第2章嵌入式系统基本知识(2)(2课时)

1、第二章 嵌入式系统基本知识（硬件基础）单片机原理与技术王浩 副教授9 硬件构成硬件构成 2存储器及其扩展存储器及其扩展 n 功能功能 提供执行程序和存储数据所需空间提供执行程序和存储数据所需空间 n 种类种类 RAM、ROM两两种种 n 特点特点 半导体半导体器件而非磁质材料器件而非磁质材料 具有密度大、体积小、访问速度快、性能可靠、具有密度大、体积小、访问速度快、性能可靠、使用寿命长的优点，适合于嵌入式应用领域使用寿命长的优点，适合于嵌入式应用领域 分类分类1.RAM (Random Access Memory)n 内部结构：内部结构：44 RAM n每个每个内存单元存储一个内存单元存储一个

2、位（位（Bit）的数据的数据n使能线使能线+地址线地址线 rd/wr线线控制控制 图图4-2 RAM内部结构内部结构 2存储器及其扩展存储器及其扩展 n 特点特点n可读可写，可读可写，读取和写入一样快速读取和写入一样快速n上电数据保存，掉电上电数据保存，掉电数据数据丢失丢失 作为内存使用。作为内存使用。 n 种类种类nSRAMSRAMnDRAMDRAM2存储器及其扩展存储器及其扩展 (1) SRAM (静态随机存取静态随机存取存储器存储器 )n 内部结构内部结构n 由由正反器电路组成正反器电路组成S=1、R=0时时,输出输出Q =1S=0、R=1时时,输出输出Q =0 n 每一位存储单元电路每

3、一位存储单元电路 需要需要6个晶体管个晶体管 图图4-3 SRAM结构结构 2存储器及其扩展存储器及其扩展 n 特点特点n数据存取速度较快数据存取速度较快 n比较容易比较容易和和处理器制造在同一个芯片中处理器制造在同一个芯片中n数据不需实时刷新数据不需实时刷新n但成本较高但成本较高 2存储器及其扩展存储器及其扩展 (2) DRAM (动态随机存取动态随机存取存储器存储器)n 内部结构内部结构n 存储单元由一个电存储单元由一个电容容和一和一个晶体管个晶体管组成组成n 解码线解码线使使晶体管导通晶体管导通后，后，通过通过 rd/wr 线读取电容线读取电容电压电压，或者对，或者对电容充放电电容充放电

4、n 电容漏电电容漏电，15.625微秒充电一次微秒充电一次 图图4-4 DRAM结构结构 2存储器及其扩展存储器及其扩展 n 特点特点n容量较大容量较大，约是约是 SRAM 的的4倍倍 n成本低成本低 n但由于电容的充放电原因，数据需要进行实但由于电容的充放电原因，数据需要进行实时刷新操作时刷新操作 2存储器及其扩展存储器及其扩展 2.ROM (Read-Only Memory)n 内部结构内部结构n存储数据方式利用可规划式接线的短路或存储数据方式利用可规划式接线的短路或断路断路来实现来实现，具体接线的，具体接线的规划规划方式由方式由ROM的类型决的类型决定定 n使能线使能线 + 地址线地址线

5、 图图4-5 ROM结构示意图结构示意图 2存储器及其扩展存储器及其扩展 n 特点特点n数据可以读取数据可以读取,但不能但不能任意更改任意更改 n掉电情况下数据不会丢失掉电情况下数据不会丢失 程序可存放在程序可存放在ROM中中n 种类种类nEPROM，EEPROMnFlash2存储器及其扩展存储器及其扩展 (1) EPROM (Erasable ProgramEnable Read-Only Memory)2存储器及其扩展存储器及其扩展 n 内部结构内部结构n图图(a) 使用金氧半导体使用金氧半导体(MOS) 具有浮动具有浮动栅极栅极 n图图(b):电可编程电可编程n栅极正电压栅极正电压使使电

6、子经电子经 绝缘体层到达栅极绝缘体层到达栅极n栅极被充电后栅极被充电后，源源-漏漏 极间极间为为截止状态截止状态,形成形成 断路，断路，逻辑输出为逻辑输出为0； 相反相反，逻辑输出为逻辑输出为1图图4-9 EPROM结构与工作原理结构与工作原理 2存储器及其扩展存储器及其扩展 n图图(c):紫外线擦除紫外线擦除n紫外线通过石英窗紫外线通过石英窗 直接照射直接照射 n栅极的电子又通过栅极的电子又通过 绝缘体绝缘体回到回到N通道通道，n为防为防自然光自然光照射，照射，石英石英 窗窗上粘贴上粘贴上反光上反光胶布胶布nEPROM又可被重新规划又可被重新规划图图4-9 EPROM结构与工作原理结构与工作

7、原理 图图4-10 EPROM的外观的外观 2存储器及其扩展存储器及其扩展 n 特点特点n一种一种只读存储器只读存储器 n电可编程电可编程n紫外线擦除紫外线擦除适合少量生产或是产品开发适合少量生产或是产品开发调试实验调试实验 2存储器及其扩展存储器及其扩展 (2) EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory )n内部结构内部结构n与与EPROMEPROM类似，类似，具有浮动具有浮动栅极栅极n与与EPROMEPROM不同，不同，源极源极、漏极漏极、浮动栅极、浮动栅极、P P型基型基底接上底接上不同的电压进行写入、擦除和读出

8、不同的电压进行写入、擦除和读出 见下图见下图4-114-112存储器及其扩展存储器及其扩展 4.2 存储设备 图图4-11 EEPROM结构与工作原理结构与工作原理 n 特点特点n与与EPROM类似，电可编程类似，电可编程n与与EPROM不同，电可擦除不同，电可擦除n省去了省去了EPROM擦除需照射紫外线的烦琐程序擦除需照射紫外线的烦琐程序n针对针对每个每个存储单元存储单元进行擦除进行擦除操作操作n擦除次数擦除次数达到一万次以上达到一万次以上 EEPROM的使用比的使用比EPROM更普遍更普遍 2存储器及其扩展存储器及其扩展 (3) Flash Memory (闪存闪存)n 内部结构内部结构n

9、 是是EEPROM 的延伸产品的延伸产品，也采用浮动栅极原理也采用浮动栅极原理n 但其但其浮动栅极与通道间的距离较短浮动栅极与通道间的距离较短 n特点特点n数据写入数据写入速度速度快快（因为（因为浮动栅极与通道间的距离浮动栅极与通道间的距离比较短比较短），故得名），故得名“闪存闪存” n可以一大块数据直接进行清除可以一大块数据直接进行清除，使用方便，使用方便例：例：PDA中作为程序存储器，中作为程序存储器，操作系统版本操作系统版本的的升级和改变只需重写升级和改变只需重写Flash2存储器及其扩展存储器及其扩展 NOR技术NAND技术30存储器系统存储器系统- -Flash*FLASH：闪存分类

10、：NOR Flash 和 NAND Flash读速度： NOR Flash类似SDRM，数据/地址线独立，读更快， NAND Flash分页存储，存储量大，读一般写速度： NOR一次擦除64128K，5秒， NAND一次擦除832K，4ms NOR适合代码存储（读快）NAND适合数据存储（写快）31存储器系统存储器系统- -FlashFLASH：闪存最典型特点：分块操作，整块擦除，整块写入，按字节处理 FLASH内存内存FLASHFLASH本节内容总线空闲（其他器件都以高阻态形式连接在总线上）且一个器件要与目的器件通信时，发起通信的器件驱动总线，发出地址和数据。其他以高阻态形式连接在总线上的器

11、件如果收到（或能够收到）与自己相符的地址信息后，即接收总线上的数据。发送器件完成通信，将总线让出（输出变为高阻态）。总线工作原理总线工作原理设备1控制设备2控制设备3控制设备4控制设备5控制设备6控制高阻联通控制控制CAN（Controller Area Network）总线n80年代末，由德国Bosch公司最先提出n被设计作为汽车环境中的微控制器通讯，在车载各电子控制装置ECU 之间交换信息，形成汽车电子控制网络。n发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装备、电子主干系统中，均嵌入CAN 控制装置。n使用CSMA/CD协议n40米以内，1Mbps；10Km，5Kbps；理论上可以支持无限多个设备

12、n可靠性高，误码率为10-11n抗电磁干扰性强 系统时钟就是一个典型的频率相当精确和稳定的脉冲信号发生器。 时钟 晶振：提供标准频率 频率综合器：产生各种频率 时钟电路 为嵌入式系统产生时序脉冲 时钟举例：广播体操/列概念 两种基本的直流/直流变换的电源供电方式线性稳压电源开关稳压电源 电源 产生出嵌入式系统工作所需的各种电源 5V 3.3V 10V举例：能量 线性稳压电源 优点就是电路结构简单，可靠性高，所需电路元件数量少，电源纹波小 一个致命的弱点就是效率低，功耗大 开关稳压电源 优点就是转换效率高，一般可以达到80以上 升降压比较灵活 电源本节内容二输出设备三外设接口四通信接口1 输入设

13、备输入设备 n 小型键盘小型键盘n 触摸屏触摸屏1.1 小型键盘小型键盘 n 功能功能n 嵌入式系统的一种常用嵌入式系统的一种常用输入输入设备设备n 例如：例如：收款机收款机系统系统 由由几个简单的数字键几个简单的数字键和和功能键功能键组成组成 。1.1 小型键盘小型键盘 （1）.实验板实验板1.1 小型键盘小型键盘 n 结构：结构：矩阵键盘矩阵键盘16个按键个按键接至接至4条条行输行输出出XOX3和和4条条列输入列输入YOY3上上 图图4-12 键盘键盘与键盘与键盘控制器电路控制器电路工作原理工作原理示意图示意图 节省节省I/O端口资源端口资源 1.1 小型键盘小型键盘 n 工作原理工作原理

14、n 键盘控制器键盘控制器扫描按键输入扫描按键输入(逐行输出，逐列检测逐行输出，逐列检测) 译码译码 消抖消抖 按键值按键值存放在存放在寄存器寄存器中中1.2 触摸屏触摸屏 n 功能功能n 在在液晶液晶屏屏上上叠叠加一片触摸屏加一片触摸屏，用触控笔或手指头用触控笔或手指头直接点选直接点选按键或输入按键或输入文字文字 n 轻薄短小轻薄短小，便于携带，使用方便，便于携带，使用方便注：触摸屏与注：触摸屏与LCD的分辨率和坐标系一般不同，的分辨率和坐标系一般不同，因此触摸屏的位置需要在程序中进行转换变为因此触摸屏的位置需要在程序中进行转换变为LCD 坐标系中的位置坐标系中的位置1.2 触摸屏触摸屏 n

15、种类种类n 电容式电容式：最早出现：最早出现n 表面声波表面声波式式n 电阻式电阻式：主要产品，市场份额：主要产品，市场份额72% n XGT式式 ：最新技术，市场份额：最新技术，市场份额20%1.2 触摸屏触摸屏 1.电容式电容式触摸屏触摸屏n 工作原理工作原理n触摸时，人体电场、用户和触摸屏表面形成触摸时，人体电场、用户和触摸屏表面形成一耦合电容一耦合电容n电容是高频电流直接导体，因此手指从接触电容是高频电流直接导体，因此手指从接触点吸走很小的电流点吸走很小的电流n流经四个角落电极的电流与手指到四角的距流经四个角落电极的电流与手指到四角的距离成正比离成正比1.2 触摸屏触摸屏 n 特点（有

16、些缺点实际也是优点）特点（有些缺点实际也是优点）n对大多数的环境污染物有抵抗力对大多数的环境污染物有抵抗力 n人体成为回路的一部分，因而漂移现象比较人体成为回路的一部分，因而漂移现象比较严重严重 n人体戴手套式不起作用人体戴手套式不起作用 n需经常校正需经常校正 n不适用于金属机柜不适用于金属机柜 n外界存在电感和磁感的时候，触摸屏失灵外界存在电感和磁感的时候，触摸屏失灵 1.2 触摸屏触摸屏 n投射电容式触摸屏投射电容式触摸屏n用在手机上最好不过，可以有效防止误碰用在手机上最好不过，可以有效防止误碰niPhone手机采用手机采用 n多点触控技术（多点触控技术（Multi-Touch）1.2

17、触摸屏触摸屏 2.表面声波式触摸屏表面声波式触摸屏n 工作原理：工作原理：n物体触摸到表面物体触摸到表面时，阻碍声波的时，阻碍声波的传输传输 n换能器侦测到这换能器侦测到这个变化，反映给个变化，反映给计算机，进而进计算机，进而进行鼠标的模拟行鼠标的模拟 1.2 触摸屏触摸屏 n 特点特点n高清晰度，透光性好高清晰度，透光性好 n高度耐久，抗刮伤性良好高度耐久，抗刮伤性良好 n一次校正不漂移一次校正不漂移 n灰尘、油污使声波不能正常反射，因此需要经灰尘、油污使声波不能正常反射，因此需要经常维护，只适合于办公室、机关单位及环境比常维护，只适合于办公室、机关单位及环境比较清洁的场所较清洁的场所 1.

18、2 触摸屏触摸屏 3.电阻式触摸屏电阻式触摸屏 n 工作原理工作原理n 两层导电薄膜两层导电薄膜， 上层可伸缩上层可伸缩 n 触碰后触碰后上下电上下电 极导通极导通，通过，通过 电位电位差差计算计算(X,Y)值值 图图4-13 电阻式触摸屏工作原理电阻式触摸屏工作原理示意图示意图 1.2 触摸屏触摸屏 n 特点特点n高解析度，高速传输反应高解析度，高速传输反应 n表面硬度处理，减少擦伤、刮伤及防化学处理表面硬度处理，减少擦伤、刮伤及防化学处理 n具有光面及雾面处理具有光面及雾面处理 n一次校正，稳定性高，永不漂移一次校正，稳定性高，永不漂移1.2 触摸屏触摸屏 4.XGT式触摸屏式触摸屏 n

19、工作原理工作原理n采用纯玻璃面板采用纯玻璃面板 n将电压连到玻璃基板的将电压连到玻璃基板的4个角落个角落，产生一个产生一个电场电场 n通过特殊的有线触控笔去触控输入通过特殊的有线触控笔去触控输入，其它，其它实实体碰触不会有反应体碰触不会有反应，电场的变化电场的变化对应对应碰触位碰触位置置1.2 触摸屏触摸屏 n 特点特点n 结合了电阻式结合了电阻式和表面声波式和表面声波式触摸屏的优点触摸屏的优点 防水、防火、防尘、防刮、抗菌防水、防火、防尘、防刮、抗菌 n寿命大约是前寿命大约是前类类产品的产品的 100 倍左右倍左右n透光率透光率较较透明导电薄膜的透明导电薄膜的提提高了高了 15% 左右左右

20、n可应用于可应用于高温低温以及恶劣环境下高温低温以及恶劣环境下被视为当前最具潜力的触摸屏技术被视为当前最具潜力的触摸屏技术 本节内容一输入设备三外设接口四通信接口2 输出设备输出设备 n LED n LCD2.1 LED n 功能功能作为电源指示灯、电平指示、工作状态显示或微作为电源指示灯、电平指示、工作状态显示或微光源之用光源之用n种类种类n发光二极管（基本单元）发光二极管（基本单元）n数码管、符号管、米字管、点阵显示数码管、符号管、米字管、点阵显示 屏屏 （1）.实验板实验板2.1 LED1.发光二极管（发光二极管（LED，Light Emitting Diode） n 工作原理工作原理n

21、 核心是一核心是一PN结结正向导通、反向截止正向导通、反向截止n 还具有发光特性还具有发光特性 n 特点特点耗电少、成本低、配置简单灵活、安装方便、耗电少、成本低、配置简单灵活、安装方便、耐振动、寿命常耐振动、寿命常 2.1 LEDn 种类种类n 按发光颜色按发光颜色红色、橙色、绿色、蓝光、多色等红色、橙色、绿色、蓝光、多色等 n 按出光面特征（形状）按出光面特征（形状） 圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等安装用微型管等 n 按透明性及是否掺散射剂按透明性及是否掺散射剂有色透明、无色透明、有色散射和无色散射有色透明、无色透明、有色散射

22、和无色散射2.1 LED2.数码管数码管n 结构结构n 七段条状发光二极管组成七段条状发光二极管组成“日日”字型，实现字型，实现数字数字09、部分字母和小数点的显示、部分字母和小数点的显示 n 共阳极或共阴极电气连接方式共阳极或共阴极电气连接方式见下图。见下图。2.1 LED 图图4-14 七段数码管结构原理图七段数码管结构原理图 2.1 LEDn 工作原理：以共阴极为例工作原理：以共阴极为例 n 某各发光二极管阳极加上高电平时点亮某各发光二极管阳极加上高电平时点亮n驱动方式驱动方式n静态驱动：每个数码管用一个并口驱动静态驱动：每个数码管用一个并口驱动 n动态驱动：共一个并口，轮询以节省资源动

23、态驱动：共一个并口，轮询以节省资源 2.1 LED3.其它其它LEDn 米字管米字管:显示包括英文字母在内的多种符号显示包括英文字母在内的多种符号 n 符号管符号管:显示显示+、-或或号等号等 n 点阵显示屏点阵显示屏:(a)(b)图图4-15 点阵显示屏原理图点阵显示屏原理图 工作原理与七工作原理与七段数码管类似段数码管类似2.2 LCD n 工作原理工作原理n 液晶液晶特性特性n介于固态与液态之间的物质介于固态与液态之间的物质，同时，同时具备固态具备固态晶体的光学特性晶体的光学特性和和液态物质的流动特性液态物质的流动特性n当液晶被送上电压后当液晶被送上电压后，液晶的内部结构会产液晶的内部结

24、构会产生扭曲生扭曲n通过液晶的通过液晶的光线因为液晶内部的结构而改变光线因为液晶内部的结构而改变光线的行径光线的行径2.2 LCD n 液晶液晶屏屏n背光板背光板：光源光源 n液晶液晶阵列：阵列：n每一个图案像素用每一个图案像素用 一个液晶单元表示一个液晶单元表示 n对液晶单元施以对液晶单元施以不同不同电压电压以改变对应以改变对应像素像素的的光线行径光线行径n彩色滤光膜彩色滤光膜 ：通过液晶通过液晶阵列阵列的光线经过的光线经过后显示指定的三原色后显示指定的三原色RGB n两块偏光板两块偏光板 ：将将需要显示的光线需要显示的光线， 使其使其不会显示在液晶屏幕上不会显示在液晶屏幕上 （1）.实验板

25、实验板2.2 LCD n 特点特点n 体积小、重量轻体积小、重量轻、耗电小、耗电小对比对比CRTn 低辐射低辐射 对比对比CRTn不会出现任何的几何失真，线性失真不会出现任何的几何失真，线性失真2.2 LCD n 种类种类n 被动式被动式 TN-LCD n 控制电压组件设计在面板的四周控制电压组件设计在面板的四周 反应时间慢反应时间慢，光线输出量较少光线输出量较少，动态影像动态影像有残影有残影n 成本成本偏低（偏低（如如用于普通的用于普通的移动电话移动电话 ）n 主动式主动式 TFT-LCDn 每个液晶单元内植入控制电压的组件每个液晶单元内植入控制电压的组件 光输出量光输出量大，大，反应时间反

26、应时间快，提供快，提供鲜艳的色彩与较好鲜艳的色彩与较好 的动态影像的动态影像 n 制造成本较高制造成本较高（如用于（如用于信息家电信息家电 ）本节内容一输入设备二输出设备四通信接口3 外设接口外设接口 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 结构结构n 通过通过由由多条数据线组成总线多条数据线组成总线n 一次可以一次可以同时同时传送多个位的数据传送多个位的数据例：例：打印机打印机并口并口(Parallel Port)n 特点特点n 传输数据量大、速度快、控制简单传输数据量大、速度快、控制简单n 传输总线的长度

27、受限传输总线的长度受限（过长时，电子线路间将产过长时，电子线路间将产生电容效应生电容效应），），且抗干扰能力差且抗干扰能力差 （1）.实验板实验板3.1 并行接口并行接口 n 对比：对比： I2C、I2S、USB、IEEE1394等串行接口等串行接口 n 线路简单、抗干扰能力强线路简单、抗干扰能力强 n 控制也相对复杂控制也相对复杂 3.2 I2C I2C（InterIntegrated Circuit) n 功能与特点功能与特点n 用于连接微控制器和外设用于连接微控制器和外设ADC、DAC、存储器、存储器、LED驱动器、实时时钟等芯片驱动器、实时时钟等芯片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 简单，成本低简单，成本低3.2 I2C n 组成：组成： 两根串行线（均为双向两根串行线（均为双向I/O线）线）n 串行时钟线（串行时钟线（SCL，Serial Clock Line）n 串行数据线（串行数据线（SDL，Serial Data Line） 注：通过数据线的软件寻址实现片选注：通过数据线的软件寻址实现片选 减少器件片选线的连接减少器件片选线的连接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) 开始：信号表明传输开始开始：信号表明传输开始 (2) 地址：主设备发送地址信息（地址：主设

29、备发送地址信息（ 7 位从设备地址位从设备地址和和 1 位表明读、写或数据流方向的指示位）位表明读、写或数据流方向的指示位） (3) 数据：根据指示位，数据在主设备和从设备之数据：根据指示位，数据在主设备和从设备之间传输；数据一般以间传输；数据一般以 8 位传输，具体传输的数位传输，具体传输的数据量无限制；接收器上用一位的据量无限制；接收器上用一位的 ACK（回答（回答信号）表明一个字节已收到；传输可被终止或信号）表明一个字节已收到；传输可被终止或重新开始重新开始 (4)停止：信号结束传输停止：信号结束传输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 主要应用于连接数字音频处理设备主要应用于连接数字音频处理设备 例如：便携例如：便携CD机、数字音频处理器等机、数字音频处理器等3.3 I2S n 组成：组成：3根串行线根串行线 n 串行时钟线（串行时钟线（SCSK，Continuous Serial Clock）n 字选择线（字选择线（WS，Word Select） 指示左通道或右通道的数据将被传输指示左通道或右通道的数据将被传输 n 数据通道线（数据通道线（SData，Serial Data）n分时复用分时复用n按高有效位按高有效位MSB到低有效位到低有效位LSB的顺序传送字长的音的顺序传送字长

31、的音频数据频数据nMSB总在总在WS切换后的第一个时钟发送切换后的第一个时钟发送n若数据长度不匹配若数据长度不匹配,接收接收/发送器将截取或填充发送器将截取或填充3.3 I2S n 工作时序工作时序图图4-17 I2S总线接口的基本时序总线接口的基本时序 3.4 USB USB（Universal Serial Bus，通用串行总线），通用串行总线） 由由COMPAQ、Intel、Microsoft、NEC等厂商共等厂商共同制定的一种外部设备总线规范。同制定的一种外部设备总线规范。 3.4 USB n 功能与特点功能与特点n 为外设扩充提供一种即插即用的简单方法为外设扩充提供一种即插即用的简单

32、方法n连接外设不必打开机箱连接外设不必打开机箱 n允许外设热插拔，而不必关闭主机电源允许外设热插拔，而不必关闭主机电源 n采用采用“级联级联”方式（最多连接方式（最多连接127个外设，而每个外设个外设，而每个外设间距离可达间距离可达5米），且不会有米），且不会有IRQ冲突冲突 n自取电：提供自取电：提供5V电源电源 n 速度较快速度较快USB1.1：最高达：最高达12MbpsUSB2.0：最高达到：最高达到480Mbps USB3.0：5G-10Gbps3.4 USB n 功能与特点功能与特点n 为外设扩充提供一种即插即用的简单方法为外设扩充提供一种即插即用的简单方法n连接外设不必打开机箱连接

33、外设不必打开机箱 n允许外设热插拔，而不必关闭主机电源允许外设热插拔，而不必关闭主机电源 n采用采用“级联级联”方式（最多连接方式（最多连接127个外设，而每个外设个外设，而每个外设间距离可达间距离可达5米），且不会有米），且不会有IRQ冲突冲突 n自取电：提供自取电：提供5V电源电源 n 速度较快速度较快USB1.1：最高达：最高达12MbpsUSB2.0：最高达到：最高达到480Mbps USB3.0：5G-10Gbps3.4 USB n 种类种类n A类类连接器连接器 主设备主设备端端 n B类类连接器连接器 从设备端从设备端图图4-18 USB连接器常见种类连接器常见种类 3.4 US

34、B n OTG USB OTG是是USB On-The-Go的缩写，是当前发的缩写，是当前发展起来的技术，展起来的技术，2001年年12月月18日由日由USB Implementers Forum公布，主要应用于各种不同公布，主要应用于各种不同的设备或移动设备间的联接，进行数据交换。特的设备或移动设备间的联接，进行数据交换。特别是别是PDA、移动电话、消费类设备。改变如数码、移动电话、消费类设备。改变如数码照相机、摄像机、打印机等设备间多种不同制式照相机、摄像机、打印机等设备间多种不同制式连接器，多达连接器，多达7种制式的存储卡间数据交换的不便。种制式的存储卡间数据交换的不便。3.5 IEEE

35、1394 IEEE1394，亦称为火线（，亦称为火线（Firewire）由苹果公司研制由苹果公司研制 n IEEE1394与与USB的共同点的共同点n 都是一种通用外接设备接口都是一种通用外接设备接口n 支持热插拨支持热插拨n 可连接多个不同设备可连接多个不同设备n 不用外部电源不用外部电源n 快速传输大量数据快速传输大量数据 3.5 IEEE1394 n IEEE1394与与USB的不同的不同n 传输速率不同传输速率不同nUSB1.1为为12Mbps，USB2.0最高为最高为480Mbps，一般用于连接键盘、鼠标与麦克风等低速设备一般用于连接键盘、鼠标与麦克风等低速设备nIEEE1394目前

36、为目前为400Mbps，将要达，将要达1Gbps，可连接数码相机、扫描仪和信息家电等高速设备可连接数码相机、扫描仪和信息家电等高速设备 3.5 IEEE1394 n 连接方式不同连接方式不同 nUSB：主从方式，需要：主从方式，需要HUB，最多，最多127台设备台设备 nIEEE1394：多主方式，不需要：多主方式，不需要HUB，用网桥连接，用网桥连接多个多个IEEE1394网络网络(网内网内63)(达到无限制连接）达到无限制连接）n 智能化不同智能化不同 nUSB：以：以HUB来判断连接设备的增减来判断连接设备的增减nIEEE1394：可以在其设备进行增减时自动重设网：可以在其设备进行增减时

37、自动重设网络络 本节内容一输入设备二输出设备三外设接口4 通讯接口通讯接口 n 有线通信接口有线通信接口n RS-232n 以太网以太网 n 无线通信接口无线通信接口n 红外线红外线/蓝牙蓝牙 n GPRS n IEEE802.11 4.1 RS-232 n 功能与特点功能与特点n 电子工业协会电子工业协会 （EIA）制订的制订的点对点点对点的有线串的有线串行异步通信标准行异步通信标准n 传输速率传输速率2400115200bps 4.1 RS-232 n RS-232的的控制传输控制传输： UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)芯片

38、或模块芯片或模块 n 检测检测起始位起始位：高电平：高电平变为低电平变为低电平n 采样：采样：以设置的比特率以设置的比特率进行信号采样，并进行信号采样，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数据的组件将需要数据的组件将 UART 芯片芯片中的数据由寄存器取出中的数据由寄存器取出 4.1 RS-232 n RS-232的缺点：的缺点： 1）易损坏接口电路的芯片。）易损坏接口电路的芯片。2）传输速率较低。）传输速率较低。3）共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干）共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。扰性弱。4）传输距离有限，最大传输距离标准值为）传输距离有限，最大

39、传输距离标准值为50英英尺，实际上也只能用在尺，实际上也只能用在50米左右。米左右。4.2 以太网以太网 n 功能与特点功能与特点n 局域网的一种有线通信总线标准局域网的一种有线通信总线标准 n 采用采用CSMA/CD（载波监听（载波监听/冲突检测）冲突检测）n 星型或总线型结构，通过集线器星型或总线型结构，通过集线器/交换机交换机/网桥互连网桥互连 4.2 以太网以太网 n 通信协议规范通信协议规范 n IEEE802.3十兆以太网（十兆以太网（10Base Ethernet，10 Mbps ）n IEEE802.3u 快速以太网（快速以太网（Fast Ethernet，100 Mbps）

40、n IEEE802.3z千兆以太网（千兆以太网（Gigabit Ethernet，1000 Mbps） n IEEE802.3ae 万兆以太网（万兆以太网（10 Gigabit Ethernet，10000 Mbps） 4.2 以太网以太网 n 通讯介质标准：以通讯介质标准：以IEEE802.3为例为例 n 10Base5 n粗以太网电缆粗以太网电缆 ，采用插入式分接头，采用插入式分接头n段长为段长为500m，每段节点数为，每段节点数为100 n 10Base2 n细以太网电缆细以太网电缆 ，采用，采用BNC连接器组成连接器组成T型插座型插座n价格低廉，可靠性高，安装方便价格低廉，可靠性高，安

41、装方便n段长为段长为200m，每段节点数为，每段节点数为304.2 以太网以太网 n 10Base-T n双绞线集线器（双绞线集线器（Hub）n增添或移去节点简单增添或移去节点简单,且容易检测到电缆故障且容易检测到电缆故障 n段长为段长为100m，每段节点数为，每段节点数为1024 n 10Base-F n光纤光纤n连接器和终止器的费用而十分昂贵，但却有连接器和终止器的费用而十分昂贵，但却有极好的抗干扰性极好的抗干扰性n段长为段长为2000m，每段节点数为，每段节点数为1024 4.3 红外线红外线 n 功能功能n 红外线（红外线（Infrared）是一个是一个点对点点对点的的无线通信标准无线

42、通信标准n 发射的发射的红外波长红外波长：0.850.9m例例: 用于手机、用于手机、PDA与笔记本电脑的通讯与笔记本电脑的通讯4.3 红外线红外线 n 收发模块组成收发模块组成：3部分部分 n 发：发：红外线发光二极管红外线发光二极管n 收：收：硅晶硅晶PIN光检二极管光检二极管 n 控制电路控制电路 接收接收到的信号传送到控制电路中到的信号传送到控制电路中，由，由嵌入式处理嵌入式处理器器进行进行处理或存储处理或存储。 4.3 红外线红外线 n 特点特点 n 优点：价格便宜优点：价格便宜 n 缺点：通讯距离短缺点：通讯距离短(1m内内)、速度较慢、速度较慢(4Mbps)、方向性强、不能穿过障

43、碍物、易受热源干扰等。方向性强、不能穿过障碍物、易受热源干扰等。 lrDA1.0 1rDA1.1 lrDA1.2 lrDA1.3 传输距离 lm 0.2m(low power tolow power) 0.3m(low power to standard) 传输速度 最高115.2kbps 最高4Mbps 最高115.2kbps 最高4Mbps 传输角度 士150 士150 士150 士150 表表4-3 红外线红外线IrDA标准标准 4.4 蓝牙蓝牙 n 功能功能n 蓝牙蓝牙(Bluetooth)也也是一个是一个点对点点对点的的无线通信协议无线通信协议标准标准 n 频带频带：2.4022.480 GHz属属ISM (Industrial Scientific Medical) 频带频带4.4 蓝牙蓝牙n 收发模块组成收发模块组成：3部分部分 n 无线传输收发单元无线传输收发单元 n 基频处理单元基频处理单元 n 数据传输接口数据传输接口 接收接收到的信号传送到控制电路中到的信号传送到控制电路中，由，由嵌入式处理嵌入式处理器器进行进行处理或存储处理或存储 4.4 蓝牙蓝牙n 特点特点: 对比对比红外线红外线 n 缺点：缺点：价格高价格高(采用低温陶瓷基版采用低温陶瓷基版)n 优点：优点： 4.5 GPRS n 移动通信移动通信:分为三代