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1、1,第3讲 嵌入式系统硬件技术,本讲主要授课内容RAM存储器技术FLASH存储器技术串口技术硬盘及FAT文件系统显示技术其他接口,2,3.1RAM存储器技术,在嵌入式系统中CPU通过地址直接访问的存储器包括可读写存储器和只读存储器两类，通常用于上电时存放运行时程序及数据的RAM被称为主存。,3,存储器的几个相关性能指数,容量 存储器容量用S=Wlm表示，W为存储器字长，l为存储器字数，m则为存储器体数 速度 访问时间(access time)Ta：从存储器接到读请求到所读的字传送到数据总线上的时间间隔 存储周期Tm：连续两次访问存储器之间所必需的最小时间间隔。一般Tm Ta 存储带宽Bm：存储
2、器被连续访问时所提供的数据传输速流，单位是位(或字节）/秒 价格 存储器的价格通常用单位字节价格来表示，若总容量为S的存储器的总价格为C，则单位字节价格cC/S,4,存储器设计目标,高速度大容量低价格,5,设计目标实现依据,存储器的工艺实现技术有了突飞猛进的发展，高速、大容量、低价的存储器件以惊人的速度生产出来所有程序都具有这样的行为特性：空间和时间局部性90/10原理：一个程序的90时间是消耗在10的代码上 根据以上局部性原则（The Principle of Locality），就可以利用各种不同的价格、速度、容量的存储器的组合设计出一个多层次（multiple level）存储系统,6,
3、存储器层次结构,在嵌入式系统中所用到的存储器主要有：触发器（Flip-Flops and Latches）、寄存器（Register Files）、静态随机访问存储器（SRAM）、动态随机访问存储器（DRAM）、闪速存储器（FLASH）、磁盘（Magnetic Disk）等 这些存储器的速度，为触发器最快，寄存器次之，SRAM再次，DRAM较慢，然后是FLASH，磁盘最慢价格正好反之，磁盘的每兆字节价格最便宜，触发器最贵,7,存储器层次结构图,8,存储器层次结构的特性,第一，数据的包含性，即上层的数据，在下一层中都能找到。第二，下层存储器将自己的地址映射到高层的存储器。,9,存储器层次结构几个
4、基本概念,块（Block）:相邻两级间的信息交换单位命中（Hit）：相邻两层存储层次中，访问地址可以直接在高层存储器中访问到命中时间(hit time)：访问高层存储器所需的时间，其中包括本次访问是命中还是失效的判定时间命中率（Hit Rate）：相邻两层存储层次中，访问地址可以直接在高层存储器中访问到的概率失效率（Miss Rate）：等于1命中率失效损失(miss penalty)：用低层存储器中相应的块替换高层存储器中的块，并将该块传送到请求访问的设备（通常是CPU）的时间,10,存储器层次结构的性能,评价存储器层次结构的性能参数是平均存储访问时间(average memory-acce
5、ss time)平均存储访问时间命中时间命中率 失效率 失效损失当块大小过小时，失效率很高 当高层存储器容量保持不变时，失效率有一最低限值，此时块大小的变化对失效率没有影响 当块大小超过某定值后，（这一定值又称为污染点），失效率呈现随块大小增加而上升的趋势,11,主存简介,主存是非常重要存储和记忆部件，用以存放数据和程序主存大都采用DRAM芯片实现 一般说来，容量越大速度越快的存储器就能给系统带来越高的性能与微机相比，嵌入式系统的主存一般比较小同时在有些嵌入式系统中也有用Flash存储器作为主存使用的情况,12,DRAM与SRAM主要差别,对DRAM芯片来说，在读出数据之后还需重新写回数据，因
6、而它的访问延迟和存储周期不同。SRAM的访问时间与存储周期则没有差别为防止信息丢失，DRAM需要定期刷新每个存储单元，SRAM却不需要DRAM设计强调容量，而对SRAM设计来说，容量和速度同样重要就可以比较的存储器设计技术而言，DRAM的容量大概为SRAM的16倍，而SRAM的存储周期比DRAM的约快816倍,13,DRAM存储器,DRAM由于结构简单集成度高，因此价格非常便宜，是目前嵌入式系统中主要的内存方式。DRAM经历了DRAM，FPM DRAM（Fast page Mode DRAM）,EDO DRAM（Extended Data Out DRAM）,SDRAM（Synchronous
7、 DRAM）,DDR SDRAM（Double Data Rate SDRAM）,DDR2 SDRAM,DDR3 SDRAM,14,DRAM的基本结构,15,从DRAM到DDRIII,最初DRAM读写是在控制信号的作用下先发一个行地址再发一个列地址，随后读/写一个数据。,16,DRAM读数据时序,17,人们发现通常数据是连续读/写的，因此，改为FPM DRAM，送一次行地址后，将行地址锁存，只送列地址，每送一个列地址就读/写一个数据，直到该行的数据读完。从而提高了读/写速度。,18,由于在列地址送出后到读出数据之间需要时间，而这个时间对于地址线而言是空闲的，可以送出下一个列地址，因此开发了ED
8、O DRAM，利用类似于流水线的模式进一步提高了内存读/写速度。,19,由于DRAM需要动态充电的特性使每次读数据后需要进行再次充电才能进行下次读，因此SDRAM采用了两个（或多个）Bank的方式进行交替数据操作，Bank0读数据时Bank1充电，下一周期Bank1读数据时Bank0充电，从而提高对外的数据交换能力。SDRAM的操作改为由外部时钟上升沿同步控制方式，以实现突发数据传送能力。突发数据传送可以实现接收一次列地址发送多个数据的能力。,20,21,22,DDR（Double Data Rate）SDRAM则采用了二倍预读取的技术，在每次得到一个地址时芯片内部读取两个数据，这两个数据分别
9、在一个时钟的上升沿和下升沿传送出去，从而提高读/写速度。,23,DDRII SDRAM采用了4倍预读取的技术，在每次得到一个地址时芯片内部读取4个数据，并将I/O端口的时钟频率提高为原来的两倍（内部操作时钟频率的两倍），并在一个时钟上升沿和下升沿各传送一个数据，从而进一步提高读/写速度。,24,DDRIII SDRAM采用了8倍预读取的技术，在每次得到一个地址时芯片内部读取8个数据，并将I/O端口的时钟频率提高为原来的4倍（内部操作时钟频率的4倍），并在一个时钟上升沿和下升沿各传送一个数据，从而进一步提高读/写速度。,25,SDRAM的特点,SDRAM由一系列指令控制完成数据存取功能SDRAM
10、需要使用专用的SDRAM控制器能够在系统时钟的驱动下连续存取数据，（突发模式）由于需要进行预充电，因此一般芯片由多个BANK组成采用预读写技术后，读/写性能成倍提升。,26,27,28,SDRAM中行地址宽度与列地址宽度常常是不一样的，列地址通常只有9位，表示512个列，也就是说给出一次行地址，最多能够读取512个字节（或字）。本例中行地址为2124K，列地址为29512Bank数由bs0,bs1(A12,A13)给出共224，因此每片SDRAM容量为4K*512*4=8MB两片共8MB2=16MB,29,3.1.2 SRAM存储器,SRAM存储器的主要特点：主要优点：速度快，不需要刷新电路，
11、效率高主要缺点：体积大，功耗大，集成度低价格昂贵主要应用：CPU与主存的高速缓存CPU内部高速缓存在嵌入式系统中作为主存使用,30,课后练习,DRAM与SRAM在数据操作上的区别是什么？与SDRAM相比，DDR技术为什么能够提高数据存取速度？,31,3.2 闪速存储器(Flash),FLASH与DRAM和SRAM有所不同，虽然他们都可以直接连接在系统总线上进行读写，但是FLASH是一种非易失性的存储器，失去供电后可以长期保存数据不丢失。因此Flash在嵌入式系统中常常担当着类似于PC机中硬盘的角色。FLASH存储器根据其技术手段的不同有类：NORFlash，DINORFlash，NANDFla
12、sh，UltraNAND Flash,AND Flash,32,FLASH工作原理,通过在浮栅上充电或放电来控制源/漏之间的通路，从而实现0/1的表达。,33,3.2.1 NORFLASH技术,NOR技术闪速存储器是最早出现的Flash Memory，它源于传统的EPROM器件，具有可靠性高、随机读取速度快的优势，在擦除和编程操作较少而直接执行代码的场合，尤其是纯代码存储的应用中广泛使用，如PC的BIOS固件、移动电话、硬盘驱动器的控制存储器等。由于NOR技术Flash Memory的擦除和编程速度较慢，而块尺寸又较大（64KB，128KB），因此擦除和编程操作所花费的时间很长，在纯数据存储和
13、文件存储的应用中，NOR技术显得力不从心。,34,NORFLASH接口,35,NORFLASH指令,29LV160芯片指令,36,读数据只需要1个周期直接在地址总线送地址，可在数据总线读到数据写数据需要4个周期1 将 0 xAA写到 FLASH 地址 0 x5552 将 0 x55 写到 FLASH 地址 0 x2AA3 将 0 xA0 写到 FLASH 地址 0 x5554 将编程数据(BYTE)写到对应的编程地址上去整片擦除操作需要6个周期1 将 0 xAA写到 FLASH 地址 0 x5552 将 0 x55 写到 FLASH 地址 0 x2AA3 将 0 x80 写到 FLASH 地址
14、 0 x5554 将 0 xAA写到 FLASH 地址 0 x5555 将 0 x55 写到 FLASH 地址 0 x2AA6 将 0 x10 写到 FLASH 地址 0 x555,37,NORFlash接口示意图,16位接口,8位接口,38,3.2.2 NANDFlash技术,Samsung TOSHIBA Fujistu三家公司联合开发了NANDFlash，其特点有：以页为单位进行读和编程操作，1页为256B或512B。以块为单位进行擦除，块为4KB，8KB，16KB。可快擦和快编程功能。数据、地址采用同一总线，实现串行读取。随机读取速度慢且不能按字节随机编程。芯片尺寸小，引脚少，是位成本
15、(bit cost)最低的固态存储器。芯片存储位错误率较高，推荐使用ECC校验，并包含冗余块，数目约占1%。,39,基于NAND的存储器可以取代硬盘或其他块设备。目前量产的NANDFLASH已经可达64Gb。,40,NANDFlash内部结构,41,NANDFlash地址结构,64MB的NANDFlash芯片地址结构,42,NANDFlash容量大，而且可常时间保存数据，因此可以用于替代硬盘作为外存使用。但由于坏块的存在，难以保证存储信息的安全，因此每个页都有16B的冗余信息用于描述当前块的状态，及逻辑块号，这样在上层文件系统中，就可以将其作为一个标准块设备使用。,43,冗余字节的定义,44,
16、逻辑地址格式,在NANDFlash芯片中块被分为若干个zone，每个zone中有1024个块，这样每个块的编号就只需要10位二进制值，而其中只有1000个块具有逻辑编号，可以真正使用，其他24个块则为备用块。,45,NANDFlash接口标准,46,NANDFlash命令,47,48,NAND Flash写数据时序,49,擦除块时序图,50,NANDFlash 接口示意图,51,NOR Flash与NAND Flash比较,52,3.2.3 AND Flash技术,AND技术是Hitachi公司的专利技术，主要用于数据和文档存储领域。AND技术与NAND一样采用“大多数完好的存储器”概念由于其
17、内部存在与块大小一致的内部RAM 缓冲区，使得AND技术不像其他采用MLC的闪速存储器技术那样写入性能严重下降,53,3.2.4 常见存储卡标准,CF（Compact Flash）卡 1994年由SanDisk公司推出，大小43mm36mm3.3mm，50针接口SM（Smart Media）卡1995年由东芝推出，大小45mm37mm0.76mm，重1.8g，由于卡内不带读写控制器，需要设备提供，因此有不兼容问题。xD（eXtreme Digital）图卡2002年由富士与奥林巴斯推出，大小20mm25mm1.7mm，重2g，主要用于袖珍数码相机。MMC（MultiMediaCard）卡199
18、7年由西门子与SanDisk推出，大小32mm24mm1.4mm，重1.5g，主要针对手机，PDA，音乐，影像，电子书，玩具等,54,SD（Secure Digital Card）卡 1999年由松下电器，东芝，SanDisk联合推出，大小32mm24mm2.1mm，可与MMC兼容。miniSD卡大小20mm21.5mm1.4mm，2005年SDA推出了MicroDSD 卡标准，大小为11mm15mm1mm。记忆棒（Memory Stick）1999年由Sony公司推出，大小50mm21.5mm1.5mm，重4g，由于卡,55,课后思考题,为什么用NANDFlash能够很好地取代硬盘？NAND
19、 Flash 与NOR Flash接口上的区别在哪里？,56,3.3 串口技术,RS232串行接口由于连线少，信号简单，在很多设备上得到了广泛的应用。而且它是嵌入式系统调试的基本手段之一，也是几乎所有嵌入式处理器的必备接口。常用的串行接口除了RS232外，还有RS422/485，USB，SPI等。,57,3.3.1 RS232接口,RS232的物理定义,RS232两种物理接口标准,58,RS232接口信号,RS232最简连接电路,59,RS232标准RS232常被称为UART（Universal Asynchronous Receiver/Transimitter）,其技术规格如下：1、数据传
20、送速率：最高为115200bps，常用速率9600bps,19200bps。要求分布电容不大于2500PF,60,2、通信电平采用负逻辑，即515V表示逻辑1，5 15V表示逻辑0。3、数据按一定包格式传送，包由4部分组成，起始位：1位，低电平表示，用于通知接收方做接收准备；数据位：58位，紧跟起始位，先低位后高位顺序传送；奇偶检验位：01位，紧跟数据位之后，可为奇校验也可为偶校验；停止位：1位，1位半，2位，用高电平表示4、通信双方事先进行通信参数约定和设置，通信过程中不再更改。,61,RS232电平转换电路由于RS232使用电平范围为15V，这远远超出了TTL电平或嵌入式处理器的工作电压，
21、因此如果使用RS232进行进行通信需要将TTL电平转换为对应的传输电平。转换一般使用专用的器件，如MAX232，MAX3237等，另外还可以通过专用的232接口芯片为嵌入式处理器扩展串行通信口。,62,MAX232电路原理及应用示意图,63,嵌入式处理器中RS232的设置和使用,S3C2410中的串口特殊寄存器,64,S3C2410中的串口控制寄存器,65,S3C2410中的串口控制寄存器续,66,S3C2410中串口FIFO控制寄存器,67,S3C2410中的波特率计数寄存器,68,S3C2410中的FIFO状态寄存器,69,S3C2410中的发送数据寄存器,70,S3C2410中的接收数据
22、寄存器,71,Void Uart_init(int baud)ULCON0=0X3;/无校验，1位停止，8位数据UCON0=0X305;/内部时钟，电平触发，中断或缓冲模式UBRDIV0=(int)(PCLK/16/baud)-1);/分频值UFCON0=0X01;/使用内部FIFO/Uart0初始化,72,Char Uart_Getch(void)while(!(UFSTAT0/发送数据,73,其他串行接口RS422/485接口，为改进RS-232通信距离短、速率低的缺点，RS-422定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mb/s，传输距离延长到4000英尺（速率低于100kb/s时）
23、，并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名为TIA/EIA-422-A标准。为扩展应用范围，EIA又于1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA-485-A标准。主要是将232的单端信号改为差分信号，从而大大提高信号线抗共模干扰的能力。,74,RS232,RS422,RS485标准比较,75,RS422多机联接图,76,RS485多机联接图,77,RS422芯片内部结构及
24、应用示意图,78,RS485芯片内部结构及应用示意图,79,课后思考题,RS232与RS422/485通信距离的差异如何造成的？为什么异步传输只以字节为单位传送数据，而不是数据块？,80,3.4 硬盘及FAT文件系统,硬盘作为计算机系统的主要外存设备，由于其接口简单，容量巨大，在一些系统级的嵌入式系统中也大量使用。在硬盘上使用的文件系统最常见的就是FAT文件系统，包括FAT16格式和FAT32格式。,81,硬盘接口信号说明,硬盘基本接口和逻辑结构,82,硬盘以圆型金属盘作为载体，其上涂以磁性材料用于存储信息，一个磁头代表一个可以存储信息的平面，信息以主轴为圆心呈环形排列，每个环为一个磁道，不同
25、盘片上相同磁道构成一个柱面，每个磁道上由若干相对独立的数据存储区构成，每个存储区为一个扇区。,硬盘逻辑结构,83,磁盘中磁道和扇区扇区基本结构,84,硬盘的每个扇区的容量为512B，硬盘容量由扇区数量决定，扇区数越多容量越大。在早期的硬盘曾经使用的地址方式包括：1）10位柱面，4位磁头，6位扇区号，最大528MB2）10位柱面，8位磁头，6位扇区号，最大容量8.4GB3）16位柱面，4位磁头，8位扇区号，最大137GB（这时LBA模式也只有28位地址）4）最新的主板中硬盘地址为48bit，理论上支持144000GB的磁盘容量。但在32位系统上最大只能达到2200GB。,85,硬盘的MBR（Ma
26、ster Boot Record）每个硬盘最重要的一个数据结构就是MBR，该结构长度为512字节，正好放在一个扇区中，因此存放该数据结构的扇区被称为主引导扇区，这是硬盘最重要的一个扇区。通常位于0道，0面，1扇区，逻辑扇区号为0。,MBR结构,86,硬盘分区表,87,当分区大小超过8.4GB时磁头号，柱面号，扇区号都没有实际意义了。这需要由起始扇区号和扇区总数来表示分区的物理起点和终点。,分区类型代码,88,89,3.4.2 FAT文件格式,FAT分区结构整个分区被分为5部分：第1扇区为第一部分用于存放引导程序；第2部分为文件分配表（FAT），用于记录磁盘空间中每个簇的下一项。分区有多少簇就有
27、多少个FAT项。第3部分为FAT的备份。第4部分为根目录区，用于存放根目录中的文件名和文件起始簇号。第5部分为数据区，用于存放文件和下级目录。,90,引导扇区结构每个分区的第一个扇区为引导扇区用于存放操作系统的引导程序，该扇区中数据结构如下：,引导扇区数据结构,91,在FAT文件系统中，磁盘以簇为单位进行使用和管理，簇由若干个连续的扇区组成，簇的大小与分区的大小有关，分区越大每个簇所包含的扇区越多，但最大不得超过64个，即簇的大小不超过32KB。,FAT16中分区大小与簇大小的关系,92,FAT32中分区大小与簇大小的关系,FAT16中，每个表项由两个字节组成，即可以描述216个簇，因此最大可
28、管理磁盘容量为216 32KB2GB；而在FAT32中，每个表项由四个字节组成，可以描述232个表项，最大可管理磁盘容量为23232KB128TB。但是由于FAT表项的增加会大大增加搜索的时间。,93,根目录根目录区域是分区中最底层的目录结构，每个目录结构由32字节构成，各字节含义如右表：,94,在FAT32中为了支持长文件名，可以使用附加的若干目录表项存放文件名，附加长文件项定义如右表所示：,95,FAT文件系统中访问某文件的过程如下：1）找到系统的根目录结构，并以32字节为单位查找该文件名。2）找到该文件名对应的目录表项后，找到文件起始簇号。3）以起始簇号为偏移量在FAT表中找到对应的FA
29、T表项。4）以该FAT表项中的值为偏移量在FAT表中读取下一个FAT表项，重复该操作，直到读出的FAT表项内容为结束标志。则表示该文件的所有簇编号都已读出。根据读出的这一系列簇号可以从磁盘上读出文件内容。,96,如某文件目录项的起始簇地址为3，该分区的FAT表内容如下：,则该文件数据占用的簇为：3,6,9,11共4个簇。,97,课后思考题,请用WINHEX工具软件读取你的硬盘或U盘，根据读出的MBR数据，分析出分区个数，分区大小，分区起始扇区，根目录起始簇等信息。,98,3.5显示技术,嵌入式系统也需要将其运行信息显示出来以便人们观察和使用，因此，显示技术在嵌入式系统中也具有重要的地位。常见的
30、嵌入式显示技术主要有LED发光二极管，LED八段数码管，LCD显示屏以及现在大量使用的LED点阵显示屏。,99,LED显示技术,LED由于结构简单，寿命长，无辐射，发光效率高，功耗低，颜色多样，体积轻巧，在嵌入式系统中随处可见。LED发光二极管属于电压敏感器件，单只工作电压一般为，工作电流从几个mA到几十个mA。LED可单只工作，也可封装成一定固定形态作为单个部件工作，还可以用点阵方式组织形成大面积显示屏。近几年随着高亮度，超高亮度发光二极管技术的成熟，大面积LED显示屏得到了广泛的应用，成为大屏幕，超大屏幕的首选。,100,LED使用,单只发光二极管驱动一般只需要选用合适的限流电阻即可：,G
31、ND,LED二极管驱动方式,101,LED使用,由LED组成具有一定形状的模块，最常见的如八段数码管，则需要使用具有数据寄存能力的器件进行控制（如164/595等），以方便同微处理器接口。,八段数码管的驱动方式,102,多个八段数码管的驱动,103,LED点阵式显示屏驱动,LED显示屏驱动接口电路结构,104,按行扫描方式LED显示屏驱动接口电路,105,LCD显示技术,LCD工作原理LCD利用了光的偏振特性和沿分子排列传播特性。当不加电时两偏振片之间的液晶呈90度扭曲将光从一边传导到另一边，并通过另一边的偏振片；加电时液晶不再扭曲，光线传导到另一边时被偏振片过滤掉。,LCD工作原理示意图,1
32、06,LCD类型,107,选用LCD的主要参数,LCD显示类型段式LCD，字符型LCD，图形点阵式LCD分辨率点阵式LCD需要指定其分辨率，分辨率指水平和垂直方向的点数。常用的小型显示屏分辨率为12864,320240等。背光由于LCD属于被动发光器件，需要外界光源才能显示出信息，因此一般需要背光。背光可以是反射式，也可以是透射式的，如果在黑暗处要看到信息必须使用透射式背光。,108,反射式背光,透射式背光,109,接口方式主要接口方式有总线式和扫描式两种，字符型LCD通常使用总线式接口，能够方便地与微处理器连接。扫描式接口常用于分辨率较高的点阵式显示屏中（240320），这种显示屏需要外部控
33、制器件以扫描方式显示图象到屏幕上，因此需要微处理器具有LCD控制器功能，或外接LCD控制器。色彩STN和TFT屏都能显示彩色，但STN屏效果稍差但价格便宜,110,刷新率刷新率只针对扫描式接口的显示屏，它决定显示控制器的扫描性能要求。其他生产厂家，可视角度，工作温度，亮度，对比度，颜色等。,111,液晶屏接口及驱动（以12864为例）,12864液晶屏是大量应用于低档嵌入式应用的一种显示屏，该显示屏最大显示点阵数为12864，可显示1616点阵汉字4行，每行8个，显示图形时，分辨率为128列64行（实际为256列32行）。很多产品内置汉字及ASCII码字模，可以直接显示汉字及ASCII字符，而
34、无需由微处理器提供字模。,112,12864字符显示12864图形显示,113,12864的接口引脚功能定义一般LCD可支持串行，4位并口，8位并口三种接口方式，为提高传输速度通常使用8位并口模式。,12864的接口引脚功能定义,114,LCD接口说明,LCD显示屏接口主要有两种标准6800系列和8080系列这两种标准的主要区别在于控制信号的构成略有不同，如下表：,115,12864与单片机接口示意图,116,12864基本指令表,117,12864扩展指令,118,LCD字符显示方式,LCD可以采用字符显示，也可以工作于图形显示，当使用字符显示方式时，可以直接用外码作为输入数据，由显示屏自动
35、给出显示字模数据。字符显示的位置由DDRAM给出。,DDRAM地址和显示字符位置关系,119,在字符方式下，显示操作步骤如下：1）用命令写入方式向LCD写入DDRAM地址（809F）2）用数据写操作将要显示的字符外码送给LCD，先高位，后低位，可连续送数据,120,LCD图形显示方式,当LCD工作于图形显示方式时，需要首先确定GDRAM的地址，然后以字节为单位写入图形数据。GDRAM地址和显示图形之间的关系如下：,DDRAM地址和显示字符位置关系,121,进行图形显示，操作步骤如下：1）切换到图形显示模式2）将Y地址送到GDRAM中，0-313）将X地址送到GDRAM中，0-154）将显示数据
36、送入GDRAM，先高字节，后低字节5）切换回字符显示模式,122,课后思考题,请查阅LCD相关技术资料，说明其串行接口和4位数据接口方式下引脚功能。请简要说明LED点阵式显示屏的基本工作原理？,123,3.6 其他硬件接口,在嵌入式系统中，常用的接口还包括键盘接口设计，触摸屏接口，A/D，D/A接口，PWM接口，PS2串口，SPI串口，I2C接口等接口技术。,124,3.6.1 键盘接口设计,在嵌入式系统中，常使用简单的键盘作为人机交互的手段，实现人对设备的操作和控制。常见的键盘电路有独立式键盘和行列式键盘。,125,独立式键盘结构最为简单，直接通过读取与键盘相连的I/O口就可以获得键盘值。但
37、由于每个键需要占用一个I/O口，对于操作键较多的嵌入式应用就难以使用了。,126,行列式键盘，使用行号列号的方式标识键盘的位置，因此能够大大提高I/O口的使用效率，但这种键盘需要相应的扫描软件支持。,127,128,3.6.2 触摸屏接口原理,触摸屏主要分为三大类，即电阻式触摸屏，表面声波触摸屏和电容式触摸屏。1）电阻式触摸屏的特点包括：解析度高，高速反应；较高表面硬度，可具有防擦及防化能力可制成不同类型的表面样式一次校正后具有较高稳定性在嵌入式系统应用较为广泛,129,2）表面声波触摸屏主要特点：清晰度高，透光性好高度耐久，抗刮性能好一次校正，不漂移反应灵敏易受污染影响工作，适合较清洁场所,
38、3）表面声波触摸屏主要特点：清晰度高，透光性好高度耐久，抗刮性能好一次校正，不漂移反应灵敏易受污染影响工作，适合较清洁场所,130,电阻式触摸屏的工作原理,131,3.6.3 A/D,D/A接口,为了获取外部信息，嵌入式微处理器需要将外部的模拟信号转换成一定的数字信息才能进行处理和运算，这就需要A/D转换电路，A/D接口是嵌入式应用中最常见的接口之一。另外在很多控制系统中被控制对象需要以模拟方式进行，因此又需要将嵌入式微处理器输出的数字信号转换成对应的模拟信号，这就需要D/A转换电路完成。,132,A/D电路接口,由于A/D接口在控制系统中使用较多，因此很多单片机都将A/D功能集成在了处理器中
39、，只需要对相应的特殊功能寄存器进行设置就可以了。但是集成在单片机中的A/D器件在转换速度和精度等方面还有一定局限，因此在需要高速，高精度A/D转换还常常使用专用A/D器件。,133,A/D转换器件接口主要有两种，一种是并行接口，这需要占用较多的微处理器I/O口，另一种是串行接口的A/D，可以使用较少的引脚实现与微处理器的连接。,134,3.6.4 I2C总线,I2C（Inter Integrated Circuit BUS）使用两根线路可以实现多个设备的连接和通信，是嵌入式系统中使用较普遍的一种总线。,135,I2C总线工作原理总线上设备分为主设备和从设备，每个从设备使用三根地址线标识其地址，一条总线上最多可连接8个同类从设备。使用SCL作为串行时钟信号，SDA作为串行地址/数据信号通信，时钟由主设备控制。当SCL为保持高，SDA由高变低时表示开始传送数据；当SCL保持高，SDA由低变高时表示数据传送结束。数据传送以字节为单位进行，每个字节传完后需要等待ACK应答。最后主机必须以停止位结束通信。,136,课后思考题,如果要做一个24键的键盘，能否只占用5个MCU的IO口，如果能请给出相关电路，及操作方法。请查阅资料，给出一个串行A/D芯片的接口电路及工作时序,
