嵌入式系統(tǒng)常用接口規(guī)范

一、引言

嵌入式系統(tǒng)的硬件除了核心的微處理器之外就是外圍器件和接口。接口技術(shù)在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)處于如此重要的位置，是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)師硬件部分的重要考試范圍。目前嵌入式系統(tǒng)中的接口五花百門，每個(gè)接口都可以寫成一本厚厚的書。面對(duì)內(nèi)容如此之多，范圍如此之廣的考試部分，應(yīng)該怎么樣去復(fù)習(xí)呢?我的指導(dǎo)思想是，把握好每種接口技術(shù)的最基本概念，理解透每個(gè)接口的最基本工作原理。

二、接口技術(shù)匯總

1. Flash存儲(chǔ)器

(1)Flash存儲(chǔ)器是一種非易失性存儲(chǔ)器，根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同可以將其分為NOR Flash和NAND Flash兩種。

(3)NOR Flash的特點(diǎn)：應(yīng)用程序可以直接在閃存內(nèi)運(yùn)行，不需要再把代碼讀到系統(tǒng)RAM中運(yùn)行。NOR Flash的傳輸效率很高，在1MB~4MB的小容量時(shí)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(diǎn)：能夠提高極高的密度單元，可以達(dá)到高存儲(chǔ)密度，并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(chǔ)介質(zhì)的原因。應(yīng)用NAND Flash的困難在于閃存需要特殊的系統(tǒng)接口。

(5)NOR Flash與NAND Flash的區(qū)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(jī)讀取能力差，適合大量數(shù)據(jù)的連續(xù)讀取。

D、NOR Flash帶有SRAM接口，有足夠的地址引進(jìn)來尋址，可以很容易地存取其內(nèi)部的每一個(gè)字節(jié)。NAND Flash的地址、數(shù)據(jù)和命令共用8位總線(有寫公司的產(chǎn)品使用16位)，每次讀寫都要使用復(fù)雜的I/O接口串行地存取數(shù)據(jù)。

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(chǎn)品中。因此，NOR Flash只要應(yīng)用在代碼存儲(chǔ)介質(zhì)中，NAND Flash適用于資料存儲(chǔ)。

4、GPIO原理與結(jié)構(gòu)

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(gè)控制寄存器：數(shù)據(jù)寄存器和數(shù)據(jù)方向寄存器。數(shù)據(jù)方向寄存器設(shè)置端口的方向。如果將引腳設(shè)置為輸出，那么數(shù)據(jù)寄存器將控制著該引腳狀態(tài)。若將引腳設(shè)置為輸入，則此輸入引腳的狀態(tài)由引腳上的邏輯電路層來實(shí)現(xiàn)對(duì)它的控制。

5、A/D接口

(1)A/D轉(zhuǎn)換器是把電模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的電路。實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的方法有很多，常用的方法有計(jì)數(shù)法、雙積分法和逐次逼進(jìn)法。

(5)A/D轉(zhuǎn)換的重要指標(biāo)

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

B、量程：所能轉(zhuǎn)換的模擬輸入電壓范圍，分為單極性和雙極性兩種類型。

C、轉(zhuǎn)換時(shí)間：完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間，其倒數(shù)為轉(zhuǎn)換速率。

D、精度：精度與分辨率是兩個(gè)不同的概念，即使分辨率很高，也可能由于溫漂、線性度等原因使其精度不夠高。精度有絕對(duì)精度和相對(duì)精度兩種表示方法。通常用數(shù)字量的最低有效位LSB的分?jǐn)?shù)值來表示絕對(duì)精度，用其模擬電壓滿量程的百分比來表示相對(duì)精度。

例如，滿量程10V，10位A/D芯片，若其絕對(duì)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(duì)精度為9.77mv/2=4.88mv，相對(duì)精度為：0.048%。

6、D/A接口基本

(1)D/A轉(zhuǎn)換器使將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量。

(2)在集成電路中，通常采用T型網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬電流，再由運(yùn)算放大器將模擬電路轉(zhuǎn)換為模擬電壓。進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換實(shí)際上需要上面的兩個(gè)環(huán)節(jié)。關(guān)于T型電阻解碼網(wǎng)絡(luò)和D/A轉(zhuǎn)換具體原理參考《教程》的159頁。

(3)D/A轉(zhuǎn)換器的分類：

A、電壓輸出型：常作為高速D/A轉(zhuǎn)換器。

B、電流輸出型：一般外接運(yùn)算放大器使用。

C、乘算型：可用作調(diào)制器和使輸入信號(hào)數(shù)字化地衰減。

(4)D/A轉(zhuǎn)換器的主要指標(biāo)：分辨率、建立時(shí)間、線性度、轉(zhuǎn)換精度、溫度系數(shù)。

7、鍵盤接口

(1)鍵盤的兩種形式：線性鍵盤和矩陣鍵盤。

(2)識(shí)別鍵盤上的閉合鍵通常有兩種方法：行掃描法和行反轉(zhuǎn)法。

(3)行掃描法是矩陣鍵盤按鍵常用的識(shí)別方法，此方法分為兩步進(jìn)行：

A、識(shí)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(shí)別鍵盤是哪一行按下：逐行置低電平，并置其余各行為高電平，查詢各列的變化，如果列電平變?yōu)榈碗娖?，則可確定此行此列交叉點(diǎn)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(dá)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，屏的背后有一個(gè)光源，因此外界環(huán)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(fā)光(EL)是液晶屏提供光源的一種方式。

(3)按照液晶驅(qū)動(dòng)方式分類，常見的LCD可以分為三類：扭轉(zhuǎn)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(qū)動(dòng)電路的LCD顯示模塊，只要總線方式驅(qū)動(dòng);沒有驅(qū)動(dòng)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(shí)候，通過DMA請(qǐng)求總線，直接通過SDRAM控制器讀取SDRAM中指定地址(顯示緩沖區(qū))的數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)經(jīng)過LCD控制器轉(zhuǎn)換成液晶屏掃描數(shù)據(jù)格式，直接驅(qū)動(dòng)液晶顯示器。

(6)VGA接口本質(zhì)上是一個(gè)模擬接口，一般都采用統(tǒng)一的15引腳接口，包括2個(gè)NC信號(hào)、3根顯示器數(shù)據(jù)總線、5個(gè)GND信號(hào)、3個(gè)RGB色彩分量、1個(gè)行同步信號(hào)和1個(gè)場同步信號(hào)。其色彩分量采用的電平標(biāo)準(zhǔn)為EIA定義的RS343標(biāo)準(zhǔn)。

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)觸摸屏的控制采用專業(yè)芯片，例如ADS7843。

10、音頻接口

(1)基本原理：麥克風(fēng)輸入的數(shù)據(jù)經(jīng)音頻編解碼器解碼完成A/D轉(zhuǎn)換，解碼后的音頻數(shù)據(jù)通過音頻控制器送入DSP或CPU進(jìn)行相應(yīng)的處理，然后數(shù)據(jù)經(jīng)音頻控制器發(fā)送給音頻編碼器，經(jīng)編碼D/A轉(zhuǎn)換后由揚(yáng)聲器輸出。