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外設(shè)接口有什么作用

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外設(shè)接口有什么作用

  外設(shè)接口究竟有什么作用呢?它能給我們帶來什么好處呢?以下就是學習啦小編做的整理,希望對你們有用!

  外設(shè)接口的概念

  外設(shè)接口-外設(shè)指除了主機箱、顯示屏、鍵盤以外的設(shè)備。接口是指MD產(chǎn)品輸入輸出的地方。那么外設(shè)接口就很好理解了,就是連接外設(shè)的接口。

  外設(shè)接口耳朵作用

  UART

  Universal Asynchronous Receiver/Transmitter

  的縮寫,又稱為通用異步串行通信接口

  特點

  – 數(shù)據(jù)傳送以字符為單位

  – 相鄰兩字符間的間隔是任意長

  – 字符間異步,字符內(nèi)部各位同步

  異步串行通信時序

  起始位

  – 邏輯“1” —>邏輯“0”;

  – 持續(xù)一個比特時間的邏輯“0”;

  數(shù)據(jù)位

  – 數(shù)據(jù)位為5-8位 ;

  – 傳送時,低位在前,高位在后;

  校驗位

  – 僅占一位,奇校驗、偶校驗、無校驗;

  – 奇校驗:字符的各數(shù)位和校驗位, “1” 的個數(shù)為奇數(shù)

  – 偶校驗:字符的各數(shù)位和校驗位, “1” 的個數(shù)為偶數(shù)

  停止位

  – 停止位為1位、1.5位或2位,可有軟件設(shè)定 ;

  – 一定是邏輯“1”電平 ;

  空閑

  – 線路上為邏輯“1”電平 ;

  – 空閑位可以沒有,效率為最高 ;

  異步串行數(shù)據(jù)接收

  接收過程:

  1) 檢測到線路由空閑的“1”變?yōu)?ldquo;0”時,開始檢查是否為有效起始位

  2) 開啟采樣定時器,定時時間為Tc=Td/4

  3) 當采樣定時器超時,在“采樣點1”開始采樣,并記錄1;

  4) 當采樣定時器再次超時,在“采樣點2”開始采樣,并記錄2;

  5) 當采樣定時器再次超時,在“采樣點3”開始采樣,并記錄3;

  6) 比較三次記錄,若其中2次及以上都為“0”,表示起始位有效;

  7) 等待采樣定時器再超時1次后,開始采樣數(shù)據(jù)位BIT0,方法同上;

  8) 最后采樣到結(jié)束位有效后,一次信息幀采樣完畢;

  特性

  – 波特率

  串行通信的傳輸速度 ,1秒鐘能夠傳輸?shù)腂IT位;

  300、600、1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600、115200 ;

  – 數(shù)據(jù)位

  傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的位數(shù) ,5~8位;

  – 校驗位

  奇/偶校驗或無校驗

  – 停止位

  結(jié)束保持位,可以有1位、1.5位、2位

  功能信號

  – TXD:發(fā)送數(shù)據(jù)

  – RXD:接收數(shù)據(jù)

  – GND:地

  – CTS(Clear To Send):允許發(fā)送

  – RTS(Request To Send):請求發(fā)送

  – DTR:數(shù)據(jù)終端就緒

  – DSR:數(shù)據(jù)裝置就緒

  – DCD:傳輸檢測

  – RI:振鈴指示

  信號連接方法

  應用及接口電路

  MCU控制UART信號的輸入輸出為TTL電平,擴展電路中往往是其他標準電平,因此電平信號一般會需要進行轉(zhuǎn)換或隔離轉(zhuǎn)換。

  應用舉例:

  a) 擴展RS232接口電路

  b) 擴展RS485接口電路

  c) 擴展GPRS模塊接口電路

  I2C

  Inter-Integrated Circuit的縮寫,PHILIPS公司

  開發(fā)的兩線式串行總線

  I2C總線的特點

  – 通信總線只有2條線路:一條串行數(shù)據(jù)線(SDA),一條串行時鐘線(SCL)

  – 多主機總線,但在同一時間點,只允許一個主機和多個從機

  – 總線上的器件都有唯一的地址識別

  – 由主機提供時鐘SCL信號,并通過命令尋址操作從機

  – 串行的8 位雙向數(shù)據(jù)傳輸位速率在標準模式下可達100kbit/s 快速模式下可達400kbit/s 高速模式下可達3.4Mbit/s。

  I2C總線器件連接

  I2C總線的傳輸格式

  起始與停止條件

  – 起始(重新開始)條件:SCL 線是高電平時SDA 線從高電平向低電平切換;

  – 結(jié)束條件:當SCL 是高電平時SDA 線由低電平向高電平切換

  數(shù)據(jù)傳輸有效性

  – SDA 線上的數(shù)據(jù)必須在時鐘的高電平周期保持穩(wěn)定

  – 數(shù)據(jù)線的高或低電平狀態(tài)只有在SCL 線的時鐘信號是低電平時才能改變

  字節(jié)傳輸

  – 發(fā)送到SDA 線上的每個字節(jié)必須為8 位,每次傳輸字節(jié)數(shù)量不限;

  – 傳輸時,高位在前,低位在后;

  – 從機要完成一些其他功能后才能接收下一個完整的數(shù)據(jù)字節(jié),可以使時鐘線SCL 保持低電平,迫使主機進入等待狀態(tài),當從機準備好接收下一個數(shù)據(jù)字節(jié)并釋放時鐘線SCL 后,數(shù)據(jù)傳輸繼續(xù)。

  握手響應

  – 數(shù)據(jù)傳輸必須帶響應,響應時鐘脈沖由主機產(chǎn)生,在響應的時鐘脈沖期間主機發(fā)送器釋放SDA 線(高);

  – 響應期間若從機認為正常,拉低數(shù)據(jù)線;

  – 若從機認為異常,數(shù)據(jù)線保持高電平,主機然后產(chǎn)生一個停止條件終止傳輸或者產(chǎn)生重復起始條件開始新的傳輸 ;

  從機地址

  – 7位地址

  • 起始位開始后,發(fā)送一字節(jié)地址位

  • 前7位為從機地址

  • 第8位是數(shù)據(jù)方向位R/W :0表示發(fā)送(寫);1表示請求數(shù)據(jù)(讀)

  應用及接口電路

  – RTC時鐘

  – EEPROM

  – FRAM

  SPI

  Serial Peripheral interface ,串行外圍設(shè)備接口 ,同步串行通訊方式

  SPI總線的特點

  – 主要應用在 EEPROM,F(xiàn)LASH,實時時鐘,AD轉(zhuǎn)換器等

  – 以主從方式工作,有一個主設(shè)備和一個或多個從設(shè)備

  – 全雙工通信方式,可同時發(fā)送和接收8(16)位數(shù)據(jù)

  – 高速通信,一般可以達到幾百k~幾十Mbps

  – 4根信號線:SDI(數(shù)據(jù)輸入),SDO(數(shù)據(jù)輸出),SCK(時鐘),CS(片選)

  – 一個缺點:沒有指定的流控制,沒有應答機制確認

  器件連接

  信號線

  – SDO:主設(shè)備數(shù)據(jù)輸出,從設(shè)備數(shù)據(jù)輸入

  – SDI:主設(shè)備數(shù)據(jù)輸入,從設(shè)備數(shù)據(jù)輸出

  – SCK (SCLK):時鐘信號,由主設(shè)備產(chǎn)生

  – CS:從設(shè)備使能信號,由主設(shè)備控制

  傳輸協(xié)議

  – 數(shù)據(jù)是一位一位的傳輸?shù)?/p>

  – SCK提供脈沖時鐘,SDI、SDO則基于此脈沖完成數(shù)據(jù)傳輸

  – 數(shù)據(jù)輸出通過 SDO線,數(shù)據(jù)在時鐘上升沿或下降沿時改變,在緊接著的下降沿或上升沿被讀取

  – 在至少8次時鐘信號的改變(上沿和下沿為一次),就可以完成8位數(shù)據(jù)的傳輸

  4種傳輸模式

  – 串行同步時鐘極性和相位影響SPI的通信

  • 時鐘極性CPOL=0時,總線空閑狀態(tài)為低電平

  • 時鐘極性CPOL=1時,總線空閑狀態(tài)為高電平

  • 時鐘相位CPHA=0時,在串行同步時鐘的第一個跳變沿 (上升或下降)數(shù)據(jù)被采樣

  • 時鐘相位CPHA=1時,在串行同步時鐘的第二個跳變沿(上升或下降)數(shù)據(jù)被采樣

  傳輸時序

  應用及接口電路

  – FLash存儲器電路

  GPIO

  General Purpose Input Output ,通用輸入輸出接口 ,可編程輸入輸出管腳接口

  GPIO的特點

  – 控制方便、使用靈活、應用廣泛

  • 用于輸出控制,例如指示燈控制

  • 可用于讀取輸入信息,例如鍵盤

  • 模擬各種通訊接口,例如UART、I2C、SPI等

  – 不同的MCU,功能與性能有所不同

  • 低端一點的,其IO只有輸入輸出功能

  • 高端的,則可能會有IO速度配置、IO口線中斷等功能

  四種主要配置

  – 準雙向輸入輸出

  • 特點:可用作輸出和輸入功能,而不需要重新控制字切換方向

  • 輸出為邏輯高電平時驅(qū)動能力很弱,允許外部裝置將其拉低

  • 輸出為低時,它的驅(qū)動能力很強,可吸收相當大的電流

  – 開漏輸出

  • 必須有外部上拉,一般通過電阻外接到Vcc

  • 具有很好的電氣兼容性

  – 推挽式輸出

  • 無論輸出高電平還是低電平都能驅(qū)動較大的電流

  • 下拉結(jié)構(gòu)與開漏輸出以及準雙向口的下拉結(jié)構(gòu)相同

  • 引腳只能作為輸出,不能作為輸入

  – 輸入高阻

  • I/O口只能作為輸入使用,比較高的輸入阻抗

  • 方式與前3種模式的輸入方式相同

  – 其他

  • 輸入輸出方向

  • IO管腳中斷

  • IO管腳復用

  • 驅(qū)動能力

  應用及接口電路

  – 指示燈電路

  – 鍵盤電路

  – 模擬SPI接口電路

  以太網(wǎng)

  Ethernet,局域網(wǎng)規(guī)范

  工作方式

  – 工作在OSI七層協(xié)議模型中的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層

  • 物理層

  • 數(shù)據(jù)鏈路層

  工作原理框圖

  MAC、PHY、MII/RMII

  – MAC,媒體訪問控制子層協(xié)議

  • 以太網(wǎng)中的數(shù)據(jù)鏈路層

  – PHY,物理接口收發(fā)器

  • 以太網(wǎng)中的物理層

  • 帶網(wǎng)絡(luò)沖突檢測功能

  – MII/RMII,MAC與PHY間的通訊接口

  • MII:媒體獨立接口 ,工作頻率25MHz ,支持網(wǎng)速10Mbps或100Mbps,接口信號由16根線組成 ;

  • RMII,簡化的MII接口,工作頻率50MHZ,支持網(wǎng)速10Mbps或100Mbps,接口信號由8根線組成

  使用方法

  – 一般情況下,不需要對以太網(wǎng)驅(qū)動進行編寫,芯片會有支持

  – 以太網(wǎng)一般通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)方式進行應用,協(xié)議也無須自己開發(fā),芯片或廠商會有支持

  – 收發(fā)數(shù)據(jù)使用socket

  USB

  Universal Serial BUS,通用串行總線,外部總線標準,用于規(guī)范電腦與外部設(shè)備的連接和通訊。是應用在PC領(lǐng)域的接口技術(shù)。

  特點

  – 支持設(shè)備的即插即用和熱插拔功能

  – 傳輸速度快:USB1.1是12Mbps,USB2.0是480Mbps, USB3.0是5 Gbps

  – USB接口可用于連接多達127個外設(shè)

  接口分類

  – USB-HOST

  – USB-DEVICE

  – USB-OTG

  接口信號定義

  半雙工

  差分信號

  觸點 功能(主機) 功能(設(shè)備)

  1 VBUS (4.75-5.25 V) VBUS (4.4-5.25 V)

  2 D- D-

  3 D+ D+

  4 GND GND

  應用及接口電路

  智能卡接口

  電路信號接口定義

  觸點 功能分配

  C1 電源VCC

  C2 復位RST

  C3 時鐘CLK(4M~5M)

  C4 預留

  C5 地GND

  C6 編程電壓VPP

  C7 輸入/輸出IO

  C8 預留

  工作方式

  – 激活與冷復位

  數(shù)據(jù)傳輸

  – 基本時間單元,ETU = 372個時鐘周期

  – 傳輸時序

  • 理解上,結(jié)合了UART和I2C的部分特性

  a) 字符為單位進行傳輸

  b) 起始:位邏輯“1”—>邏輯“0”啟動

  c) 低位在前,高位在后

  d) 握手應答

  通訊協(xié)議

  – 對智能卡復位后,智能卡會主動發(fā)送一個復位信息給MCU,包含了傳輸特性、廠商信息等

  – 傳輸命令

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