè)并并定位位用戶(hù)戶(hù)的觸觸摸。。表面聲聲波式式：：表面聲聲波是是超聲聲波的的一種種，在在介質(zhì)質(zhì)(例如玻玻璃或或金屬屬等剛剛性材材料)表面淺淺層傳傳播的的機(jī)械械能量量波。。通過(guò)兩兩個(gè)方方向上上聲波波能量量缺口口來(lái)定定位，，并可可檢測(cè)測(cè)壓力力西安電電子科科技大大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)學(xué)院院26電阻式式觸摸摸屏電阻觸觸摸屏屏的主主要部部分是是一塊塊與顯顯示器器表面面密切切結(jié)合合的電電阻薄薄膜屏屏。以一層層玻璃璃或硬硬塑料料平板板作為為基層層，表表面涂涂有一一層透透明氧氧化金金屬導(dǎo)導(dǎo)電層層上面再蓋有有一層外表表面硬化處處理、光滑滑防刮的塑塑料層，它它的內(nèi)表面面也涂有一一層導(dǎo)電涂涂層，在他他們之間有有許多細(xì)小小的（小于于1/1000英寸）的透透明隔離點(diǎn)點(diǎn)把兩層導(dǎo)導(dǎo)電層隔開(kāi)開(kāi)絕緣。西安電子科科技大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)學(xué)院院27手指觸摸屏屏幕時(shí)，兩兩層導(dǎo)電層層在觸摸點(diǎn)點(diǎn)位置就有有了接觸，，電阻發(fā)生生變化。在X和Y兩個(gè)方向上上產(chǎn)生的信信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送觸觸摸屏控制制器計(jì)算出出（X，Y）的位置。。電阻類(lèi)觸摸摸屏的關(guān)鍵鍵在于材料料科技。。西安電子科科技大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)學(xué)院院28西安電子科科技大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)學(xué)院院29西安電子科科技大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)學(xué)院院30西安電子科科技大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)學(xué)院院31模/數(shù)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器我們處在一一個(gè)數(shù)字時(shí)時(shí)代，而我我們的視覺(jué)覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、、感覺(jué)、嗅嗅覺(jué)等所感感知的卻是是一個(gè)模擬擬世界。如如何將數(shù)字字世界與模模擬世界聯(lián)聯(lián)系在一起起，這正是是模擬數(shù)字字轉(zhuǎn)換器(ADC)和數(shù)字模擬擬轉(zhuǎn)換器(DAC)的作用。西安電子科科技大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)學(xué)院院32ADC所謂模/數(shù)轉(zhuǎn)換器就就是把電模模擬量轉(zhuǎn)換換成數(shù)字量量的電路傳感器是能能感受規(guī)定定的被測(cè)量量并按照一一定的規(guī)律律轉(zhuǎn)換成可可用（電））信號(hào)的器器件或裝置置，通常由由敏感元件件和轉(zhuǎn)換元元件組成A/D轉(zhuǎn)換的方法法計(jì)數(shù)式（并并行）雙積分式逐次逼近式式西安電子科科技大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)學(xué)院院33DACD/A轉(zhuǎn)換器的功功能將數(shù)字量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成模擬擬量D/A轉(zhuǎn)換器的原原理可以歸納為為“按權(quán)展開(kāi)，，然后相加加”。因此，D/A轉(zhuǎn)換器內(nèi)部部必須要有有一個(gè)解碼碼網(wǎng)絡(luò)，以以實(shí)現(xiàn)按權(quán)權(quán)值分別進(jìn)進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。解碼網(wǎng)絡(luò)通通常有兩種種：二進(jìn)制加權(quán)權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)絡(luò)T型電阻網(wǎng)絡(luò)絡(luò)。西安電子科科技大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)學(xué)院院34ADC、DAC的應(yīng)用性能參數(shù)分辨率（位位數(shù)）絕對(duì)精度建立時(shí)間線性度注意事項(xiàng)根據(jù)應(yīng)用需需求選擇性性能參數(shù)滿(mǎn)滿(mǎn)足要求的的芯片盡量利用控控制器內(nèi)置置的轉(zhuǎn)換模模塊調(diào)理電路確確保ADC輸入電壓在在可轉(zhuǎn)換范范圍以?xún)?nèi)西安電子科科技大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)學(xué)院院35SPI串行外圍設(shè)設(shè)備接口（（SerialPeripheralInterface）由Motorola公司開(kāi)發(fā)是一種高速速的，全雙雙工，同步步的串行通通信總線用來(lái)在微控控制器和外外圍芯片之之間提供一一個(gè)低成本本、易使用用的接口。。SPI是同步協(xié)議議接口不同于UART接口（異步步串行接口口）西安電子科科技大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)學(xué)院院36SPI接口是以主主從方式工工作的，這這種模式通通常有一個(gè)個(gè)主器件和和一個(gè)或多多個(gè)從器件件，其接口口包括以下下四種信號(hào)號(hào)：MOSI–主器件數(shù)據(jù)據(jù)輸出、從從器件數(shù)據(jù)據(jù)輸入MISO–主器件數(shù)據(jù)據(jù)輸入、從從器件數(shù)據(jù)據(jù)輸出SCLK–時(shí)鐘信號(hào)，，由主器件件產(chǎn)生/SS–從器件使能能信號(hào)，由由主器件控控制西安電子科科技大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)學(xué)院院37在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的的通信中，，SPI接接口不需要要進(jìn)行尋址址操作，且且為全雙工工通信，顯顯得簡(jiǎn)單高高效西安電子科科技大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)學(xué)院院38在多個(gè)從器器件的系統(tǒng)統(tǒng)中，每個(gè)個(gè)從器件需需要獨(dú)立的的使能信號(hào)號(hào)西安電子科科技大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)學(xué)院院39SPI接口口的內(nèi)部硬硬件實(shí)際上上是兩個(gè)簡(jiǎn)簡(jiǎn)單的移位位寄存器，，傳輸?shù)臄?shù)數(shù)據(jù)為8位位，在主器器件產(chǎn)生的的從器件使使能信號(hào)和和移位脈沖沖下按位傳傳輸，高位位在前，低低位在后西安電子科科技大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)學(xué)院院40設(shè)計(jì)示例西安電子科科技大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)學(xué)院院41I2CI2C(Inter－IntegratedCircuit)總線由PHILIPS公司開(kāi)發(fā)的的兩線式串串行總線，，用于連接接微控制器器及其外圍圍設(shè)備。I2C總線特點(diǎn)簡(jiǎn)單的2線，占用空空間小能夠以100Kbps的最大傳輸輸速率支持持40個(gè)組件支持多主控控(multimastering)，其中任任何能夠進(jìn)進(jìn)行發(fā)送和和接收的設(shè)設(shè)備都可以以成為主總總線，但但在任何時(shí)時(shí)間點(diǎn)上只只能有一個(gè)個(gè)主控。。雙向傳輸，，與公共時(shí)時(shí)鐘同步兩根線都是是開(kāi)漏的（（open-drain），連接方方便西安電子科科技大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)學(xué)院院42西安電子科科技大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)學(xué)院院43I2C總線工作原原理I2C總線是由數(shù)數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘SCL構(gòu)成的串行行總線，可可發(fā)送和接接收數(shù)據(jù)。。在CPU與被控IC之間、IC與IC之間進(jìn)行雙雙向傳送，，最高傳送送速率100kbps。各種被控制制電路均并并聯(lián)在這條條總線上，，每個(gè)電電路和模塊塊都有唯一一的地址。。注：I2C速度由100Kbps全面提升到到400K，1M和3.4M。西安電子科科技大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)學(xué)院院44西安電子子科技大大學(xué)計(jì)算算機(jī)學(xué)院院45I2C總線傳送送的信號(hào)號(hào)類(lèi)型開(kāi)始信號(hào)號(hào)：SCL為高電平平時(shí)，SDA由高電平平向低電電平跳變變，開(kāi)始始傳送數(shù)數(shù)據(jù)。結(jié)束信號(hào)號(hào)：SCL為高電平平時(shí)，SDA由低電平平向高電電平跳變變，結(jié)束束傳送數(shù)數(shù)據(jù)。應(yīng)答信號(hào)號(hào)：接收收數(shù)據(jù)的的IC在接收到到8bit數(shù)據(jù)后，，向發(fā)送送數(shù)據(jù)的的IC發(fā)出特定定的低電電平脈沖沖，表示示已收到到數(shù)據(jù)。。CPU向受控單單元發(fā)出出一個(gè)信信號(hào)后，，等待受受控單元元發(fā)出一一個(gè)應(yīng)答答信號(hào)，，CPU接收到應(yīng)應(yīng)答信號(hào)號(hào)后，根根據(jù)實(shí)際際情況作作出是否否繼續(xù)傳傳遞信號(hào)號(hào)的判斷斷。若未未收到應(yīng)應(yīng)答信號(hào)號(hào)，則判判斷為受受控單元元出現(xiàn)故故障。西安電子子科技大大學(xué)計(jì)算算機(jī)學(xué)院院46西安電子子科技大大學(xué)計(jì)算算機(jī)學(xué)院院47設(shè)計(jì)示例例西安電子子科技大大學(xué)計(jì)算算機(jī)學(xué)院院48USB通用串行行總線（（UniversalSerialBus）由Intel等廠商制制定的連連接計(jì)算算機(jī)與具具有USB接口的多多種外設(shè)設(shè)之間通通信的串行總線線目前最為為流行的的計(jì)算機(jī)機(jī)外設(shè)接接口總線線形式越來(lái)越多多的嵌入入式系統(tǒng)統(tǒng)采用西安電子子科技大大學(xué)計(jì)算算機(jī)學(xué)院院49主要性能能特點(diǎn)使用簡(jiǎn)單單，支持持熱插拔拔節(jié)省系統(tǒng)統(tǒng)資源，，整個(gè)的的USB的系統(tǒng)只只有一個(gè)個(gè)端口和和一個(gè)中中斷。連接方便便，采用用“級(jí)聯(lián)聯(lián)”方式式可連接接多個(gè)外外部設(shè)備備（最多多可達(dá)7層，127個(gè)）。應(yīng)用范圍圍廣，支支持四種種傳輸速速率，設(shè)設(shè)備帶寬寬可從幾幾Kbps到幾Mbps甚至幾Gbps，可適應(yīng)應(yīng)不同速速率的設(shè)設(shè)備為了適應(yīng)應(yīng)各種不不同類(lèi)型型外圍設(shè)設(shè)備的要要求USB提供了四四種不同同的數(shù)據(jù)據(jù)傳輸類(lèi)類(lèi)型?？偩€供電電，USB總線可為為連接在在其上的的設(shè)備提提供電壓壓，設(shè)備備也可以以自供電電。西安電子子科技大大學(xué)計(jì)算算機(jī)學(xué)院院50西安電子子科技大大學(xué)計(jì)算算機(jī)學(xué)院院51傳輸速率率低速1.5Mbps全速12Mbps高速480Mbps超速（SuperspeedUSB）5.0GbpsUSB1.1實(shí)現(xiàn)了低低速和全全速USB2.0在1.1的基礎(chǔ)上上實(shí)現(xiàn)了了高速傳傳輸U(kuò)SB3.0支持超速速傳輸西安電子子科技大大學(xué)計(jì)算算機(jī)學(xué)院院52USB系統(tǒng)USB主機(jī)任一USB系統(tǒng)中只只有一個(gè)個(gè)主機(jī)，，它負(fù)責(zé)責(zé)管理整整個(gè)USB系統(tǒng)包括USBDevice的連接與刪除除，Host與USBDevice的通信路線的的控制等。USB設(shè)備Hub（集線器）：：提供到USB的附加連接點(diǎn)點(diǎn)Function（功能）：為為主機(jī)系統(tǒng)提提供附加性能能USB互聯(lián)USB設(shè)備與主機(jī)的的連接和通信信方式，包括括總線拓?fù)浣Y(jié)結(jié)構(gòu)、內(nèi)層關(guān)關(guān)系、數(shù)據(jù)流流模型和USB調(diào)度表西安電子科技技大學(xué)計(jì)算機(jī)機(jī)學(xué)院53USB傳輸方式控制傳輸控制傳輸是雙雙向傳輸，數(shù)數(shù)據(jù)量通常較較小。USB系統(tǒng)軟件主要要用來(lái)進(jìn)行查查詢(xún)、配置和和給USB設(shè)備發(fā)送通用用的命令同步傳輸同步傳輸提供供了確定的帶帶寬和間隔時(shí)時(shí)間（latency）。它被用于時(shí)間間嚴(yán)格并具有有較強(qiáng)容錯(cuò)性性的流數(shù)據(jù)傳傳輸，或者用用于要求恒定定的數(shù)據(jù)傳輸輸率的即時(shí)應(yīng)應(yīng)用中。中斷傳輸中斷方式傳輸輸主要用于定定時(shí)查詢(xún)?cè)O(shè)備備是否有中斷斷數(shù)據(jù)要傳輸輸。設(shè)備端點(diǎn)模式式器的結(jié)構(gòu)決決定了它的查查詢(xún)頻率，從從1到255ms之間。這種傳輸方式式典型的應(yīng)用用在少量的、、分散的、不不可預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)據(jù)的傳輸。塊傳輸塊傳輸主要應(yīng)應(yīng)用在需要大大量傳輸和接接收數(shù)據(jù)，同同時(shí)又沒(méi)有帶帶寬和間隔時(shí)時(shí)間要求的情情況下保證傳傳輸。設(shè)計(jì)示例西安電子科技技大學(xué)計(jì)算機(jī)機(jī)學(xué)院54西安電子科技技大學(xué)計(jì)算機(jī)機(jī)學(xué)院55UARTUART（通用異步收收發(fā)器）是用用硬件實(shí)現(xiàn)異異步串行通信信的通信接口口電路UART是嵌入式系統(tǒng)統(tǒng)最常用的接接口，可用來(lái)來(lái)與上位機(jī)或或其它外部設(shè)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)據(jù)通信UART允許在串行鏈鏈路上進(jìn)行全全雙工的通信信，其定義了了一個(gè)串行發(fā)發(fā)送引腳（TXD）和一個(gè)串行行接收引腳（（RXD），可以在同同一時(shí)刻發(fā)送送和接收數(shù)據(jù)據(jù)輸出/輸入的電平為為T(mén)TL電平工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的UART，如16C500此類(lèi)UART芯片內(nèi)部集成成了可編程的的波特率發(fā)生生器、發(fā)送/接收FIFO、處理器中斷斷系統(tǒng)和各種種總線狀態(tài)錯(cuò)錯(cuò)誤檢測(cè)電路路等，一般具具有完全的MODEM控制能力。西安電子科技技大學(xué)計(jì)算機(jī)機(jī)學(xué)院56RS-232RS-232是美國(guó)電子工工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）制定的串行行通訊標(biāo)準(zhǔn)，，又稱(chēng)RS-232-C。RS-232是一個(gè)全雙工工的通訊標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)，它可以同同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)據(jù)接收和發(fā)送送的工作。RS-232對(duì)電器特性、、邏輯電平和和各種信號(hào)線線功能都作了了規(guī)定。在TxD和RxD上：邏輯1(MARK)=-3V～-15V邏輯0(SPACE)=+3～+15V在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制線上：：信號(hào)有效（接接通，ON狀態(tài)，正電壓壓）＝+3V～+15V信號(hào)無(wú)效（斷斷開(kāi)，OFF狀態(tài)，負(fù)電壓壓)=-3V～-15V西安電子科技技大學(xué)計(jì)算機(jī)機(jī)學(xué)院57TTLRS232轉(zhuǎn)換芯片西安電子科技技大學(xué)計(jì)算機(jī)機(jī)學(xué)院58計(jì)算機(jī)串口通通信常用連接接西安電子科技技大學(xué)計(jì)算機(jī)機(jī)學(xué)院59其它串口通信信RS-422由RS-232發(fā)展而來(lái)差分傳輸將傳輸速率提提高到10Mbps（RS-232在1M以下）單發(fā)多收收，最多多可連接接10個(gè)接收器器RS-485在RS-422的基礎(chǔ)上上定制了了RS-485具有多點(diǎn)點(diǎn)、雙向向通信能能力，最最多可接接32個(gè)接收器器通信距離離長(zhǎng)，可可達(dá)千米米以外西安電子子科技大大學(xué)計(jì)算算機(jī)學(xué)院院60以太網(wǎng)以太網(wǎng)網(wǎng)（Ethernet））協(xié)議議已經(jīng)經(jīng)非常常廣泛泛地應(yīng)應(yīng)用于于各種種計(jì)算算機(jī)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)嵌入式式Internet的應(yīng)應(yīng)用越越來(lái)越越得到到人們們的重重視以太網(wǎng)網(wǎng)是嵌嵌入式式系統(tǒng)統(tǒng)接入入Internet最簡(jiǎn)簡(jiǎn)便的的方式式西安電電子科科技大大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)學(xué)院院61嵌入式式以太太網(wǎng)接接口的的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)嵌入式式處理理器＋＋網(wǎng)卡卡芯片片只需把把特定定的以以太網(wǎng)網(wǎng)芯片片連接接到嵌嵌入式式處理理器的的總線線上通用性性強(qiáng)，，不受受處理理器的的限制制。速度慢慢，可可靠性性不夠夠高，，電路路板走走線復(fù)復(fù)雜帶有以以太網(wǎng)網(wǎng)接口口的嵌嵌入式式處理理器要求嵌嵌入式式處理理器有有通用用的網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接接口（（MII接口））這種處處理器器通常常是面面向網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)應(yīng)用設(shè)設(shè)計(jì)的的處理器器和網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)數(shù)據(jù)的的交換換通過(guò)過(guò)內(nèi)部部總線線，速速度較較快西安電電子科科技大大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)學(xué)院院62TCP/IP協(xié)議應(yīng)用層層BSD套接字字傳輸層層TCP、UDP網(wǎng)絡(luò)層層IP、ARP、ICMP、IGMP數(shù)據(jù)鏈鏈路層層IEEE802.3EthernetMAC物理層層注：帶帶有以以太網(wǎng)網(wǎng)接口口的處處理器器只含含有MAC層網(wǎng)卡西安電電子科科技大大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)學(xué)院院63以太網(wǎng)網(wǎng)接口口組成成嵌入式式處理理器以太網(wǎng)網(wǎng)芯片片以太網(wǎng)網(wǎng)隔離離器RJ45接口西安電電子科科技大大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)學(xué)院院64設(shè)計(jì)示示例西安電電子科科技大大學(xué)計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)學(xué)院院65CAN控制器器局域域網(wǎng)CAN(ControllerAreaNet)一種現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總總線，，最初初被用用于汽汽車(chē)環(huán)環(huán)境中中的微微控制制器通通信，，目前前主要要用于于各種種過(guò)程程檢測(cè)測(cè)及控控制CAN總線的的特點(diǎn)點(diǎn)1、CAN可以是是對(duì)等等結(jié)構(gòu)構(gòu)，即即多主主機(jī)工工作方