嵌入式课件第16讲-第8章常用嵌入式接口和嵌入式外部设备1

1第17讲嵌入式接口技术

第8章嵌入式存储器和接口技术本章主要介绍以下内容：嵌入式系统常用存储器嵌入式系统常用总线嵌入式系统常用接口嵌入式系统常用外部设备28.3嵌入式系统常用接口嵌入式系统常用的接口有串口、以太网口、USB口和JTAG口。此外，还有通用IO口（GPIO）、火线（IEEE1394）、同步串行IO口（例如：S3C44B0X处理器的SIO）、PCMCIA等。在第5讲我们已经详细讲解了JTAG接口，以下我们主要介绍串口（UART）、GPIO口和USB口。由于篇幅的限制，我们没有把以太网接口和以太网接口控制器RTL8019AS的讲解做在本课件中。38.3.1UART接口UART负责管理异步串行数据通信，常常用于主机与嵌入式开发板的之间的最初调试信息通信，在嵌入式系统中是重要的I/O接口之一。多数嵌入式处理器内部集成了UART接口。例如：S3C44B0X内部具有2个（S3C2410有3个）独立的UART通道，每个UART通道都可以工作在中断模式或DMA模式，并且每个UART均具有两个16字节的FIFO（先入先出寄存器）分别供接受和发送使用，所支持的最高波特率达到118.2Kbps（S3C2410为230.4Kbps）。4UART的基本功能UART提供的主要功能是：传输波特率设定；将接受到的串行数据变换为主机内部的并行数据；把机内并行数据转换为输出串行数据；设定数据传输的帧格式；对输入输出的串行数据流中进行奇偶校验处理；进行数据收发执行缓冲处理等等。5S3C44B0X处理器的UART操作主要有4种UART操作数据发送数据接收自动流控制RS-232接口6S3C44B0X的UART编程步骤通常基于S3C44B0X嵌入式开发板的串行口使用的是S3C44B0X内部UART接口。通过电平转换电路芯片（如Max3233），把3.3V的逻辑电平转换为RS-232-C的逻辑电平，向外进行数据收发。这种串口往往使用了RS-232-C的3根线进行通信，其接口为D型的9针阳性插头。 7S3C44B0X的UART编程步骤（续1）D型的9针阳性插头各个管脚的定义及3线通信连接方法参看下图：8S3C44B0X的UART编程步骤（续2）涉及UART数据发送接收的引脚主要是两组RxD，TxD引脚。参看下图，可以看出RxD0、TxD0、RxD1、TxD1这四个引脚是复用引脚。因此，在编写串口数据收发程序之前，首先需要对GPC12、GPC13、GPE1、GPE2口的工作模式进行设置。9S3C44B0X的UART编程步骤（续3）S3C44B0X的UART数据收发引脚示意图：

10S3C44B0X的UART编程步骤（续4）与这两组串口引脚设置有关的寄存器PCONC和PCONE的部分位定义如下表所示。控制寄存器地址控制口线控制位描述PCONC0x01D20010PC1327~2600：输入01：输出10：DATA2911：RxD1PC1225~2400：输入01：输出10：DATA2811：TxD1PCONE0x01D20028PE25~400：输入01：输出10：RxD011：保留PE13~200：输入01：输出10：TxD011：保留PUPC0x01D20018PC15~PC015~00：相应位的上拉电阻使能1：相应位的上拉电阻失效PUPE0x01D2002CPE8~PE08~00：相应位的上拉电阻使能1：相应位的上拉电阻失效11S3C44B0X的UART编程步骤（续5）(1)PC口和PE口设置#definerPCONC(*(volatileunsignedchar*)0x01D20010)PC口通过以下C语句设置：rPCONC=0x0F000000|rPCONC; /*使PC13引脚为RxD1，PC12引脚为TxD1*/rPUPC=0x3000; /*设置PC13和PC12无内部上拉电阻*/PE口通过以下C语句设置：rPCONE=(rPCONE&0xFC3)|0xEB; /*使PE2引脚为RxD0，PE1引脚为TxD0*/rPUPE=0x6; /*设置PE2和PE1无内部上拉电阻*/ 12UART初始化代码voidUart_Init(intUartnum,intmclk,intbaud){ inti; if(mclk==0)mclk=MCLK; if(Uartnum==0){ //UART0，即UART通道号为0 rUFCON0=0x0; //不使用FIFO rUMCON0=0x0; //不使用自动流控制（AFC）

rULCON0=0x3; //8个数据位，1个停止位，奇偶校验位

//不采用红外线传输模式

rUCON0=0x245; //当Tx缓冲为空时，以电平信号发送中断请求

//当Rx缓冲有数据时，以边沿信号发送中断请求

//禁止超时中断，允许产生处于接收出错状态的中断请求

//禁止回送模式，禁止中止信号，发送数据操作按中断方式

//接收数据操作按中断方式S3C44B0X的UART编程步骤（续5）13UART初始化代码（续） rUBRDIV0=((int)(mclk/16./baud+0.5)-1); //根据波特率计算UBRDIV0值

} else{ //UART1 rUFCON1=0x0; //UART1的初始化与UART0相同

rUMCON1=0x0; rULCON1=0x3; rUCON1=0x245; rUBRDIV1=((int)(mclk/16./baud+0.5)-1);}for(i=0;i<100;i++);}S3C44B0X的UART编程步骤（续5）14UART字符接收程序#defineRdUTXH0()(*(volatileunsignedchar*)0x01D00024)#defineRdUTXH1()(*(volatileunsignedchar*)0x01D04024)charUart_GetByte(char*Revdata,intUartnum,inttimeout){ inti=0; if(Uartnum==0){ //UART0 while(!(rUTRSTAT0&0x1)); //读接收数据 *Revdata=RdURXH0(); returnTRUE;} else{ while(!(rUTRSTAT1&0x1)); *Revdata=RdURXH1(); returnTRUE;}}S3C44B0X的UART编程步骤（续5）15UART字符发送程序#defineWrUTXH0(ch)(*(volatileunsignedchar*)0x01D00020)=(unsignedchar)(ch)#defineWrUTXH1(ch)(*(volatileunsignedchar*)0x01D04020)=(unsignedchar)(ch)voidUart_SendByte(intUartnum,U8data){ if(Uartnum==0) //UART0{ while(!(rUTRSTAT0&0x2));//当发送数据缓冲器不空，执行下一条指令

Delay(1); WrUTXH0(data);} else{ while(!(rUTRSTAT1&0x2));//UART1的处理同UART0 Delay(1); WrUTXH1(data);} }S3C44B0X的UART编程步骤（续5）168.3.2通用输入输出接口（GPIO）在嵌入式系统中，数据输入输出主要通过通用输入输出口（GPIO，GeneralPurposeI/Oport）进行。之所以称为通用输入输出口是因为它们的用法非常灵活，可以通过编程设定其功能。一个处理器内的GPIO分成若干个组，每一组称为一个IO接口。通常，一组GPIO接口有10多个引脚。17三星公司S3C44B0X的GPIO端口引脚配置一览表GPIO端口名称端口位数引脚功能复用数通常选择的功能用途端口A10位输出口2地址线端口B11位输出口2存储体bank选择线或者SDRAM信号线端口C16位输入/输出口3数据线、IIS接口或LCD数据线端口D8位输入/输出口2LCD数据线端口E9位输入/输出口3串口信号线，定时器输出端口F9位输入/输出口4多功能数据I/O口端口G8位输入/输出口3多功能数据I/O口18GPIO端口的用法开发过程中，需要用到三组特殊功能寄存器来定义上一页表里7个GPIO端口的具体功能。第一组是PCONA~PCONG端口配置寄存器第二组是PDATA~PDATG端口数据寄存器第三组是PUPC~PUPG端口上拉电阻设置寄存器19GPIO口的使用举例以端口F为例，它是9位输入输出端口。使用前需要对PCONF寄存器写入控制字，以决定这9位中的每1位执行的是输入操作还是输出操作。操作时，PDATF寄存器的PF[8:0]引脚按照输入或者输出的定义接受或者发送数据。PUPF寄存器的每1位值决定该位使能情况下是否接上拉电阻。取值为0时上拉电阻有效，取值为1时上拉电阻无效。20GPIO口控制寄存器地址映射下面是S3C44B0处理器的SFR寄存器地址定义的.H文件的指令片段，它们给出了GPF端口的控制寄存器地址映射。/*S3C44B0X通用I/O口F的控制寄存器定义*/#definerPCONF(*(volatileunsigned*)0x01D20040)#definerPDATF(*(volatileunsigned*)0x01D20044)#definerPUPF(*(volatileunsigned*)0x01D20048)218.3.3USBUSB（通用串行总线：UniversalSerialBus）是由Compaq、HP、Intel、Lucent（朗讯）、Microsoft、NEC和Philips七家公司联合推出的标准接口总线。已成为目前最广泛使用的外设接口。USB驱动程序的开发已经成为嵌入式开发的一个重要组成部分。本节介绍以下内容：USB接口标准，USB主要特点，USB接口实现方法和选购考虑要素，USB接口芯片SL811HS，USB主机协议栈架构模型，USB设备和USB应用软件开发22USB1.0接口标准USB标准（规范）有多种版本，最早的版本是1994年11月推出的USB0.7版。1996年1月推出了标准版本USBl.0，目标是为中低速的外围设备提供双向、低成本的总线。USBl.0支持1.5Mbps（低速）、12Mbps（全速）两种传输速率。23USB2.0接口标准随着微机系统及其外设性能和功能的增强，需处理的数据量越来越大，2000年4月又推出了新的USB规范—USB2.0。在新版本中，增加了一种480Mbps的数据传输率（高速），以满足日益复杂的高级外设与PC机之间的高性能连接需求。USB2.0是USB早期版本的自然升级，它在保留原有USB规范的基础上又提供了更高的带宽，并且与现有的外设保持完全兼容。24USB的主要特点1、串行外设连接2、支持即插即用（PNP）3、连接容易、使用方便4、独立供电，降低外设成本5、速度快，适应不同外设要求25USB主要特点1、串行外设连接一个USB系统由三部分来描述：USB主机、USB设备和USB互连。①主机，在任何一个USB系统中只有一个主机。主计算机系统内的USB接口被称作主机（主控制器）。②设备，USB设备分为Hub（集线器）和Function（功能）两大类。③互连，USB互连指的是USB设备与主机的连接和通信方式，它包括总线拓扑结构、内层关系、数据流模型和USB调度表。USB系统最多可连接127个外设，其连接的拓扑结构为树型结构。26USB主要特点（续1）2、支持即插即用（PNP）USB支持自动配置，支持热插拔。可以在任何时候连接或断开外设，而不管系统或外设是否正在运行；热插拔不会损坏PC或外设，当外设被连接时，操作系统会自动检测并执行对应的应用程序。27USB主要特点（续2）3、连接容易、使用方便USB为所有的USB外设提供了单一的、易于操作的标准的接口，这样就简化了USB外设连接插座插头设计，同时也简化了用户在连接外设时的操作。用户在连接外设时的简单性和方便性比以往的外设连接有了质的飞跃。28USB主要特点（续3）4、独立供电，降低外设成本普通的使用串口、并口的设备都需要单独的供电系统，而USB设备则不需要。USB采用4线电缆，USB接口提供了内置电源。USB电源能向其下游的低压设备提供5伏的电源，因此新的设备就不需要专门的交流电源了，从而降低了这些设备的成本，提高了质价比。29USB主要特点（续5）5、速度快，适应不同外设要求USB适用于带宽范围在几千位/秒（Kbps）到几百兆位/秒（Mbps）的设备。USB总线既可连接键盘、鼠标、摄像头、游戏设备、虚拟现实外设这样的低速设备，也可连接电话、声频、麦克风、压缩视频这样的全速设备，还可连接视频、存储器、图像这样的高速设备。此外，USB总线还允许复合设备（即具有多种功能的外设）连接到PC机。30USB接口实现方法和选购考虑要素

目前有两种嵌入式系统的USB接口实现方法。（1）处理器自带USB接口控制器，例如S3C2410X。（2）处理器不含USB接口控制器，例如，S3C44B0X和S3C4510等。两种场合下的硬件接线不同，但是软件开发步骤基本相同。31USB接口实现方法和

选购考虑要素（续1）对于不含USB接口控制器处理器，需要外接专用的USB接口芯片，如下图所示。USB控制器芯片SL811HS与MCU的硬件接线示意图

32USB接口实现方法和

选购考虑要素（续2）嵌入式系统开发过程中选用USB设备控制器芯片时，需要考虑以下几个因素：①是否与CPU芯片集成在一起。内嵌在CPU的USB控制器能够简化连接电路的设计，提高数据传输的可靠性。②不同产品应配备不同级别的USB芯片。需要高速、大批量处理数据的设备应考虑采用USB2.0版芯片。例如，具有视频数据处理器嵌入式产品就需要配备USB2.0控制器芯片；而普通的只需处理一些简单非实时数据的设备，则可使用USB1.0控制器芯片。

33USB接口实现方法和

选购考虑要素（续3）③连接端口的数量，不同USB控制器芯片提供了不同的I/O口、控制信号线及IIC等外部接口线；在设计时要考虑所选芯片的信息端口能否满足设计线及IIC等外部接口线的规格。④所带RAM的大小，通常USB控制器芯片内部都集成了RAM作为内存，其大小一般介于128-1024B，要确定所选芯片的RAM能够满足设备数据的存储和读取。34USB接口控制器芯片SL811HSSL811HS是Cypress公司生产的遵从USB1.1协议的嵌入式USB主控芯片。它能工作在主机模式（HostMode）或者从机模式（SlaveMode，也叫做外设模式）。在主机模式下，它支持嵌入式主机与USB外围设备的通信，在从机模式下，可以作为主机的一个外设。35USB接口控制器芯片SL811HS（续1）SL811HS该芯片采用28脚PLCC（四边扁平J形引脚封装：PlasticLeadedChipCarrier）和48脚TQFP（薄四方扁平封装：ThinQuadFlatPack）两种封装形式。内含USB主/从控制器，支持全速（Full-Speed）/低速（Low-Speed）数据传输，并能自动识别低速或全速设备。SL811HS可与微处理器、微控制器、DSP.相连，也可直接与ISA，PCMCIA及其它总线相连。36USB接口控制器芯片SL811HS（续2）SL811HS数据端口与微处理器进行连接可提供8位数据输入输出，或者双向DMA通道，并能以从机操作方式支持DMA数据传输。此外，通过中断支持还可以与Motorola，Intel及其它多种类型的标准微处理器或微控制器相连。SL811HS内部有一个256字节的RAM，可用做控制寄存器或数据缓冲器。37USB接口芯片SL811HS的内部结构SL811HS的内部结构框图如下图所示：38USB接口芯片SL811HS的操作SL811HS对一个接入的USB设备的操作过程为：(1)SL811HS检测到有外部USB设备接入；(2)对这个USB设备进行Reset操作，检测该USB设备是高速设备还是低速设备，并设置好SL811HS中对应的寄存器位；(3)通过0号端点读取该USB设备的描述符信息如厂商ID、产品ID、设备类、设备子类、设备协议，选取对应的子程序；39USB接口芯片SL811HS的操作（续1） (4)SL811HS固件驱动程序对该USB设备进行初始化：读取该USB设备的设备描述符，为该设备指定地址，读取该设备的配置描述符信息、接口描述符信息、端点描述符信息，为该USB设备设置选择配置描述符；

(5)对该USB设备的初始化完成后，按照应用要求与该设备进行通信。40USB主机协议栈架构模型示意图

USB主机协议栈架构示意图

41USB主机协议栈架构模型在协议栈的最底层是USB主机控制器（USBHC，USBHostController），它是控制各个USB的主机系统硬件。目前，市场上主要有两类USB主机控制器。一类是Intel公司最早推出的通用主机控制器（UHCI，UniversalHostControllerInterface），另外一类是由微软、康柏和国民半导体三家公司推出的开放主机控制器（OHCI，OpenHostControllerInterface）。许多硬件制造商根据其中的一个技术标准开发USB主机控制器。

42USB主机协议栈架构模型（续1）为每一种主机控制器配备一个硬件相关的USB主机控制器驱动程序（HCD，HostControllerDriver）。例如，风河公司提供两种预先准备好的USB主机控制器驱动程序。用于UHCI型主机控制器的usbHcdUhciLib用于OHCI型主机控制器的usbHcdOhciLib43USB主机协议栈架构模型（续2）USB主机驱动程序（USBD，USBHostDriver）和USB主机控制器驱动程序之间的接口允许每一个USB主机控制器驱动程序连接一个或者多个下层的USB主机控制器。USB主机驱动程序是硬件无关的在USB主机控制器驱动程序之上软件模块。USBD管理每一个连接到主机的USB设备并且为更高层与USB的通信提供信道。USBD负责USB电源管理和USB带宽管理。44USB主机协议栈架构模型（续3）USB主机协议栈架构示意图中的次上层是USB客户模块（USBClientModule）。USB类驱动程序（USBClassdrivers）是典型的USB客户模块。USB类驱动程序负责管理连接到USB的个性化的驱动程序。这些USB类驱动程序依赖USBD来为单个设备提供通信链路。应用程序、诊断程序和测试程序是另外一类依赖USBD联系设备的USB客户程序。45USB主机协议栈架构模型（续4）USB主机协议栈架构模型的最上层是USB应用程序层，该层是用户自行开发或者委托开发的基于USB驱动程序之上的应用软件。这些软件运行在USB客户模块之上，也就是运行在已经正常驱动的USB设备上。在图8-35里，我们在USB应用层列举了一些USB应用软件项目。事实上，嵌入式USB的应用项目面广量大，类似的USB应用软件很多，有兴趣的读者可以进一步研究、分析和总结。46USB设备和USB应用软件开发开发一个USB接口设备通常包括四部分开发和测试：硬件电路设计、固件程序编写、设备驱动程序和应用软件。47USB设备驱动和USB应用软件开发硬件电路设计

固件程序编写

设备驱动程序编写

应用软件编写48主要根据USB设备的功能和需求以及所选USB控制芯片的性能，设计出相应的连接电路，并在USB开发板上进行仿真实验。硬件设计除了要考虑USB控制器本身的外围电路（如外接微处理器芯片、增加RAM芯片、更改程序存储器等），还应考虑要用USB连接的外设。硬件电路设计49固件程序就是固化在USB主机控制器硬件ROM中的HC（参看USB主机协议栈架构示意图），它是USB设备运行的核心，能让主机能够识别该设备，并响应主机的各种请求。对于一个USB设备，不论用户选择那一种芯片，都需要编写辅助USB控制芯片与主机和外设中其它硬件电路通信的固件代码。因为硬件需要在固件程序的参与和控制下才能完成预期的设备功能。固件程序主要完成7个任务。固件程序编写50固件程序编写（续1）⑴初始化工作，包括设置一些特殊功能寄存器的初值以实现指定设备的属性或功能，如开中断、使能接口控制器、配置端口等；⑵发现USB设备接入的子程序，并判断该设备是高速设备，还是低速设备；⑶对接入的USB设备进行枚举，指定其USB地址。51⑷辅助硬件完成模拟设备的断开与重新连接，对接收到的数据包进行分析判断，从而对主机的设备请求作出适当的响应，完成主机对设备的配置任务；⑸中断处理；⑹数据的接收与发送；⑺外围电路的控制。固件程序的编写可能因为控制芯片的不同而不同。芯片厂商通常都提供例子代码，只要对它稍加修改就可以使用。固件程序编写（续2）52参看USB主机协议栈架构示意图，USB设备驱动开发主要指USBD和USB客户模块的开发。如果是标准设备则可以使用操作系统自带的驱动程序来访问USB设备。否则需要另外编写驱动程序。芯片厂商也经常提供例子驱动程序和范例程序。设备驱动程序编写53使用C、C++、JAVA和汇编语言等编程工具，编写嵌入式产品的应用程序。例如，USB接口的便携式心电图测试仪，基于USB的嵌入式图像采集与显示系统，基于USB的嵌入式虚拟仪器等。应用软件编写548.4嵌入式系统常用外部设备嵌入式系统常用的外部设备与PC机和大型计算机使用的外部设备有所不同，这点在手持设备上表现的更加明显。本节主要介绍手持设备上常用的四种外部设备或者模块，它们是：小键盘、液晶显示器、触摸屏和无线接入模块和技术。558.4.1键盘键盘是计算机的基本输入设备之一。在嵌入式系统中使用的键盘多数是4X4的16键小键盘。有的嵌入式产品根据需要可以再外加一个PS/2接口，连接标准键盘。讲解以下内容：非编码式键盘识别按键方法硬件接线方法软件编程处理流程线反转法按键识别程序键盘概述从内部结构上看，键盘是由排列成矩阵形式的一系列按键开关组成，有编码式键盘和非编码式键盘两大类。编码式键盘是通过数字电路直接产生对应于按键的ASCII码，这种方式目前很少使用。非编码式键盘将按键排列成矩阵的形式，由硬件或软件随时对矩阵扫描，一旦某一键被按下，该键的行列信息即被转换为位置码并送入主机，再由键盘驱动程序查表，从而得到按键的ASCII码，最后送入内存中的键盘缓冲区供主机分析执行。非编码式键盘由于其结构简单、按键重定义方便而成为目前嵌入式系统最常采用的键盘类型。57非编码式键盘识别按键方法非编码式键盘识别按键的方法有两种：行扫描法线反转法58让一个行线引脚发出低电平信号，使该引脚对应的键盘上某一行线为低电平，而其余行接高电平。参看图8-41。然后读取列线值，如果列值中有某位为低电平，则表明行列交点处的键被按下：否则扫描下一行，直到扫描完全部行线为止。换言之，如果该行线所连接的键没有按下的话，则列线所接的端口得到的是全“1”信号，如果有键按下的话，则得到非全“1”信号。为了防止双键或多键同时按下，往往从第0行一直扫描到最后1行，若只发现1个闭合键，则为有效键，否则全部作废。

行扫描法59线反转法也是识别闭合键的一种常用方法，该法比行扫描速度快，但在硬件上要求行线和列线外接上拉电阻。先将行线作为输出线，列线作为输入线，行线输出全“0”信号，读入列线的值，然后将行线和列线的输入输出关系互换，并且将刚才读到的列线所接的端口输出，再读取行线的输入值。那么在闭合键所在的行线上值必为0。这样，当一个键被按下时，必定可读到一对唯一的行列值。线反转法60非编码式键盘识别按键方法键盘按键控制方法通常有三种按键识别方法：<1>程序控制扫描方式，即程序查询方式；<2>定时扫描方式，由处理器内部定时器产生定时中断信号（例如每0.5秒），CPU响应中断后对键盘进行扫描；<3>键盘中断控制方式，当键盘上有键按下去之后立即引发键盘中断请求，处理器执行键盘扫描。这种方法效率最高。下面的键盘接口案例采用第3种控制方法。61小键盘硬件接线方法4x4小键盘的线反转法按键识别示意图：左图中给出了按照线翻转识别按键方法在S3C44B0X的GPF口上连接4x4小键盘的硬件接线。62线翻转法小键盘编程处理流程利用S4C44B0X处理器多功能I/O口的PF口实现非编码式4x4小键盘的线翻转按键识别的编程步骤如下： （1）PCONF寄存器设置 （2）PDATF寄存器设置 （3）PUPF寄存器设置63线翻转法小键盘编程处理流程（续1）（1）PCONF寄存器设置由于第一次操作需要设定PF3~0为输出口（行线），PF7~4为输入口（列线）。因此写如下一条PCONF寄存器的工作方式指令：rPCONF=0000000000000001010101B=0x55;//决定了PF1~8口线的操作1方式第二次操作需要设定PF3~0为输入口（行线），PF7~4为输出口（列线）。因此PCONF寄存器的工作方式设置指令改为：rPCONF=0000010010010100000000B=0x1250;//决定了PF1~8口线的操作2方式64线翻转法小键盘编程处理流程（续2）（2）PDATF寄存器设置PF3~0作为输出口输出扫描码时，可采用下面的一条指令。rPDATF=0xF0;PF7~4作为输入口读入键值时，可采用下面的一条指令。Rowkeyvalue=(rPDATF&0xF0)>>4;类似地：PF7~4作为输出口输出扫描码时，可采用下面的一条指令。rPDATF=0x0F;PF3~0作为输入口读入键值时，可采用下面的一条指令。Columnkeyvalue=(rPDATG&0x0F);65线翻转法小键盘编程处理流程（续3）（3）PUPF寄存器设置设置PF口各个引脚线内部的上拉电阻指令如下：rPUPF=0x00;//PF7~0的上拉电阻置为使能状态

线翻转法小键盘按键识别程序教材程序清单8-2给出了线翻转法小键盘按键识别程序清单678.4.2液晶显示器液晶显示器LCD：LiquidCrystalDisplay，简称液晶屏是一种数字显示技术，可以通过液晶和彩色过滤器过滤光源，在平面面板上产生图像。与传统的阴极射线管（CRT）相比，LCD占用空间小，低功耗，低辐射，无闪烁，降低视觉疲劳。目前液晶显示器成为嵌入式系统产品上最常见的显示设备。68

有关液晶显示器的主要教学内容液晶屏显像基本原理液晶显示器技术指标液晶显示器物理结构LCD模块和LCD控制器S3C2410A内嵌LCD控制器的特性S3C2410ALCD控制器的控制信号69液晶材料是一种介于固体和液体之间的有机化合物，常温下以长棒状的分子存在，叫做液晶单元。液晶屏的内部有一个液晶盒，所有液晶单元放在液晶盒中。在自然状态下，它们的长轴大致平行。但是在电场作用下能够改变其排列方向。液晶屏里的每一个液晶单元都对应一个电极。液晶单元在加电或断电情况下可以做到让光线偏转或者不偏转。液晶屏显像基本原理2008年12月15日南京大学计算机系70液晶盒一般置放在两块偏光板之间。液晶屏幕后面有一个背光，该光源打在第一层偏光板上，然后光线到达液晶单元。当光线穿过液晶单元时，就会产生光线的色泽改变。穿过液晶单元射出来的光线，还必需经过一个彩色滤光片以及第二块偏光板。两块偏光板相差的90度。可以利用电压来改变液晶单元的晶体形状，实现遮光和透光效果，从而达到显示目的。如果为液晶盒的每个像素点设置一个开关电路，就做到完全单独地控制一个像素点。用控制电路把显示存储器里的图像数据加载到液晶屏的像素矩阵上，人们就能从液晶屏幕上看到灰度图像或者彩色图像。液晶屏显像基本原理（续）2008年12月15日南京大学计算机系71主要有下列7项指标⒈响应时间⒉亮度⒊对比度（contreast）⒋LCD的点距和可视面积⒌LCD的分辨率⒍色彩指数⒎视角

液晶显示器技术指标2008年12月15日南京大学计算机系72结构不同的LCD，其显示响应输入信号的时间差异很大。对于LCD速度的需求取决于用途。用于PC机的文本显示，响应时间250～500ms就可以满足要求。实时视频显示，则必须小于50ms。目前具有视频响应能力的LCD只有有源点阵的TFT-LCD，它的响应时间在30～50ms范围内。LCD的响应时间指标2008年12月15日南京大学计算机系73LCD的亮度取决于LCD的结构和背景照明类型。亮度的测量单位通常为英尺朗伯(footlamberts)或坎德拉／每平方米(candelas/squaremeter)，它们之间的换算关系为：1fl=3.425cd/m2或1cd/m2=0.292fl对大多数环境来说，25cd/m2的亮度一般可以满足要求。LCD的亮度指标2008年12月15日南京大学计算机系74对比度（contrast）通常是指开状态像素与关状态像的亮度比率。高分辨率显示器的对比度的比率范围为10:1～100:1。尽管人们的肉眼接受对比度的能力取决于多种因素，许多场合下，7:1或更高一点就能满足要求。高于20:1时，人的肉眼就觉察不到它们的差别所在了。LCD的对比度指标2008年12月15日南京大学计算机系75LCD显示器的像素点距指标同CRT有差距。LCD显示器的像素点距多半为0.32-0.297mm左右，比CRT的点距指标略差一些。CRT的像素点距一般为0.28mm。可视面积指能够看到像素的面积，往往用显示矩形的对角线长度来表示。例如：14英寸，2英寸等。LCD的点距和可视面积指标2008年12月15日南京大学计算机系76以LCD显示矩形面上的纵方向像素数和横方向像素数之乘积来表示，受限于LCD的可视面积大小。手机LCD的显示面积较小，分辨率大约在200×300像素的范围内。一般的嵌入式监控设备LCD分辨率可以达到640×480像素。LCD的分辨率技术指标2008年12月15日南京大学计算机系77LCD屏幕颜色数是衡量LCD品质的重要指标。LCD面板每个独立的像素色彩是由红、绿、蓝（R、G、B）三种基本色来控制。每个基本色根据控制其亮度的二进制数数位多少，分成不同的色阶。例如R、G、B分别用1位表示，则效果为8种彩色显示。如果R、G、B的色阶分别使用6位控制，即有64种表现度，则每个独立的像素就有64×64×64=262144种色彩。当R、G、B三个基本色的每一个色阶控制能达到8位，即有256种表现度，那么每个独立的像素的色彩总数就高达256×256×256=16777216种。通常65536色已基本可满足我们肉眼的识别需求。26万色是数码相机高质量照片所需要的彩色指数。LCD的色彩指数指标2008年12月15日南京大学计算机系78视觉是指人们观察显示器的范围。它用于垂直于显示器平面的法向平面角度来度量。如45度的视角，表示人们可以从法向平面开始向上下左右任意方向的0～45度角均可观察到显示器的显示内容。LCD的视角指标2008年12月15日南京大学计算机系79常见的液晶显示器按物理结构分为四种：⑴扭曲向列型（TN-TwistedNematic）；⑵超扭曲向列型（STN-SuperTN）；⑶双层超扭曲向列型（DSTN-DualScanTortuosityNomograph）；⑷薄膜晶体管型（TFT-ThinFilmTransistor）。其中前三种是无源点阵LCD。液晶显示器物理结构2008年12月15日南京大学计算机系80TN-LCD的对比度通常小于3:1，视角小于＋20度。其显示品质、反应速度及视角较差，多用于简单数字及文字显示的中/小尺寸面板，例如电子表及电子计算器、寻呼机等。STN-LCD增大液晶分子的扭曲角，使其具有高达10:1的对比度和高达＋40度的视角，显示效果比TN-LCD好，但是在应用面上与TN-LCD差不多。液晶显示器物理结构（续1）2008年12月15日南京大学计算机系81DSTN-LCD是由超扭曲向列型显示器（STN）发展而来，采用双扫描技术，因此显示效果相对STN-LCD来说有所提高。但是DSTN显示屏上每个像素点的亮度和对比度都不能独立控制，造成其显示效果欠佳。DSTN-LCD像素矩阵是被动矩阵（无源矩阵），它只能显示一定的颜色深度，不是真正的彩色显示器，因而又称为“伪彩显”。DSTN-LCD的优点是：结构简单，价格相对低廉，耗能也比TFT-LCD少，因视角小可以防止窥视屏幕内容而达到保密作用。所以目前DSTN液晶显示屏仍然占有一定的市场份额。

液晶显示器物理结构（续2）2008年12月15日南京大学计算机系82TFT-LCD薄膜晶体管显示器于1985年诞生，它是主动矩阵式（有源矩阵）的产品。TFT-LCD的每个像素点都是由集成在自身上的TFT来控制的，它们是有源像素点。因此，不但反应时间可以极大地加快（至少可以做到80ms左右，一般为30ms左右）；对比度和亮度也大大提高了；同时分辨率也得到了空前的提升。TFT-LCD具有更高的对比度和更丰富的色彩，荧屏更新频率也更快，所以我们称之为“真彩”。液晶显示器物理结构（续3）2008年12月15日南京大学计算机系83与传统的CRT显示器相比，TFT-LCD体积小、厚度薄、重量轻、耗能少、工作电压低、无辐射、无闪烁，能直接与CMOS集成电路相匹配，易于实现大规模集成化生产。由于优点众多，目前台式机和笔记本电脑的主流显示器采用了TFT-LCD。液晶显示器物理结构（续4）2008年12月15日南京大学计算机系84下面我们给出典型的嵌入式产品的液晶屏参数。①常见的嵌入式教学实验箱液晶屏：4096色、STN屏、640×480像素、5.7英寸；②诺基亚公司6300型手机：1600万色、TFT彩色屏幕、240×320像素、2.0英寸；③苹果公司iPHONE手机：1600万色、320×480像素、点距：每英寸160像素（相当于0.15mm）、3.5英寸。液晶显示器物理结构（续5）2008年12月15日南京大学计算机系85市场上销售的LCD有两种类型。一种是带有驱动电路的LCD显示模块，这种LCD可以与各种低档单片机进行接口，如8051系列单片机。另外一种是LCD显示屏，没有驱动电路，需要配接驱动电路才能使用。LCD模块和LCD控制器2008年12月15日南京大学计算机系86三星公司的S3C2410A处理器片内集成了LCD控制器，该控制器具备LCD驱动能力，其内部结构如图：

LCD模块和LCD控制器（续1）2008年12月15日南京大学计算机系87S3C2410A

的LCD控制器内含6个逻辑模块。REGBANK是LCD控制器的寄存器组，拥有17个可编程寄存器和一个256x16的调色板存储器，用来对LCD控制器的各项参数进行设置。LCDCDMA则是LCD控制器专用的DMA数据通道，负责将视频数据从显示存储器读出，经过VIDPRCS（视频信号处理单元）逻辑在从VD[23:0]总线发送给LCD屏。借助这种特殊的DMA通道，视频数据可以无需CPU处理就在显示屏上显示出来。LCD模块和LCD控制器（续2）2008年12月15日南京大学计算机系88LCD模块和LCD控制器（续3）VIDPRCS逻辑将对经过它的显示数据进行格式变换，例如为4/8位的单扫描屏或者4位双扫描屏提供数据。TIMEGEN（时序信号产生单元）由可编程逻辑组成，负责产生各种LCD驱动程序常用的接口定时信号和时钟速率。TIMEGEN产生的信号有VSYNC、HSYNC、VCLK、VDEN。LPC3600是专用定时器，用于三星公司LTS350Q1-PD1/2型3英寸竖向256色TFT液晶屏。2008年12月15日南京大学计算机系89对STN-LCD屏：－支持3种扫描方式的STN屏：4位单扫、4位双扫和8位单扫－支持单色LCD屏：4级灰度和16级灰度屏－支持256色和4096色彩色STN屏（CSTN）－支持分辨率为640*480、320*240、160*160以及其它规格的多种STN屏最大显存空间：4MB

在256色显示模式时，最大可支持4096×1024、2048×2048和1024×4096显示。S3C2410A内嵌LCD控制器的特性-12008年12月15日南京大学计算机系90对TFT-LCD屏：－支持单色、4级灰度、16色和256色的彩色调色板显示模式－支持64K和16M色非调色板显示模式－支持分辨率为640*480，320*240及其它多种规格的LCD

最大显存空间：4MB

在64K色彩显示模式时，最大可支持2048×1024分辨率显示。S3C2410A内嵌LCD控制器的特性-22008年12月15日南京大学计算机系91对于控制TFT屏来说，除了要向它发送视频数据（VD[23:0]）以外，还有以下6个信号是必不可少的，分别是：S3C2410A的LCD控制器

用于TFT屏的控制信号2008年12月15日南京大学计算机系921)VSYNC，垂直同步信号：用来指示新的一帧图像的开始；2)HSYNC，水平同步信号：用来给出新的一行扫描信号的开始；3)VCLK，像点时钟：是LCD控制器和LCD驱动器的像素时钟信号，LCD控制器在VCLK信号的上升沿处将数据送出，在VCLK信号的下降沿处被LCD控制器采样；4)VDEN，数据有效信号：视频数据使能信号；5)LEND，行结束信号：行扫描结束信号，LCD驱动器在每扫描一行像素后给出该信号；6)LCD_PWREN，液晶屏使能信号：LCD_PWREN信号用来控制LCD控制器的开或关，以便降低功耗，它需要LCD控制器硬件设计的支持。S3C2410A的LCD控制器

用于TFT屏的控制信号（续）2008年12月15日南京大学计算机系938.4.3触摸屏触摸屏是一种历史悠久的外部设备，早在上世纪60年代触摸屏就开始在一些公共场合得到使用。目前已经成为重要的嵌入式输入设备，广泛应用在个人自助存款取款机、PDA、媒体播放器、汽车导航器、智能手机、医疗电子设备等，使用频度仅次于键盘和鼠标。触摸屏不是独立的输入设备，它必须安装在液晶屏上，在液晶屏显示数据时才能使用。2008年12月15日南京大学计算机系94触摸屏系统的两个组成部分触摸检测装置和触摸屏控制器是触摸屏系统的两个主要组成部分。触摸检测装置安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接收后送触摸屏控制器；触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。目前国内广泛使用的嵌入式触摸屏专用控制芯片有ADS7843，ADS7846，UCB1400等。2008年12月15日南京大学计算机系95触摸屏分类根据其触摸检测工作原理的不同可以把触摸屏分成电阻式、电容式、表面声波、红外线扫描和近场成像式等几大类，其中使用最广泛的是电阻式触摸屏。主要特点是精确度高，不受环境干扰，适用于各种场合。2008年12月15日南京大学计算机系96电阻式触摸屏电阻式触摸屏由4层的透明薄膜构成，最下面是玻璃或有机玻璃构成的基层，最上面是一层外表面经过硬化处理从而光滑防刮的塑料层，附着在上下两层内表面的两层为金属导电层。电极选用导电性极好的材料构成。当用笔或手指触摸屏幕时，两层电层在触摸点处接触。2008年12月15日南京大学计算机系97电阻式触摸屏（续）触摸层的两个金属导电层分别用来测量X轴和Y轴方向的坐标。用于X坐标测量的导电层从左右两端引出两个电极，记为X+和X-。用于Y坐标测量的导电层从上下两端引出两个电极，记为Y+和Y-，这就是四线电阻触摸屏的引线构成。当在一对电极上施加电压时，在该导电层上就会形成均匀连接的电压分布。2008年12月15日南京大学计算机系98触摸屏工作原理4线电阻触摸屏原理图：2008年12月15日南京大学计算机系99触摸屏工作原理（续1）如果在X方向的电极对上施加一确定的电压Vin，而Y方向电极对上不加电压时，在X平行电场中，触点P的电压值Vx可在Y电极上反映出来。通过测量Y+电极对地的电压大小，便可得知触点的坐标Dx。用同样的方法也可以得知触点P的Y坐标Dy。2008年12月15日南京大学计算机系100触摸屏工作原理（续2）计算公式如下：

公式8-2和公式8-3是P点的测量电压计算公式。公式8-4和公式8-5是P点输出的二进制代码计算公式，以BB（Burr-Brown）公司出产的触摸屏控制器ADS7843为例，其中的Vref是内部的AD转换器的参考电压，n为转换精度（n=8，或者n=12）。

2008年12月15日南京大学计算机系101触摸屏工作原理（续3）送回触摸屏控制器的X坐标值Dx与Y坐标值Dy仅是对当前触摸点的电压值的A/D转换值，它不具有实用价值。这个值的大小不但与触摸屏的分辨率有关，而且也跟触摸屏与LCD贴合的情况有关。而且，LCD分辨率与触摸屏的分辨率一般来说是不一样，坐标也不一样。因此。如果想得到反应LCD坐标的触摸屏位置，还需要在程序中进行转换。2008年12月15日南京大学计算机系102触摸屏工作原理（续4）假设LCD分辨率是320x240，坐标原点在左上角；触摸屏分辨率是900x900，坐标原点在左上角，则转换公式如下：其中XLCD和YLCD是液晶屏的X坐标值与Y坐标值，Xmax、Xmin、Ymax、Ymin分别是触摸屏X轴向和Y轴向的最大值和最小值。2008年12月15日南京大学计算机系103ADS7843与LCD和S3C44B0X的接线ADS7843是一个具备内置12位A/D转换和低导通电阻模拟开关的同步串行接口芯片，可支持高达125KHz的转换速率，它的工作电压Vcc为2.7V～5V，参考电压Vref在1V到+Vcc之间均可，参考电压的数值决定转换器的输入电压范围。在125KHz吞吐速率和2.7V电压下的功耗为750μW，在关闭模式下的功耗仅为0.5μW。ADS7843有两种AD转换精度，8位/12位。

2008年12月15日南京大学计算机系104ADS7843的控制字位名称描述7S必须做到S=1，标志数据传输开始6~4A2~A0通道选择，3MODE12或8位转换选择，取值0=12位，取值1=8位2SER/nDFR参考电压设置模式选择，1=固定模式，0=差动模式1~0PD1~PD0电源模式，00为中断低功耗模式，11为连续工作模式2008年12月15日南京大学计算机系105触摸屏控制芯片接线示意图ADS7843触摸屏控制芯片与LCD和S3C44B0X的接线示意图：2008年12月15日南京大学计算机系106触摸屏控制芯片的编程ADS7843和外部进行数据交换是使用SPI总线，而S3C44B0X没有SPI总线接口，所以采用通用I/O口软件模拟SPI。图8-44给出了ADS7843触摸屏控制芯片与LCD以及S3C44B0X的通用I/O端口G的接线方法。具体寄存器设置如下：端口配置寄存器rPCONG=0x015F，决定PG0~PG7的工作方式；端口上拉寄存器rPUPG&=0x7F，用来设定端口是否具有内部上拉。（详细参看程序清单8-2和8-3）

2008年12月15日南京大学计算机系1078.4.4无线接入模块和技术嵌入式系统与嵌入式系统之间的数据交换除了利用总线和联网方式外，还采用无线方式。无线通信方式有多种，包括：红外线、Wi-Fi、蓝牙、ZigBee、GSM、GPRS、CDMA等。2008年12月15日南京大学计算机系108讲解以下无线接入模块/技术红外线WLAN――802.11与Wi-Fi蓝牙技术ZigBee技术蓝牙与Wi-Fi共享GPRSCDMA与3G通信几种无线接入技术的简单比较2008年12月15日南京大学计算机系109无线通信外部设备的模块化特点无线通信外部设备通常以功能独立的模块形式存在，内含编码/解码的射频信号发送/接收芯片，可以内置也可以外置在电路板上，通过串口、USB口或者网口与嵌入式系统的数据总线连接，或者通过总线的专用适配卡接入。2008年12月15日南京大学计算机系110无线通信外部设备的模块化特点（续）举例：红外模块的三种接口电路参看下面的模块结构示意图：2008年12月15日南京大学计算机系1118.4.4.1红外线红外线是波长在750nm至100μm之间的电磁波，它的频率高于微波而低于可见光，是一种人的眼睛看不到的光线。红外通讯一般采用红外波段内的近红外线，波长在0.75μm至25μm之间。2008年12月15日南京大学计算机系112红外线（续1）红外通信是利用红外技术实现两点间的近距离保密通信和信息转发。它一般由红外发射和接收系统两部分组成。发射系统对一个红外辐射源进行调制后发射红外信号，而接收系统用光学装置和红外探测器进行接收，就构成红外通信系统。红外模块的接口方式较多，参看前面图所示。要使各种设备能够通过红外口随意连接，一个统一的软硬件规范是必不可少的。2008年12月15日南京大学计算机系113红外线（续2）1993年，由HP、COMPAQ、INTEL等二十多家公司发起成立了红外数据协会(InfraredDataAssociation,简称IRDA)。为了保证不同厂商的红外产品能够获得最佳的通讯效果，红外数据协会把红外数据通讯所采用的光波波长的范围限定在850nm至900nm之内。1994年，第一个IRDA的红外数据通讯标准发布，即IRDA1.0。2008年12月15日南京大学计算机系114红外线（续3）IRDA1.0简称为SIR(SerialInfraRed)，它是基于HP-SIR开发出来的一种异步的、半双工的红外通讯方式。SIR以系统的异步通讯收发器(UART)为依托，通过对串行数据脉冲的波形压缩和对所接收的光信号电脉冲的波形扩展这一编码解码过程(3/16EnDec)实现红外数据传输。由于受到UART通讯速率的限制，SIR的最高通讯速率只有118.2Kbps，也就是大家熟知的电脑串行端口的最高速率。2008年12月15日南京大学计算机系115红外线（续4）IrDA1.1协议提高通信速率到4Mbps，简称FIR(FastInfrared，快速红外协议)，采用PPM(PulsePositionModulation，脉冲相位调制)编译码机制，同时在低速时保留1.0协议规定。之后，IrDA又推出了最高通信速率在16Mbps的协议，简称VFIR(VeryFastInfrared，特速红外协议)。2008年12月15日南京大学计算机系116红外线（续5）通常人们把符合IrDA红外通信协议的器件称为IrDA器件，符合SIR协议的器件称为SIR器件，符合FIR协议的器件称为FIR器件，符合VFIR协议的器件称为VFIR器件。红外传输距离在几厘米到几十米，发射角度通常在0~15°，发射强度与接收灵敏度因不同器件不同应用设计而强弱不一。使用时只能以半双工方式进行红外通信。2008年12月15日南京大学计算机系117红外线（续6）红外通讯有着连接方便、成本低廉、点对点高速数据传输、跨平台、简单易用和结构紧凑的特点，因此在嵌入式移动设备中获得了广泛的应用。红外接口成为新一代手机的配置标准，它支持手机与电脑以及其他数字设备进行数据交流。2008年12月15日南京大学计算机系1188.4.4.2WLAN――802.11与Wi-Fi802.11是IEEE制定的一个无线局域网（WLAN）协议，用作一个无线客户机与基站之间或者两个无线客户机之间的空中接口，最初于1997年接纳为IEEE协议标准，后来在1999年被修订。802.11是一个无线通信协议系列，包括以下3个主要协议标准：

802.11b

802.11a

802.11g

2008年12月15日南京大学计算机系119WLAN――802.11与Wi-Fi（续1）

802.11bIEEE于1999年9月批准了IEEE802.11b规范，这个规范也称为Wi-Fi（无线保真，WirelessFidelity）。它定义了用于在共享的无线局域网进行通信的物理层和媒体访问控制（MAC）子层；采用2.4GHz频带，共有3个不重叠的传输信道；传输速率能够从11Mbps自动降到8.5Mbps。IEEE802.11b的频段无需申请就可使用。既可作为对有线网络的补充，也可独立组网，从而使网络用户摆脱网线的束缚，实现真正意义上的移动应用。2008年12月15日南京大学计算机系120WLAN――802.11与Wi-Fi（续2）

802.11a扩充了802.11标准的物理层，规定该层使用5GHz的频带。该标准传输速率范围为6Mbps～54Mbps，共有12个不重叠的传输信道。这样的速率既能满足室内的应用，也能满足室外的应用。2008年12月15日南京大学计算机系121WLAN――802.11与Wi-Fi（续3）

802.11g2004年6月正式定案的第三个传输标准，共有3个不重叠的传输信道。它虽然同样运行于2.4GHz，但由于该标准中使用了与802.11a标准相同的调制方式OFDM，使网络达到了54Mbps的高传输速率。2008年12月15日南京大学计算机系122CX53121一款面向希望集成Wi-Fi功能的便携或移动设备的802.11b/g器件。由ConexantSystems公司研制。该产品针对具有嵌入式无线网络能力的电池供电手持产品，如蜂窝电话、智能电话、VoIP手机、照相机、MP3播放器、游戏控制器和全球定位系统。典型的Wi-Fi模块举例—12008年12月15日南京大学计算机系123STLC4420和STLC4550意法半导体（ST）公司的双频Wi-Fi解决方案。STLC4420提供了无线802.11a/b/g功能，属于单一小型封装，可以用于手机；它是一个高度集成的WLAN芯片，能够在5GHz和2.4GHz两个频带内工作。STLC4550芯片仅支持802.11b/g。这两款Wi-Fi模块的功耗都非常低，适用于蜂窝电话、MP3播放器及其它便携式消费电子产品。典型的Wi-Fi模块举例—22008年12月15日南京大学计算机系1248.4.4.3蓝牙技术和蓝牙模块下面讲解蓝牙技术的相关内容蓝牙技术由来蓝牙技术标准蓝牙组网方式蓝牙技术特点蓝牙模块的硬件构造蓝牙模块与主机的连接2008年12月15日南京大学计算机系125早在1994年，瑞典的爱立信公司便已经着手构想以无线电波来连接计算机与电话等各种周边装置，决定建立一套室内的短距离无线通信的开放标准，并以中世纪丹麦国王Harold的外号“蓝牙”(Bluetooth)为其命名。自从爱立信提出蓝牙技术这个构想后，由于蓝牙技术许多优异的特性，立刻获得许多厂商的支持。1998年2月，爱立信、诺基亚、英特尔、东芝和IBM公司共同发表声明将组成一个SIG（SpecialInterestGroup，特别利益集团）小组，共同推动蓝牙SIG协会的成立。蓝牙技术由来2008年12月15日南京大学计算机系1261998年5月蓝牙SIG协会分别在英国伦敦、加州圣荷西及日本东京公开宣布该协会正式成立，并欢迎全世界的相关厂商加入该协会。此后蓝牙标准确实也获得广大的回应，各厂商纷纷加入该协会并投入蓝牙技术的开发行列。蓝牙技术由来（续）2008年12月15日南京大学计算机系127源于蓝牙V1.1版的IEEE802.15.1标准于2002年4月15日由美国电气电子工程师学会的下属机构IEEE-SA的标准部门批准成为一个正式标准。它是致力于个人区域网络（PAN，PersonalAreaNetwork）的短距离无线通信标准IEEE802.15的第1个标准。802.15.1标准的英文全称为WirelessMACandPHYSpecificationsforWirelessPersonalAreaNetworks。该标准与蓝牙V1.1完全兼容。蓝牙技术标准2008年12月15日南京大学计算机系128蓝牙收发器工作频段是全球统一的2.4GHzISM（工业、科学、医学）频段。它采用以每秒钟1600次/秒的快速跳频扩频技术，中心频率是2.45MHz，可得到79个传输速率为1MHz带宽的信道。具有很强的抗干扰能力；标准的有效传输距离为10米，通过添加放大器可将传输距离增加到100米。蓝牙技术标准（续1）2008年12月15日南京大学计算机系129蓝牙网络的基本单元是微微网（Piconet），微微网由主设备（Master）单元（发起链接的设备）和从设备（Slave）单元构成。蓝牙组网技术属无线连结的自组网（adhoc）技术。它免去了通常网络连接所需要的电缆插拔和软硬件系统同步配置操作，给用户带来了很大的方便。蓝牙组网方式2008年12月15日南京大学计算机系130蓝牙组网方式（续1）蓝牙通讯协议是一种点对多点的通信协议，遵循主∕从设备的运行规则。蓝牙设备间的数据传输不仅能够点对点（Point-to-Point）方式，也支持单点对多点（Point-to-Multipoint）方式。按照标准，一个蓝牙设备最多可以同时连接另外7个蓝牙设备（处于Active状态），周围最多可有255个等待／备用的蓝牙设备（处于Standby状态）。利用蓝牙技术可将个人身边的设备都连接起来，形成一个个人局域网（PersonalAreaNetwork，PAN）。2008年12月15日南京大学计算机系131一个蓝牙个人局域网（PAN）示意图：蓝牙组网方式示意图2008年12月15日南京大学计算机系132在蓝牙网络中，所有设备是对等的，通过其自身唯一的48位地址来进行标识。可以通过程序或用户的干预将其中某个设备指定为主设备。主设备可以同时连接多达7个从设备，从而形成一个微微网。这种“单点对多点”的特点是蓝牙不同于其他无线技术的。蓝牙组网方式（续2）2008年12月15日南京大学计算机系133蓝牙技术的定位是在现代通信网络的最后10米。在同一房间内相距不到几米远的地方，各种电子设备之间都可以利用无线电波互相连接，而不必只通过红外线传输技术。蓝牙技术特点2008年12月15日南京大学计算机系134图中显示了3种连接方案蓝牙技术组网方案示意图2008年12月15日南京大学计算机系135蓝牙技术具有下列特点：1）可同时发送语音与数据2）使用全世界通用的频段3）应用于各种电子设备4）低功率与低成本的模块蓝牙技术特点2008年12月15日南京大学计算机系136蓝牙模块的硬件设计方式是将所有的芯片与电阻、电容等组件制造在一片电路板上，成为一片独立的蓝牙模块。在模块内最重要的组件是蓝牙无线收发器（BluetoothRadio）和基带控制器（BaseBandController）。蓝牙模块的硬件构造2008年12月15日南京大学计算机系137蓝牙模块原理框图：如图所示，发送数据时，蓝牙模块接受来自主机（Host）的控制指令，经过链路管理器和基带控制器的处理后由无线收发器发出无线电波。蓝牙模块的硬件构造（续）2008年12月15日南京大学计算机系138蓝牙模块与主机的连接目前蓝牙模块的接入方式主要有两种：一个是外接，另外一个是内嵌。参看下图。2008年12月15日南京大学计算机系139对于外接方式，蓝牙技术标准定义了蓝牙模块与主机相连接的接口可以为USB或者UART，当蓝牙模块以上述任何一种接口与主机相连接时，HCI（主机控制接口）上层的通信协议由主机负责处理，HCI下层的通信协议则由模块内的链路管理器、基带控制器与无线收发器负责。蓝牙模块与主机的连接（续1）2008年12月15日南京大学计算机系140如果采用内嵌模块方式生产内含蓝牙功能的嵌入式产品，则产品制造公司直接将蓝牙模块内嵌在设备内的PCB上，成为PCB的一部分。此时整个蓝牙技术的通信协议都由主机（Host）负责处理，不需要HCI。蓝牙模块与主机的连接（续2）2008年12月15日南京大学计算机系141无论蓝牙模块是通过HCI与主机相连，还是直接内嵌在设备内，一般来说，模块内的硬件结构分为链路管理器、基带控制器与无线收发器三部分，负责处理LMP层、基带层、与RF层的协议。链路管理器与基带控制器合称为链路控制器。无线收发器内含射频发射组件，与主机相连接的HCI位于链路管理器之外。蓝牙模块与主机的连接（续3）2008年12月15日南京大学计算机系1428.4.4.4ZigBee技术ZigBee一词源自蜜蜂通过跳ZigZag形状的舞蹈来通知其他蜜蜂有关花粉位置等信息，