嵌入式系統常用接口規范

一、引言

嵌入式系統的硬件除了核心的微處理器之外就是外圍器件和接口。接口技術在嵌入式系統設計處于如此重要的位置，是嵌入式系統設計師硬件部分的重要考試范圍。目前嵌入式系統中的接口五花百門，每個接口都可以寫成一本厚厚的書。面對內容如此之多，范圍如此之廣的考試部分，應該怎么樣去復習呢?我的指導思想是，把握好每種接口技術的最基本概念，理解透每個接口的最基本工作原理。

二、接口技術匯總

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。

(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，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作為存儲介質的原因。應用NAND Flash的困難在于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)，每次讀寫都要使用復雜的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適用于資料存儲。

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，那么數據寄存器將控制著該引腳狀態。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。

(5)A/D轉換的重要指標

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范圍，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，也可能由于溫漂、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，通常采用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。關于T型電阻解碼網絡和D/A轉換具體原理參考《教程》的159頁。

(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：可用作調制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、溫度系數。

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，并置其余各行為高電平，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，屏的背后有一個光源，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(顯示緩沖區)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，一般都采用統一的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。其色彩分量采用的電平標準為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)觸摸屏的控制采用專業芯片，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，解碼后的音頻數據通過音頻控制器送入DSP或CPU進行相應的處理，然后數據經音頻控制器發送給音頻編碼器，經編碼D/A轉換后由揚聲器輸出。