1、第二章 嵌入式系統基本知識（硬件基礎）單片機原理與技術王浩 副教授9 硬件構成硬件構成 2存儲器及其擴展存儲器及其擴展 n 功能功能 提供執行程序和存儲數據所需空間提供執行程序和存儲數據所需空間 n 種類種類 RAM、ROM兩兩種種 n 特點特點 半導體半導體器件而非磁質材料器件而非磁質材料 具有密度大、體積小、訪問速度快、性能可靠、具有密度大、體積小、訪問速度快、性能可靠、使用壽命長的優點，適合于嵌入式應用領域使用壽命長的優點，適合于嵌入式應用領域 分類分類1.RAM (Random Access Memory)n 內部結構：內部結構：44 RAM n每個每個內存單元存儲一個內存單元存儲一個

2、位（位（Bit）的數據的數據n使能線使能線+地址線地址線 rd/wr線線控制控制 圖圖4-2 RAM內部結構內部結構 2存儲器及其擴展存儲器及其擴展 n 特點特點n可讀可寫，可讀可寫，讀取和寫入一樣快速讀取和寫入一樣快速n上電數據保存，掉電上電數據保存，掉電數據數據丟失丟失 作為內存使用。作為內存使用。 n 種類種類nSRAMSRAMnDRAMDRAM2存儲器及其擴展存儲器及其擴展 (1) SRAM (靜態隨機存取靜態隨機存取存儲器存儲器 )n 內部結構內部結構n 由由正反器電路組成正反器電路組成S=1、R=0時時,輸出輸出Q =1S=0、R=1時時,輸出輸出Q =0 n 每一位存儲單元電路每

3、一位存儲單元電路 需要需要6個晶體管個晶體管 圖圖4-3 SRAM結構結構 2存儲器及其擴展存儲器及其擴展 n 特點特點n數據存取速度較快數據存取速度較快 n比較容易比較容易和和處理器制造在同一個芯片中處理器制造在同一個芯片中n數據不需實時刷新數據不需實時刷新n但成本較高但成本較高 2存儲器及其擴展存儲器及其擴展 (2) DRAM (動態隨機存取動態隨機存取存儲器存儲器)n 內部結構內部結構n 存儲單元由一個電存儲單元由一個電容容和一和一個晶體管個晶體管組成組成n 解碼線解碼線使使晶體管導通晶體管導通后，后，通過通過 rd/wr 線讀取電容線讀取電容電壓電壓，或者對，或者對電容充放電電容充放電

4、n 電容漏電電容漏電，15.625微秒充電一次微秒充電一次 圖圖4-4 DRAM結構結構 2存儲器及其擴展存儲器及其擴展 n 特點特點n容量較大容量較大，約是約是 SRAM 的的4倍倍 n成本低成本低 n但由于電容的充放電原因，數據需要進行實但由于電容的充放電原因，數據需要進行實時刷新操作時刷新操作 2存儲器及其擴展存儲器及其擴展 2.ROM (Read-Only Memory)n 內部結構內部結構n存儲數據方式利用可規劃式接線的短路或存儲數據方式利用可規劃式接線的短路或斷路斷路來實現來實現，具體接線的，具體接線的規劃規劃方式由方式由ROM的類型決的類型決定定 n使能線使能線 + 地址線地址線

5、 圖圖4-5 ROM結構示意圖結構示意圖 2存儲器及其擴展存儲器及其擴展 n 特點特點n數據可以讀取數據可以讀取,但不能但不能任意更改任意更改 n掉電情況下數據不會丟失掉電情況下數據不會丟失 程序可存放在程序可存放在ROM中中n 種類種類nEPROM，EEPROMnFlash2存儲器及其擴展存儲器及其擴展 (1) EPROM (Erasable ProgramEnable Read-Only Memory)2存儲器及其擴展存儲器及其擴展 n 內部結構內部結構n圖圖(a) 使用金氧半導體使用金氧半導體(MOS) 具有浮動具有浮動柵極柵極 n圖圖(b):電可編程電可編程n柵極正電壓柵極正電壓使使電

6、子經電子經 絕緣體層到達柵極絕緣體層到達柵極n柵極被充電后柵極被充電后，源源-漏漏 極間極間為為截止狀態截止狀態,形成形成 斷路，斷路，邏輯輸出為邏輯輸出為0； 相反相反，邏輯輸出為邏輯輸出為1圖圖4-9 EPROM結構與工作原理結構與工作原理 2存儲器及其擴展存儲器及其擴展 n圖圖(c):紫外線擦除紫外線擦除n紫外線通過石英窗紫外線通過石英窗 直接照射直接照射 n柵極的電子又通過柵極的電子又通過 絕緣體絕緣體回到回到N通道通道，n為防為防自然光自然光照射，照射，石英石英 窗窗上粘貼上粘貼上反光上反光膠布膠布nEPROM又可被重新規劃又可被重新規劃圖圖4-9 EPROM結構與工作原理結構與工作

7、原理 圖圖4-10 EPROM的外觀的外觀 2存儲器及其擴展存儲器及其擴展 n 特點特點n一種一種只讀存儲器只讀存儲器 n電可編程電可編程n紫外線擦除紫外線擦除適合少量生產或是產品開發適合少量生產或是產品開發調試實驗調試實驗 2存儲器及其擴展存儲器及其擴展 (2) EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory )n內部結構內部結構n與與EPROMEPROM類似，類似，具有浮動具有浮動柵極柵極n與與EPROMEPROM不同，不同，源極源極、漏極漏極、浮動柵極、浮動柵極、P P型基型基底接上底接上不同的電壓進行寫入、擦除和讀出

8、不同的電壓進行寫入、擦除和讀出 見下圖見下圖4-114-112存儲器及其擴展存儲器及其擴展 4.2 存儲設備 圖圖4-11 EEPROM結構與工作原理結構與工作原理 n 特點特點n與與EPROM類似，電可編程類似，電可編程n與與EPROM不同，電可擦除不同，電可擦除n省去了省去了EPROM擦除需照射紫外線的煩瑣程序擦除需照射紫外線的煩瑣程序n針對針對每個每個存儲單元存儲單元進行擦除進行擦除操作操作n擦除次數擦除次數達到一萬次以上達到一萬次以上 EEPROM的使用比的使用比EPROM更普遍更普遍 2存儲器及其擴展存儲器及其擴展 (3) Flash Memory (閃存閃存)n 內部結構內部結構n

9、 是是EEPROM 的延伸產品的延伸產品，也采用浮動柵極原理也采用浮動柵極原理n 但其但其浮動柵極與通道間的距離較短浮動柵極與通道間的距離較短 n特點特點n數據寫入數據寫入速度速度快快（因為（因為浮動柵極與通道間的距離浮動柵極與通道間的距離比較短比較短），故得名），故得名“閃存閃存” n可以一大塊數據直接進行清除可以一大塊數據直接進行清除，使用方便，使用方便例：例：PDA中作為程序存儲器，中作為程序存儲器，操作系統版本操作系統版本的的升級和改變只需重寫升級和改變只需重寫Flash2存儲器及其擴展存儲器及其擴展 NOR技術NAND技術30存儲器系統存儲器系統- -Flash*FLASH：閃存分類

10、：NOR Flash 和 NAND Flash讀速度： NOR Flash類似SDRM，數據/地址線獨立，讀更快， NAND Flash分頁存儲，存儲量大，讀一般寫速度： NOR一次擦除64128K，5秒， NAND一次擦除832K，4ms NOR適合代碼存儲（讀快）NAND適合數據存儲（寫快）31存儲器系統存儲器系統- -FlashFLASH：閃存最典型特點：分塊操作，整塊擦除，整塊寫入，按字節處理 FLASH內存內存FLASHFLASH本節內容總線空閑（其他器件都以高阻態形式連接在總線上）且一個器件要與目的器件通信時，發起通信的器件驅動總線，發出地址和數據。其他以高阻態形式連接在總線上的器

11、件如果收到（或能夠收到）與自己相符的地址信息后，即接收總線上的數據。發送器件完成通信，將總線讓出（輸出變為高阻態）。總線工作原理總線工作原理設備1控制設備2控制設備3控制設備4控制設備5控制設備6控制高阻聯通控制控制CAN（Controller Area Network）總線n80年代末，由德國Bosch公司最先提出n被設計作為汽車環境中的微控制器通訊，在車載各電子控制裝置ECU 之間交換信息，形成汽車電子控制網絡。n發動機管理系統、變速箱控制器、儀表裝備、電子主干系統中，均嵌入CAN 控制裝置。n使用CSMA/CD協議n40米以內，1Mbps；10Km，5Kbps；理論上可以支持無限多個設備

12、n可靠性高，誤碼率為10-11n抗電磁干擾性強 系統時鐘就是一個典型的頻率相當精確和穩定的脈沖信號發生器。 時鐘 晶振：提供標準頻率 頻率綜合器：產生各種頻率 時鐘電路 為嵌入式系統產生時序脈沖 時鐘舉例：廣播體操/列概念 兩種基本的直流/直流變換的電源供電方式線性穩壓電源開關穩壓電源 電源 產生出嵌入式系統工作所需的各種電源 5V 3.3V 10V舉例：能量 線性穩壓電源 優點就是電路結構簡單，可靠性高，所需電路元件數量少，電源紋波小 一個致命的弱點就是效率低，功耗大 開關穩壓電源 優點就是轉換效率高，一般可以達到80以上 升降壓比較靈活 電源本節內容二輸出設備三外設接口四通信接口1 輸入設

13、備輸入設備 n 小型鍵盤小型鍵盤n 觸摸屏觸摸屏1.1 小型鍵盤小型鍵盤 n 功能功能n 嵌入式系統的一種常用嵌入式系統的一種常用輸入輸入設備設備n 例如：例如：收款機收款機系統系統 由由幾個簡單的數字鍵幾個簡單的數字鍵和和功能鍵功能鍵組成組成 。1.1 小型鍵盤小型鍵盤 （1）.實驗板實驗板1.1 小型鍵盤小型鍵盤 n 結構：結構：矩陣鍵盤矩陣鍵盤16個按鍵個按鍵接至接至4條條行輸行輸出出XOX3和和4條條列輸入列輸入YOY3上上 圖圖4-12 鍵盤鍵盤與鍵盤與鍵盤控制器電路控制器電路工作原理工作原理示意圖示意圖 節省節省I/O端口資源端口資源 1.1 小型鍵盤小型鍵盤 n 工作原理工作原理

14、n 鍵盤控制器鍵盤控制器掃描按鍵輸入掃描按鍵輸入(逐行輸出，逐列檢測逐行輸出，逐列檢測) 譯碼譯碼 消抖消抖 按鍵值按鍵值存放在存放在寄存器寄存器中中1.2 觸摸屏觸摸屏 n 功能功能n 在在液晶液晶屏屏上上疊疊加一片觸摸屏加一片觸摸屏，用觸控筆或手指頭用觸控筆或手指頭直接點選直接點選按鍵或輸入按鍵或輸入文字文字 n 輕薄短小輕薄短小，便于攜帶，使用方便，便于攜帶，使用方便注：觸摸屏與注：觸摸屏與LCD的分辨率和坐標系一般不同，的分辨率和坐標系一般不同，因此觸摸屏的位置需要在程序中進行轉換變為因此觸摸屏的位置需要在程序中進行轉換變為LCD 坐標系中的位置坐標系中的位置1.2 觸摸屏觸摸屏 n

15、種類種類n 電容式電容式：最早出現：最早出現n 表面聲波表面聲波式式n 電阻式電阻式：主要產品，市場份額：主要產品，市場份額72% n XGT式式 ：最新技術，市場份額：最新技術，市場份額20%1.2 觸摸屏觸摸屏 1.電容式電容式觸摸屏觸摸屏n 工作原理工作原理n觸摸時，人體電場、用戶和觸摸屏表面形成觸摸時，人體電場、用戶和觸摸屏表面形成一耦合電容一耦合電容n電容是高頻電流直接導體，因此手指從接觸電容是高頻電流直接導體，因此手指從接觸點吸走很小的電流點吸走很小的電流n流經四個角落電極的電流與手指到四角的距流經四個角落電極的電流與手指到四角的距離成正比離成正比1.2 觸摸屏觸摸屏 n 特點（有

16、些缺點實際也是優點）特點（有些缺點實際也是優點）n對大多數的環境污染物有抵抗力對大多數的環境污染物有抵抗力 n人體成為回路的一部分，因而漂移現象比較人體成為回路的一部分，因而漂移現象比較嚴重嚴重 n人體戴手套式不起作用人體戴手套式不起作用 n需經常校正需經常校正 n不適用于金屬機柜不適用于金屬機柜 n外界存在電感和磁感的時候，觸摸屏失靈外界存在電感和磁感的時候，觸摸屏失靈 1.2 觸摸屏觸摸屏 n投射電容式觸摸屏投射電容式觸摸屏n用在手機上最好不過，可以有效防止誤碰用在手機上最好不過，可以有效防止誤碰niPhone手機采用手機采用 n多點觸控技術（多點觸控技術（Multi-Touch）1.2

17、觸摸屏觸摸屏 2.表面聲波式觸摸屏表面聲波式觸摸屏n 工作原理：工作原理：n物體觸摸到表面物體觸摸到表面時，阻礙聲波的時，阻礙聲波的傳輸傳輸 n換能器偵測到這換能器偵測到這個變化，反映給個變化，反映給計算機，進而進計算機，進而進行鼠標的模擬行鼠標的模擬 1.2 觸摸屏觸摸屏 n 特點特點n高清晰度，透光性好高清晰度，透光性好 n高度耐久，抗刮傷性良好高度耐久，抗刮傷性良好 n一次校正不漂移一次校正不漂移 n灰塵、油污使聲波不能正常反射，因此需要經灰塵、油污使聲波不能正常反射，因此需要經常維護，只適合于辦公室、機關單位及環境比常維護，只適合于辦公室、機關單位及環境比較清潔的場所較清潔的場所 1.

18、2 觸摸屏觸摸屏 3.電阻式觸摸屏電阻式觸摸屏 n 工作原理工作原理n 兩層導電薄膜兩層導電薄膜， 上層可伸縮上層可伸縮 n 觸碰后觸碰后上下電上下電 極導通極導通，通過，通過 電位電位差差計算計算(X,Y)值值 圖圖4-13 電阻式觸摸屏工作原理電阻式觸摸屏工作原理示意圖示意圖 1.2 觸摸屏觸摸屏 n 特點特點n高解析度，高速傳輸反應高解析度，高速傳輸反應 n表面硬度處理，減少擦傷、刮傷及防化學處理表面硬度處理，減少擦傷、刮傷及防化學處理 n具有光面及霧面處理具有光面及霧面處理 n一次校正，穩定性高，永不漂移一次校正，穩定性高，永不漂移1.2 觸摸屏觸摸屏 4.XGT式觸摸屏式觸摸屏 n

19、工作原理工作原理n采用純玻璃面板采用純玻璃面板 n將電壓連到玻璃基板的將電壓連到玻璃基板的4個角落個角落，產生一個產生一個電場電場 n通過特殊的有線觸控筆去觸控輸入通過特殊的有線觸控筆去觸控輸入，其它，其它實實體碰觸不會有反應體碰觸不會有反應，電場的變化電場的變化對應對應碰觸位碰觸位置置1.2 觸摸屏觸摸屏 n 特點特點n 結合了電阻式結合了電阻式和表面聲波式和表面聲波式觸摸屏的優點觸摸屏的優點 防水、防火、防塵、防刮、抗菌防水、防火、防塵、防刮、抗菌 n壽命大約是前壽命大約是前類類產品的產品的 100 倍左右倍左右n透光率透光率較較透明導電薄膜的透明導電薄膜的提提高了高了 15% 左右左右

20、n可應用于可應用于高溫低溫以及惡劣環境下高溫低溫以及惡劣環境下被視為當前最具潛力的觸摸屏技術被視為當前最具潛力的觸摸屏技術 本節內容一輸入設備三外設接口四通信接口2 輸出設備輸出設備 n LED n LCD2.1 LED n 功能功能作為電源指示燈、電平指示、工作狀態顯示或微作為電源指示燈、電平指示、工作狀態顯示或微光源之用光源之用n種類種類n發光二極管（基本單元）發光二極管（基本單元）n數碼管、符號管、米字管、點陣顯示數碼管、符號管、米字管、點陣顯示 屏屏 （1）.實驗板實驗板2.1 LED1.發光二極管（發光二極管（LED，Light Emitting Diode） n 工作原理工作原理n

21、 核心是一核心是一PN結結正向導通、反向截止正向導通、反向截止n 還具有發光特性還具有發光特性 n 特點特點耗電少、成本低、配置簡單靈活、安裝方便、耗電少、成本低、配置簡單靈活、安裝方便、耐振動、壽命常耐振動、壽命常 2.1 LEDn 種類種類n 按發光顏色按發光顏色紅色、橙色、綠色、藍光、多色等紅色、橙色、綠色、藍光、多色等 n 按出光面特征（形狀）按出光面特征（形狀） 圓燈、方燈、矩形、面發光管、側向管、表面圓燈、方燈、矩形、面發光管、側向管、表面安裝用微型管等安裝用微型管等 n 按透明性及是否摻散射劑按透明性及是否摻散射劑有色透明、無色透明、有色散射和無色散射有色透明、無色透明、有色散射

22、和無色散射2.1 LED2.數碼管數碼管n 結構結構n 七段條狀發光二極管組成七段條狀發光二極管組成“日日”字型，實現字型，實現數字數字09、部分字母和小數點的顯示、部分字母和小數點的顯示 n 共陽極或共陰極電氣連接方式共陽極或共陰極電氣連接方式見下圖。見下圖。2.1 LED 圖圖4-14 七段數碼管結構原理圖七段數碼管結構原理圖 2.1 LEDn 工作原理：以共陰極為例工作原理：以共陰極為例 n 某各發光二極管陽極加上高電平時點亮某各發光二極管陽極加上高電平時點亮n驅動方式驅動方式n靜態驅動：每個數碼管用一個并口驅動靜態驅動：每個數碼管用一個并口驅動 n動態驅動：共一個并口，輪詢以節省資源動

23、態驅動：共一個并口，輪詢以節省資源 2.1 LED3.其它其它LEDn 米字管米字管:顯示包括英文字母在內的多種符號顯示包括英文字母在內的多種符號 n 符號管符號管:顯示顯示+、-或或號等號等 n 點陣顯示屏點陣顯示屏:(a)(b)圖圖4-15 點陣顯示屏原理圖點陣顯示屏原理圖 工作原理與七工作原理與七段數碼管類似段數碼管類似2.2 LCD n 工作原理工作原理n 液晶液晶特性特性n介于固態與液態之間的物質介于固態與液態之間的物質，同時，同時具備固態具備固態晶體的光學特性晶體的光學特性和和液態物質的流動特性液態物質的流動特性n當液晶被送上電壓后當液晶被送上電壓后，液晶的內部結構會產液晶的內部結

24、構會產生扭曲生扭曲n通過液晶的通過液晶的光線因為液晶內部的結構而改變光線因為液晶內部的結構而改變光線的行徑光線的行徑2.2 LCD n 液晶液晶屏屏n背光板背光板：光源光源 n液晶液晶陣列：陣列：n每一個圖案像素用每一個圖案像素用 一個液晶單元表示一個液晶單元表示 n對液晶單元施以對液晶單元施以不同不同電壓電壓以改變對應以改變對應像素像素的的光線行徑光線行徑n彩色濾光膜彩色濾光膜 ：通過液晶通過液晶陣列陣列的光線經過的光線經過后顯示指定的三原色后顯示指定的三原色RGB n兩塊偏光板兩塊偏光板 ：將將需要顯示的光線需要顯示的光線， 使其使其不會顯示在液晶屏幕上不會顯示在液晶屏幕上 （1）.實驗板

25、實驗板2.2 LCD n 特點特點n 體積小、重量輕體積小、重量輕、耗電小、耗電小對比對比CRTn 低輻射低輻射 對比對比CRTn不會出現任何的幾何失真，線性失真不會出現任何的幾何失真，線性失真2.2 LCD n 種類種類n 被動式被動式 TN-LCD n 控制電壓組件設計在面板的四周控制電壓組件設計在面板的四周 反應時間慢反應時間慢，光線輸出量較少光線輸出量較少，動態影像動態影像有殘影有殘影n 成本成本偏低（偏低（如如用于普通的用于普通的移動電話移動電話 ）n 主動式主動式 TFT-LCDn 每個液晶單元內植入控制電壓的組件每個液晶單元內植入控制電壓的組件 光輸出量光輸出量大，大，反應時間反

26、應時間快，提供快，提供鮮艷的色彩與較好鮮艷的色彩與較好 的動態影像的動態影像 n 制造成本較高制造成本較高（如用于（如用于信息家電信息家電 ）本節內容一輸入設備二輸出設備四通信接口3 外設接口外設接口 n 并行接口并行接口n 串行接口串行接口n I2Cn I2S n USB n IEEE1394 3.1 并行接口并行接口 n 結構結構n 通過通過由由多條數據線組成總線多條數據線組成總線n 一次可以一次可以同時同時傳送多個位的數據傳送多個位的數據例：例：打印機打印機并口并口(Parallel Port)n 特點特點n 傳輸數據量大、速度快、控制簡單傳輸數據量大、速度快、控制簡單n 傳輸總線的長度

27、受限傳輸總線的長度受限（過長時，電子線路間將產過長時，電子線路間將產生電容效應生電容效應），），且抗干擾能力差且抗干擾能力差 （1）.實驗板實驗板3.1 并行接口并行接口 n 對比：對比： I2C、I2S、USB、IEEE1394等串行接口等串行接口 n 線路簡單、抗干擾能力強線路簡單、抗干擾能力強 n 控制也相對復雜控制也相對復雜 3.2 I2C I2C（InterIntegrated Circuit) n 功能與特點功能與特點n 用于連接微控制器和外設用于連接微控制器和外設ADC、DAC、存儲器、存儲器、LED驅動器、實時時鐘等芯片驅動器、實時時鐘等芯片n 支持多主控支持多主控 n 通信速

28、度通信速度：100Kbit/s 、最高最高400Kbit/s n 簡單，成本低簡單，成本低3.2 I2C n 組成：組成： 兩根串行線（均為雙向兩根串行線（均為雙向I/O線）線）n 串行時鐘線（串行時鐘線（SCL，Serial Clock Line）n 串行數據線（串行數據線（SDL，Serial Data Line） 注：通過數據線的軟件尋址實現片選注：通過數據線的軟件尋址實現片選 減少器件片選線的連接減少器件片選線的連接3.2 I2C n 工作原理：一次典型工作流程工作原理：一次典型工作流程 (1) 開始：信號表明傳輸開始開始：信號表明傳輸開始 (2) 地址：主設備發送地址信息（地址：主設

29、備發送地址信息（ 7 位從設備地址位從設備地址和和 1 位表明讀、寫或數據流方向的指示位）位表明讀、寫或數據流方向的指示位） (3) 數據：根據指示位，數據在主設備和從設備之數據：根據指示位，數據在主設備和從設備之間傳輸；數據一般以間傳輸；數據一般以 8 位傳輸，具體傳輸的數位傳輸，具體傳輸的數據量無限制；接收器上用一位的據量無限制；接收器上用一位的 ACK（回答（回答信號）表明一個字節已收到；傳輸可被終止或信號）表明一個字節已收到；傳輸可被終止或重新開始重新開始 (4)停止：信號結束傳輸停止：信號結束傳輸3.3 I2S I2S(Inter-IC Sound)n 功能功能 n 由由SONY和和

30、PHILIPS公司等共同推出公司等共同推出n 主要應用于連接數字音頻處理設備主要應用于連接數字音頻處理設備 例如：便攜例如：便攜CD機、數字音頻處理器等機、數字音頻處理器等3.3 I2S n 組成：組成：3根串行線根串行線 n 串行時鐘線（串行時鐘線（SCSK，Continuous Serial Clock）n 字選擇線（字選擇線（WS，Word Select） 指示左通道或右通道的數據將被傳輸指示左通道或右通道的數據將被傳輸 n 數據通道線（數據通道線（SData，Serial Data）n分時復用分時復用n按高有效位按高有效位MSB到低有效位到低有效位LSB的順序傳送字長的音的順序傳送字長

31、的音頻數據頻數據nMSB總在總在WS切換后的第一個時鐘發送切換后的第一個時鐘發送n若數據長度不匹配若數據長度不匹配,接收接收/發送器將截取或填充發送器將截取或填充3.3 I2S n 工作時序工作時序圖圖4-17 I2S總線接口的基本時序總線接口的基本時序 3.4 USB USB（Universal Serial Bus，通用串行總線），通用串行總線） 由由COMPAQ、Intel、Microsoft、NEC等廠商共等廠商共同制定的一種外部設備總線規范。同制定的一種外部設備總線規范。 3.4 USB n 功能與特點功能與特點n 為外設擴充提供一種即插即用的簡單方法為外設擴充提供一種即插即用的簡單

32、方法n連接外設不必打開機箱連接外設不必打開機箱 n允許外設熱插拔，而不必關閉主機電源允許外設熱插拔，而不必關閉主機電源 n采用采用“級聯級聯”方式（最多連接方式（最多連接127個外設，而每個外設個外設，而每個外設間距離可達間距離可達5米），且不會有米），且不會有IRQ沖突沖突 n自取電：提供自取電：提供5V電源電源 n 速度較快速度較快USB1.1：最高達：最高達12MbpsUSB2.0：最高達到：最高達到480Mbps USB3.0：5G-10Gbps3.4 USB n 功能與特點功能與特點n 為外設擴充提供一種即插即用的簡單方法為外設擴充提供一種即插即用的簡單方法n連接外設不必打開機箱連接

33、外設不必打開機箱 n允許外設熱插拔，而不必關閉主機電源允許外設熱插拔，而不必關閉主機電源 n采用采用“級聯級聯”方式（最多連接方式（最多連接127個外設，而每個外設個外設，而每個外設間距離可達間距離可達5米），且不會有米），且不會有IRQ沖突沖突 n自取電：提供自取電：提供5V電源電源 n 速度較快速度較快USB1.1：最高達：最高達12MbpsUSB2.0：最高達到：最高達到480Mbps USB3.0：5G-10Gbps3.4 USB n 種類種類n A類類連接器連接器 主設備主設備端端 n B類類連接器連接器 從設備端從設備端圖圖4-18 USB連接器常見種類連接器常見種類 3.4 US

34、B n OTG USB OTG是是USB On-The-Go的縮寫，是當前發的縮寫，是當前發展起來的技術，展起來的技術，2001年年12月月18日由日由USB Implementers Forum公布，主要應用于各種不同公布，主要應用于各種不同的設備或移動設備間的聯接，進行數據交換。特的設備或移動設備間的聯接，進行數據交換。特別是別是PDA、移動電話、消費類設備。改變如數碼、移動電話、消費類設備。改變如數碼照相機、攝像機、打印機等設備間多種不同制式照相機、攝像機、打印機等設備間多種不同制式連接器，多達連接器，多達7種制式的存儲卡間數據交換的不便。種制式的存儲卡間數據交換的不便。3.5 IEEE

35、1394 IEEE1394，亦稱為火線（，亦稱為火線（Firewire）由蘋果公司研制由蘋果公司研制 n IEEE1394與與USB的共同點的共同點n 都是一種通用外接設備接口都是一種通用外接設備接口n 支持熱插撥支持熱插撥n 可連接多個不同設備可連接多個不同設備n 不用外部電源不用外部電源n 快速傳輸大量數據快速傳輸大量數據 3.5 IEEE1394 n IEEE1394與與USB的不同的不同n 傳輸速率不同傳輸速率不同nUSB1.1為為12Mbps，USB2.0最高為最高為480Mbps，一般用于連接鍵盤、鼠標與麥克風等低速設備一般用于連接鍵盤、鼠標與麥克風等低速設備nIEEE1394目前

36、為目前為400Mbps，將要達，將要達1Gbps，可連接數碼相機、掃描儀和信息家電等高速設備可連接數碼相機、掃描儀和信息家電等高速設備 3.5 IEEE1394 n 連接方式不同連接方式不同 nUSB：主從方式，需要：主從方式，需要HUB，最多，最多127臺設備臺設備 nIEEE1394：多主方式，不需要：多主方式，不需要HUB，用網橋連接，用網橋連接多個多個IEEE1394網絡網絡(網內網內63)(達到無限制連接）達到無限制連接）n 智能化不同智能化不同 nUSB：以：以HUB來判斷連接設備的增減來判斷連接設備的增減nIEEE1394：可以在其設備進行增減時自動重設網：可以在其設備進行增減時

37、自動重設網絡絡 本節內容一輸入設備二輸出設備三外設接口4 通訊接口通訊接口 n 有線通信接口有線通信接口n RS-232n 以太網以太網 n 無線通信接口無線通信接口n 紅外線紅外線/藍牙藍牙 n GPRS n IEEE802.11 4.1 RS-232 n 功能與特點功能與特點n 電子工業協會電子工業協會 （EIA）制訂的制訂的點對點點對點的有線串的有線串行異步通信標準行異步通信標準n 傳輸速率傳輸速率2400115200bps 4.1 RS-232 n RS-232的的控制傳輸控制傳輸： UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)芯片

38、或模塊芯片或模塊 n 檢測檢測起始位起始位：高電平：高電平變為低電平變為低電平n 采樣：采樣：以設置的比特率以設置的比特率進行信號采樣，并進行信號采樣，并存入存入寄存器中寄存器中n 通知：通知：通知通知其它其它需要數據的組件將需要數據的組件將 UART 芯片芯片中的數據由寄存器取出中的數據由寄存器取出 4.1 RS-232 n RS-232的缺點：的缺點： 1）易損壞接口電路的芯片。）易損壞接口電路的芯片。2）傳輸速率較低。）傳輸速率較低。3）共地傳輸容易產生共模干擾，所以抗噪聲干）共地傳輸容易產生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。擾性弱。4）傳輸距離有限，最大傳輸距離標準值為）傳輸距離有限，最大

39、傳輸距離標準值為50英英尺，實際上也只能用在尺，實際上也只能用在50米左右。米左右。4.2 以太網以太網 n 功能與特點功能與特點n 局域網的一種有線通信總線標準局域網的一種有線通信總線標準 n 采用采用CSMA/CD（載波監聽（載波監聽/沖突檢測）沖突檢測）n 星型或總線型結構，通過集線器星型或總線型結構，通過集線器/交換機交換機/網橋互連網橋互連 4.2 以太網以太網 n 通信協議規范通信協議規范 n IEEE802.3十兆以太網（十兆以太網（10Base Ethernet，10 Mbps ）n IEEE802.3u 快速以太網（快速以太網（Fast Ethernet，100 Mbps）

40、n IEEE802.3z千兆以太網（千兆以太網（Gigabit Ethernet，1000 Mbps） n IEEE802.3ae 萬兆以太網（萬兆以太網（10 Gigabit Ethernet，10000 Mbps） 4.2 以太網以太網 n 通訊介質標準：以通訊介質標準：以IEEE802.3為例為例 n 10Base5 n粗以太網電纜粗以太網電纜 ，采用插入式分接頭，采用插入式分接頭n段長為段長為500m，每段節點數為，每段節點數為100 n 10Base2 n細以太網電纜細以太網電纜 ，采用，采用BNC連接器組成連接器組成T型插座型插座n價格低廉，可靠性高，安裝方便價格低廉，可靠性高，安

41、裝方便n段長為段長為200m，每段節點數為，每段節點數為304.2 以太網以太網 n 10Base-T n雙絞線集線器（雙絞線集線器（Hub）n增添或移去節點簡單增添或移去節點簡單,且容易檢測到電纜故障且容易檢測到電纜故障 n段長為段長為100m，每段節點數為，每段節點數為1024 n 10Base-F n光纖光纖n連接器和終止器的費用而十分昂貴，但卻有連接器和終止器的費用而十分昂貴，但卻有極好的抗干擾性極好的抗干擾性n段長為段長為2000m，每段節點數為，每段節點數為1024 4.3 紅外線紅外線 n 功能功能n 紅外線（紅外線（Infrared）是一個是一個點對點點對點的的無線通信標準無線

42、通信標準n 發射的發射的紅外波長紅外波長：0.850.9m例例: 用于手機、用于手機、PDA與筆記本電腦的通訊與筆記本電腦的通訊4.3 紅外線紅外線 n 收發模塊組成收發模塊組成：3部分部分 n 發：發：紅外線發光二極管紅外線發光二極管n 收：收：硅晶硅晶PIN光檢二極管光檢二極管 n 控制電路控制電路 接收接收到的信號傳送到控制電路中到的信號傳送到控制電路中，由，由嵌入式處理嵌入式處理器器進行進行處理或存儲處理或存儲。 4.3 紅外線紅外線 n 特點特點 n 優點：價格便宜優點：價格便宜 n 缺點：通訊距離短缺點：通訊距離短(1m內內)、速度較慢、速度較慢(4Mbps)、方向性強、不能穿過障

43、礙物、易受熱源干擾等。方向性強、不能穿過障礙物、易受熱源干擾等。 lrDA1.0 1rDA1.1 lrDA1.2 lrDA1.3 傳輸距離 lm 0.2m(low power tolow power) 0.3m(low power to standard) 傳輸速度 最高115.2kbps 最高4Mbps 最高115.2kbps 最高4Mbps 傳輸角度 士150 士150 士150 士150 表表4-3 紅外線紅外線IrDA標準標準 4.4 藍牙藍牙 n 功能功能n 藍牙藍牙(Bluetooth)也也是一個是一個點對點點對點的的無線通信協議無線通信協議標準標準 n 頻帶頻帶：2.4022.480 GHz屬屬ISM (Industrial Scientific Medical) 頻帶頻帶4.4 藍牙藍牙n 收發模塊組成收發模塊組成：3部分部分 n 無線傳輸收發單元無線傳輸收發單元 n 基頻處理單元基頻處理單元 n 數據傳輸接口數據傳輸接口 接收接收到的信號傳送到控制電路中到的信號傳送到控制電路中，由，由嵌入式處理嵌入式處理器器進行進行處理或存儲處理或存儲 4.4 藍牙藍牙n 特點特點: 對比對比紅外線紅外線 n 缺點：缺點：價格高價格高(采用低溫陶瓷基版采用低溫陶瓷基版)n 優點：優點： 4.5 GPRS n 移動通信移動通信:分為三代