第五章 嵌入式硬件体系中的接口设计(1)
嵌入式系统的硬件设计
嵌入式系统的硬件设计嵌入式系统是一种应用广泛的计算机系统，它以特定功能为目的，集成在其他设备或系统中，常常被用于控制、监测、通信等各个领域。
而硬件设计是构建嵌入式系统的关键步骤之一，它负责设计和实现系统的硬件部分，包括电路设计、板级设计以及系统级设计。
本文将以嵌入式系统的硬件设计为主题，探讨其相关内容。
一、嵌入式系统硬件设计的概述嵌入式系统硬件设计是指根据系统的需求和功能，设计和实现系统所需要的电路、存储器、接口等硬件部分。
与传统计算机硬件不同，嵌入式系统硬件设计需要考虑功耗、成本、尺寸和可靠性等方面的要求。
同时，嵌入式系统硬件设计还需要与软件开发密切配合，确保硬件和软件之间的良好配合，提高系统的整体性能和效率。
二、嵌入式系统硬件设计的关键技术1. 电路设计电路设计是嵌入式系统硬件设计的基础，它涉及到电路的原理图设计、布局设计、引脚分配等方面。
在电路设计中，需要选择合适的元件和器件，优化电路的结构和性能，满足系统对电路的要求。
此外，电路设计中还要考虑信号完整性、抗干扰能力、电磁兼容性等因素，以提高系统的可靠性和稳定性。
2. 存储器设计存储器在嵌入式系统中起到重要的作用，用于存储和读取数据、指令等信息。
在存储器设计中，需要选择合适的存储器类型，如SRAM、DRAM、Flash等，并进行存储器的容量规划和接口设计。
此外，存储器的访问速度、功耗和可靠性也是存储器设计中需要考虑的重要因素。
3. 接口设计嵌入式系统通常需要与外部设备或系统进行交互，因此接口设计是嵌入式系统硬件设计的重要组成部分。
在接口设计中，需要选择合适的接口标准和协议，并设计相应的接口电路和信号传输线路。
接口设计不仅要考虑数据传输的可靠性和速度，还需要考虑系统的兼容性和扩展性。
三、嵌入式系统硬件设计的流程嵌入式系统硬件设计的流程通常包括需求分析、系统架构设计、电路设计、布局设计、硬件调试和验证等阶段。
在需求分析阶段，需要明确系统的功能和性能要求，确定硬件设计的目标和约束条件。
嵌入式系统的软硬件接口设计要点
嵌入式系统的软硬件接口设计要点嵌入式系统是一种专门设计用于控制特定设备或系统的计算机系统。
软硬件接口是嵌入式系统中软件和硬件进行通信的关键部分。
一个良好设计的软硬件接口可以提高系统的可靠性、性能和可维护性。
以下是嵌入式系统软硬件接口设计的要点。
1. 规范化接口设计一个好的软硬件接口设计需要符合标准化的原则。
这包括使用标准的通信协议和接口标准，以便软件和硬件之间可以进行有效的通信和交互。
常见的接口标准包括UART、SPI、I2C和CAN等。
选择和应用标准接口可以提高系统的互操作性，方便硬件和软件的开发和维护。
2. 设计合理的接口传输速率嵌入式系统中的软硬件接口往往需要传输大量的数据，因此传输速率非常重要。
接口的传输速率应该与系统的需求相匹配，既不能过慢导致性能下降，也不能过快导致硬件资源的浪费。
在设计接口时，需要考虑传输速率的平衡，以确保数据传输的高效和稳定。
3. 硬件引脚的合理分配嵌入式系统的硬件接口通常需要使用多个引脚进行通信。
在设计接口时，需要合理分配硬件引脚，以便满足系统的需求。
引脚的数量和布局应该考虑到硬件资源的限制和尺寸的限制。
合理布局引脚可以提高系统的可靠性和可维护性。
4. 考虑功耗和电源管理功耗和电源管理是嵌入式系统中重要的考虑因素之一。
在设计软硬件接口时，需要考虑如何最大限度地减少功耗，并有效管理电源。
这可以通过设计低功耗的接口协议、优化硬件和软件的交互过程以及合理选择低功耗的硬件组件来实现。
5. 进行适当的错误处理嵌入式系统中的软硬件接口设计需要充分考虑错误处理机制。
在接口通信过程中，可能出现数据传输错误、通信中断等情况。
为了确保系统的稳定性和可靠性，需要设计适应错误处理机制。
这可以包括数据校验、错误检测和纠正、异常处理等。
适当的错误处理可以减少系统故障和数据损失的可能性。
6. 软硬件协同设计软硬件接口设计需要软硬件协同工作。
软件和硬件之间的接口应该清楚地定义，并有明确的规范和通信协议。
嵌入式原理5嵌入式系统的外围设备和IO接口.ppt
总线接口：I2C、I2S、CAN、以太网 并行接口 串行接口：RS-232、IEEE1394、USB 无线接口：红外线、蓝牙、IEEE802.11、GPRS、CDMA
I/O接口的数据交换方式 DMA、查询、中断
5.1 外围设备
5.1.1 输入设备：小型键盘、触摸屏 5.1.2 输出设备：LED、LCD 5.1.3 扩充设备：PCMCIA、CF、SD、MS 5.1.4 便携式嵌入式系统的电源
扫描仪、摄像机等可将图像信息转换为像点代码，从而输入图 像。
音频信号采集装置能将声音信号转换为数字信号，再通过模拟 量/数字量（A/D）转换，输入计算机。
阅读：键的结构
键帽 恢复弹簧
接触式按键的基本结构
薄膜 衬垫
键杆 键块
触点
磁铁
基底 薄膜式短行程触摸键
密封玻管
直接作用式机械键
干簧管间接作用式
从结构上可以分为两类：接触式、非接触式。 从按键操作方式上可以分为两类：机械动作式、触摸式。
一般由键盘控制器内部自动完成按键的输入扫描、译码和去抖 动处理功能。
当键盘控制器检测到矩阵键盘中有按键被按下时，键盘控制器 的Key引脚将由低电平变为高电平，并一直保持到按键值被读 取为止。
嵌入式处理器从Key引脚得知目前有按键被按下时，将键盘控 制器的CS引脚设为低电平，存储在键盘控制器的寄存器中的 按键值将从键盘控制器的DIO引脚依次输出给嵌入式处理器。
阅读：非接触式键
非接触式键将击键动作引起的其他物理量变化间接转换为电信 号，以避开接触式键存在的触点导通可靠性问题。
常用的非接触式键
①电容式
②感应式
感应式键是真正的无行程触摸键。 常见的有静电感应式、压感式、光遮断式等。
如何进行计算机嵌入式系统的接口设计和调试
如何进行计算机嵌入式系统的接口设计和调试计算机嵌入式系统是应用广泛的计算机系统，其在各行各业中起着至关重要的作用。
而计算机嵌入式系统的接口设计和调试是确保系统正常运行的关键步骤。
本文将从接口设计和调试两方面进行论述，介绍如何进行计算机嵌入式系统的接口设计和调试。
一、接口设计在进行计算机嵌入式系统的接口设计时，需要考虑以下几个方面：1. 系统需求分析首先，需要对系统的需求进行分析，明确系统对接口的要求。
这包括接口的类型、数量、功能等方面的需求。
只有充分了解系统的需求，才能设计出合适的接口。
2. 接口协议设计接口协议是接口设计的基础。
在设计接口协议时，需要考虑数据传输的格式、协议的通信方式、传输速率等因素。
同时，还需要注意接口的可扩展性和兼容性，以便未来对系统进行扩展和升级。
3. 接口硬件设计接口硬件设计是接口设计的关键环节。
在进行接口硬件设计时，需要选择适合的接口芯片或模块，并进行硬件电路的设计。
在设计过程中，需要考虑信号的稳定性、抗干扰能力以及与其他硬件的兼容性等因素。
4. 接口软件设计接口软件设计是接口设计的另一个重要方面。
在进行接口软件设计时，需要制定相应的驱动程序或协议栈，以实现与其他设备的通信。
同时，还需考虑接口的安全性和稳定性，确保接口能够正常工作。
二、接口调试接口调试是测试和验证接口设计的过程。
在进行接口调试时，需要注意以下几个方面：1. 硬件连接检查首先，需要检查接口硬件的连接是否正确，包括接线是否牢固、引脚是否对应等。
只有确保硬件连接正确，才能进行后续的调试工作。
2. 信号测试接下来，需要进行信号测试，验证接口信号的稳定性和波形的准确性。
可以使用示波器等测试设备对接口信号进行监测和录波，以确保信号质量符合要求。
3. 功能测试在信号测试通过后，可以进一步进行功能测试。
即通过发送数据或命令，测试接口的功能是否正常。
可以使用调试器或专门的测试工具对接口进行功能验证。
4. 兼容性测试兼容性测试是对接口与其他设备的兼容性进行验证。
嵌入式系统中软件与硬件接口设计
嵌入式系统中软件与硬件接口设计嵌入式系统是一种具有计算能力和控制能力的系统，它通常由一个或多个嵌入式处理器、存储器、输入输出设备、通信接口等组成。
在嵌入式系统中，软件与硬件紧密结合，相互配合，实现某种具体功能。
因此，在嵌入式系统的设计中，软件与硬件接口设计起着至关重要的作用。
本文将从嵌入式系统中软件与硬件接口设计的角度探讨这一话题。
一、软件与硬件接口设计的基本概念软件与硬件接口设计是指在嵌入式系统中，通过软硬件协同，实现数据交换、控制操作等基本功能的设计。
嵌入式软件通过读取硬件寄存器、控制硬件状态等方式与硬件交互，从而完成一定的任务。
硬件则通过向特定的寄存器写入数据、改变端口状态等方式与软件交互，实现软件的控制。
软件与硬件接口设计需要考虑以下因素：1.硬件资源：硬件资源包括处理器、存储器、输入输出设备、通信接口等，需要合理利用。
2.数据传输：软件与硬件之间的数据传输需要考虑传输方式、传输速度、数据格式等因素。
3.软硬件协同：软硬件必须相互配合，实现整个系统的功能。
二、软件与硬件接口设计的实现方法在嵌入式系统中，软件与硬件接口设计可以通过以下几种方式实现。
1.使用寄存器：在嵌入式系统中，寄存器是实现软件与硬件交互的重要方式。
软件可以读写硬件寄存器，从而实现控制硬件的目的。
硬件也可以通过向特定的寄存器写入数据或改变端口状态等方式与软件交互，实现软件的控制。
2.使用中断：中断是实现软硬件协同的重要方式。
软件可以通过中断响应机制获取硬件状态变化的信息，并及时进行处理。
硬件也可以通过向软件发出中断信号，让软件及时响应并进行处理。
3.使用 DMA：DMA 是一种实现高速数据传输的技术。
在嵌入式系统中，DMA 可以用于实现高速数据传输，减少 CPU 负担，提高系统性能。
三、软件与硬件接口设计的注意事项在软件与硬件接口设计中，需要注意以下几点。
1.确定接口规范：在软件与硬件之间建立数据交换的规范，对于保证系统稳定性和可靠性非常重要。
第五节嵌入式系统的外围接口设计
/XPLLDIS----内部振荡器（石英晶体）/外部时钟源-4位
3、I/O寄存器映射方式
嵌入式处理器与外围接口间交换三种信息： （1）数据信息： 通常通过并行方式在总线上进行数据传输。 （2）控制信息： 处理器通过控制信息控制外围接口的工作。 （3）状态信息： 反映外设的工作状态，是外设传输给处理器的 信息，如Ready、Busy等。
第五节 嵌入式系统的外围接口设计
1、复位方式 2、系统时钟 3、 I/O寄存器映射方式 4、外围接口逻辑电路匹配的问题
外围接口包括： 1、CPU外围电路（如复位电路、时钟电路）， 2、外围I/O模块：包括基本接口、人机接口、通 信接口及控制接口 基本接口：存储器接口（DRAM控制器）、中 断控制器、DMA控制器、定时/计数器、GPIO 人机接口：LCD控制器、语音输入输出、视频 输入输出、键盘、触摸屏等 通信接口：以太网、CAN总线、USB、红外线、 PCMCIA、I2C总线 控制接口：A/D、D/A、PWM
1、复位方式
阻容复位电路 手动复位电路 专用复位电路 软件复位
复位：可靠、抗干扰。
（1）阻容复位电路
时间常数为RC=82ms。 不同CPU的复位时间可能有差异。
（2）手动复位电路
非门最小输入高电平为2.0V，对于RC电路在0.6倍的时间常数
和5V供电时电容上的电压为0.45Vcc=2.25V，对于R=1k， C=22uF，t=0.6*R*C=13ms，满足一般系统复位脉冲宽度大于2 个机器周期的要求。
a、直流扇出
b、交流扇出： 容性负载包括所有输入端电容的并联（和）及线路的 寄生电容。 CL：厂家用于器件特性测试的值，约为50~150pF，在 Datasheet中测试条件中 实际电容量=各逻辑电路的最大输入电容量CINMAX的和 +电路板布线的寄生电容 CINMAX：约为1~5pF 电路板寄生电容一般为1~5pF/inch。 当逻辑电路输出能驱动的电容量CL>实际驱动的负载 电容量时，能够保证器件的特性。否则会对时序的上 升时间和下降时间等产生影响。 增加缓冲器来驱动：Buffer
嵌入式系统(第章 嵌入式系统硬件平台与接口设计)ppt课件
Bank5：RTL8019AS，ISA总线兼容的10M以太网（ PHY＋MAC层）控制芯片。占用系统外部中断1，16位 数据总线；扩展IO口
Bank6：SDRAM，起始地址为0xC000000。在 SDRAM中，前512Kbyte的空间划分出来，作为系统 的LCD显示缓冲区使用（更新其中的数据，就可以更新 LCD的显示）。系统的程序存储空间从0xC080000开 始。也就是，引导系统的时候，需要把system.bin文件 复制到0xC080000开始的地址空间，把PC指针指向 0xC080000。
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详细设计阶段-硬件设计
1. 设计硬件子系统：top-down方法 1. 分成模块 2. 设计框图 3. 例：CPU子系统、存储器子系统等
2. 定义硬件接口 1. I/O端口 2. 硬件寄存器 3. 共享内存 4. 硬件中断 5. 存储器空间分配 6. 处理器的运行速度
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详细设计阶段-软件设计
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3) Boot Loader的任务
Boot Loader是系统加电后首先运行的一段代码，完成 整个系统的加载启动任务。它首先完成系统硬件的初始 化，包括时钟的设置、存储器的映射等。并设置堆栈指 针，然后跳转到操作系统内核入口，如系统在加电或复 位时通常从地址0x00000000处开始执行，而在这个地 址处安排的通常就是系统的Boot Loader程序。
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2）体系结构设计
决定因素
1. 系统是硬实时系统还是软实时系统 2. 操作系统是否需要嵌入 3. 物理系统的成本、尺寸和耗电量是否是产
品成功的关键因素 4. 选择处理器和相关硬件 5. 其他
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3）详细设计阶段-硬件与软件划分 决定哪些用硬件实现，哪些用软件实现？ 例如：
ARM嵌入式系统第5章硬件电路与接口技术精品PPT课件
如果不使用LPC2000的AD功能，或对AD的 要求不高，模拟电源和数字电源可以不分开供电。
最小系统
• 各部件简介 ——电源
CZ 1 PO WER(9V)
D1 1N5819 1 2 3
U1 1
SPX111 7M3 -1.8
1
Vi n
V IN
V OU T
2
V DD 1. 8
C2 1 0u F/1 6V
GN D 1
1 6
4 3
S W1 R ST
U4
MR NC
V CC R ST
P FI
R ST
G ND P FO
S P7 08 S
V DD 3. 3 2 8
7
n RST
5
R1 1 0K
V DD 3. 3
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
62
64 63
P0 . 4 / SCPPK33 ..0 /11C12 //AAAP110 .121 P1 . 2P53 ./ 1E3X/TIA1N30
P0 . 3 /P0S.D5 /A /MIMSAOT00/.0M/AEIT0N .T11
3 0P U3 S PX 11 17 M3 -1 .8
+5V
3
29 nWE 90 nOE
LPC2210
A1 1 A2 2 A3 3 A4 4 A5 5 A6 18 A7 19 A8 20 A9 21 A10 22 A11 23 A12 24 A13 25 A14 26 A15 27 A16 42 A17 43 A18 44
nCS1 6 nOE 41 nWE 17 nBLS140 nBLS039
第五章 嵌入式硬件体系中的接口设计(1)
数据输 入寄存 存储器和I/O选择 器和数 地址 片选 译码器 寄存器选择 据输出 寄存器
图
中断请求 菊花链 逻 辑 中断回答信号 DMA控制器 典型I/O接口与系统总线连接逻辑图
接口与系统的连接
与系统总线相连
实现与CPU的启动、选中 接口等控制信号的配合， 提供传输数据信 息的I/O端口。
接 口
应答信号：接收数据的IC在接收到8bit数据后，向发送 数据的IC发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。CPU向 受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号， CPU接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信 号的判断。若未收到应答信号，由判断为受控单元出现故障。
目前有很多半导体集成电路上都集成了I2C接口。带 有I2C接口的单片机有：CYGNAL的 C8051F0XX系列， PHILIPSP87LPC7XX系列，MICROCHIP的 PIC16C6XX系列等。很多外围器件如存储器、监控芯 片等也提供I2C接口。
2. USB的性能特点
传输速度快 连接简单快捷 通用连接器 无须外接电源
扩充外设能力强
（1）传输速度快
USB 1.0 提供了两种速度：
USB低速1.5Mbps，低速的USB支持低速设备，例 如，调制解调器、键盘、鼠标、优盘、硬盘、光驱 、网卡、扫描仪、数码相机等；
USB全速12Mbps， USB全速的数据传输速度比 RS-232C串口的9600bps快1000多倍，它用于大范围 的多媒体设备。
7.2 常用串行接口及其应用设计
7.2.1 UART串行接口及其连接
1. UART串口概述
A.
B.
C.
UART，即通用异步接收器/发送器（Universal Asychronous Receiver/Transmitter）能完成异步通信 USRT （Universal Sychronous Receiver/Transmitter） 能完成同步通信 USART（Universal Sychronous Asychronous Receiver/Transmitter）既能完成异步又能完成同步通 信
嵌入式硬件系统接口电路设计
ARM Developer Edit-32或 ARM Developer AXD
Suite source Insight Suite
Debug
新建工程 编译源代码
*C,*S
编译连接
仿真调试
并 Arm JTAG 口
下载
串口 USB RJ-45
超级终端
监控程序 运行
[宿主机PC]
网线
串口 USB,RJ-45
图2.4 矩阵式键盘接口电路图
1设计思路
按键按下时，与此键相连的行线与列线导通，行线在无键 按下时处在高电平，显然，如果让所有的列线也处在高电平， 那么，按键按下与否不会引起行线电平的变化，因此， 必须使所有列线处在低电平，只有这样，当有键按下时， 该键所在的行电平才会由高电平变为低电平。CPU根据 行平电的变化，便能判定相应的行有键按下。8号键按下 时，第2行一定为低电平，然而，第2行为低电平时，能否 肯定是8号键按下呢？回答是否定的，因为9、10、11 号键按下同样使第2行为低电平。为进一步确定具体键， 不能使所有列线在同一时刻都处在低电平，可在某一 时刻只让一条列线处于低电平，其余列线均处于高电平， 另一时刻，让下一列处在低电平，依次循环，这种依次 轮流每次选通一列的工作方式称为键盘扫描。
启动器1 启动器2
…… 启动器N
被控对象
传感器1 传感器2
…… 传感器N
应用 软件层
应用程序
系统 文件系统 图形用户接口 任务管理
软件层 实时操作系统（RTOS)
中间层 BSP/HAL硬件抽象间层/板极支持包
硬件层
D/A
通用接口
A/D
嵌入式
ROM
I/O
微处理器
SDRAM
嵌入式系统的软硬件接口设计要点
嵌入式系统的软硬件接口设计要点嵌入式系统是指安装在各种设备中以完成特定功能的计算机系统。
软硬件接口设计是嵌入式系统开发过程中至关重要的一部分，它涉及到软件和硬件之间的通信和交互。
合理的软硬件接口设计能够提高系统性能、可靠性和可维护性，并且帮助开发者更好地利用系统资源。
本文将探讨嵌入式系统软硬件接口设计的关键要点。
1. 接口定义和规范在软硬件接口设计中，首先需要明确定义接口的功能和规范。
接口定义应包含输入和输出信号的类型、数据格式、速率等信息。
接口规范应明确交互的时序和信号传输的电气特性，确保各个模块之间能够正确地进行数据交换。
2. 接口电气特性在嵌入式系统中，电气特性的设计对于接口的可靠性起着至关重要的作用。
应该考虑信号传输的电平、电流、电压等因素，确保信号能够稳定地传递，并且不会因为电压波动或者干扰而导致错误的数据传输。
3. 接口协议选择选择适当的接口协议对于软硬件之间的通信至关重要。
常见的接口协议包括SPI、I2C、UART等。
每种协议都有自己的特点和适用场景，开发者需要根据具体的需求选择合适的协议。
此外，还需要考虑接口的带宽要求、传输距离、可靠性等因素。
4. 中断和DMA的使用在嵌入式系统中，中断和DMA是常用的机制，可以提高系统的性能和响应速度。
中断可以在设备状态发生变化时立即中断CPU的执行，通过ISR（中断服务程序）来处理设备的响应和状态更新。
DMA允许数据在外设和内存之间直接传输，减少了CPU的负载和数据拷贝的时间，提高了系统的效率。
5. 缓冲器和队列设计合理的缓冲器和队列设计能够平衡软硬件之间的性能差异。
在数据传输过程中，由于硬件时钟和软件处理的速度差异，可能会导致数据丢失或者严重的性能下降。
通过使用缓冲器和队列，可以在硬件和软件之间建立一个缓冲区，平衡两者之间的速度差异，并且提高系统性能和稳定性。
6. 数据验证和容错处理在接口设计中，数据的验证和容错是至关重要的。
硬件和软件之间的数据传输可能会受到多种因素的干扰，例如噪声、电磁干扰等。
嵌入式系统开发中的软硬件接口设计研究
嵌入式系统开发中的软硬件接口设计研究嵌入式系统是一种高性能、低功耗、小尺寸的计算机系统，广泛应用于智能手机、智能家居、汽车电子等领域。
在嵌入式系统开发中，软件和硬件之间的接口设计是必不可少的一部分。
本文将从软硬件接口设计研究的角度，探讨嵌入式系统开发中的相关问题。
1. 软硬件接口定义及意义在嵌入式系统中，软件和硬件之间的接口是指两者之间的交互方式和规则。
它是整个系统的重要组成部分，决定了软件能否正确地与硬件进行通信。
软硬件接口设计的好坏直接影响系统的性能、可靠性和开发难度。
软硬件接口设计具有以下几个方面的意义：（1）优化软件和硬件之间的通信。
软硬件接口的优化能够使软件和硬件更好地配合工作，提高系统性能。
（2）简化软件开发过程。
良好的软硬件接口设计使软件开发人员更容易开发出符合需求的软件。
（3）提高系统的可靠性。
软硬件接口的规范能够避免由于通信不畅或超时等原因引起的错误和故障。
2. 软硬件接口设计的关键问题软硬件接口设计的关键问题包括：（1）接口定义。
通过精确定义软硬件接口中传递的信息和信号，确保软件和硬件能够正确地相互作用。
（2）接口协议。
约定软硬件数据传输的格式和规范，确保数据传输的正确性和完整性。
（3）接口传输速度。
针对不同的数据传输需求，选择合适的传输速度。
（4）接口兼容性。
确保接口能够在不同的硬件平台、不同版本的操作系统和不同的应用场景中正常运行。
（5）接口稳定性。
避免由于系统变化或者数据传输错误等原因导致接口不稳定，从而影响系统稳定性。
3. 软硬件接口设计的实践方法为了实现高质量的嵌入式系统开发，软硬件接口设计需要采用以下的实践方法：（1）需求分析。
首先需要对硬件和软件的需求进行分析，并进行需求文档编写，以确保接口设计满足需求。
（2）接口设计。
通过确定接口传输方式，接口协议，接口格式等，制定出规范的接口设计。
（3）接口开发。
基于接口设计规范，进行接口开发和测试，确保接口的正确性。
（4）接口调试。
第5章-嵌入式系统输入输出设备接口
用标准时钟脉冲测定反向积分时间（如计数器），就可以得到对 应于输入模拟电压的数字量，实现A/D转换。
双积分式A/D转换器具有很强的抗工频干扰能力，转换精度高， 但速度较慢。
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双积分式A/D转换图
图5.2.2 （a）双积分式A/D转换器电路结构图
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图5.2.2 （b）积分输出波形
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//Port G控制寄存器 #definerGPGCON （*（volati1e unsigned*）0x56000060） //Port G数据寄存器 #definerGPGDAT （*（volatile unsigned*）0x56000064） //Port G上拉电阻禁止寄存器 #definerGPGUP （*（volatile unsigned*）0x56000068） //Port H控制寄存器 #definerGPHCON （*（volatile unsigned*）0x56000070） //Port H数据寄存器 #definerGPHDAT （*（volatile unsigned*）0x56000074） //Port H上拉电阻禁止寄存器 #definerGPHUP （*（volatile unsigned*）0x56000078）
//第9位为输出引脚
rGPGDAT＝rGPGDAT＆Oxdff | 0x100；//第8位输出为高电平
//第9位输出低电平
for（i = 0；i< 1000000；i++）； //延时
flag = 0；
｝
｝
｝
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5.2 A/D转换器接口
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第五章嵌入式硬件及接口开发
第五章嵌入式硬件及接口开发第5章嵌入式硬件及接口开发预习检查S3C2440处理器可以支持多少存储器那种存储器速度最快S3C2440处理器的GPIO口是什么，怎么配置本章目标了解开发板的硬件电路设计了解ARM接口原理掌握通用IO口，串口，实时时钟的工作原理掌握中断处理的流程掌握Flash存储器、SDRAM的特点掌握I2C工作原理，A/D工作原理。
本章结构硬件及接口开发硬件及接口开发应用系统设计概述应用系统设计概述S3C2440A 概述S3C2440A 概述芯片功能简介芯片功能简介内核概述和存储系统内核概述和存储系统GPIO 接口GPIO 接口UART 接口UART 接口中断处理中断处理系统硬件与接口设计系统硬件与接口设计电源电路电源电路复位电路复位电路实时时钟实时时钟A/D 工作原理A/D 工作原理FLASH 和SDRAM 工作原理FLASH 和SDRAM 工作原理I 2C 的工作原理I 2C 的工作原理5-1ARM 应用系统设计概述嵌入式应用系统的设计包含硬件系统的设计和软件系统设计两个部分两部分的设计是互相关联、密不可分的嵌入式应用系统的设计需要在硬件和软件的设计之间进行权衡与折中。
5-1ARM 应用系统设计概述以ARM 开发板为原型，详细分析系统的软、硬件设计步骤、实现细节以及调试技巧2440核心资源总线隔离驱动168Pin 扩展槽网卡设备LCD 驱动音频电路串口设备USB 设备PCMCIAIDE/CF 卡SD 卡接口IO 扩展电机等其他资源局部总线扩展总线5-2S3C2440A概述S3C2440A是Samsung公司的一款高性能16/32位RISC微控制器内含一个16/32位ARM920T RISC处理器核该芯片功耗低，性能高，周边接口丰富。
5-2S3C2440A概述S3C2440A比较重要的片内外围功能模块包括：外部内存控制器LCD接口3个UART通道/2个SPI通道4个DMA通道1个I2C通道/1个I2S通道1个SD卡/MMC卡接口2个USB主机接口/1个USB设备接口4个PWM定时器和1个内部定时器1个看门狗定时器117个可编程的I/O口/24个外部中断源电源控制器，支持Normal、Slow、Idle及Power-off等4种模式。
嵌入式系统硬件接口设计
嵌入式系统硬件接口设计华清远见今日课程内容大纲v 嵌入式硬件系统组成 v 嵌入式硬件系统常见接口简介 v I2C总线接口设计 v SPI总线接口设计华清远见嵌入式硬件系统组成华清远见Intel公司Xscale处理器华清远见S3c2410处理器华清远见EP9315处理器华清远见嵌入式硬件系统常见接口简介v SDRAMØ Synchronous Dynamic Random Access Memory Ø SDRAM内部使用通常的dram单元来存储数据 Ø 接口部分采用同步的寄存器与外界逻辑相连v 特性Ø 同步——接口信号使用同一个时钟同步 Ø 动态——存储器阵列需要不断刷新 Ø 寻址——采用列地址+行地址进行二维寻址华清远见嵌入式硬件系统常见接口简介v Flash芯片分类Ø NOR FLASH——可以直接寻址，支持XIP， 擦写较慢 Ø NAND FLASH——不能直接寻址，靠命令访 问，不支持XIP，擦写速度快，容量大v 常见Flash供应商Ø INTEL——nor flash Ø Spansion——nor flash Ø samsung——nand flash Ø hynix——nand flash Ø toshiba——nand flash华清远见Nor FLASH管脚与连接实例华清远见Nand FLASH管脚与连接实例华清远见嵌入式硬件系统常见接口简介v UART（串口）Ø 异步串行总线接口 Ø 作为嵌入式目标板与主机的连接之用 Ø 用作打印输出及命令输入（不作为数据输入用）华清远见I2C总线接口设计v I2C简介v I2C的历史，最开始用来控制智能电池 v I2C使用两根双向信号线来传递数据Ø Serial Clock Line (SCL) Ø Serial Data Address (SDA)v 总线速度分为标准速度100kbps，快速模式400kbps，高速模式3.4Mbps v 特点是：半双工，仅需要两根线 （所以又被称为2-wire总线）华清远见I2C总线硬件协议介绍v SDA下降沿跟随一个SCL下降沿表示传输开始 v SCL上升沿跟随一个SDA上升沿表 示传输结束 v 主设备传送一个字节到从设备华清远见I2C总线结构框图华清远见I2C总线的限制v I2C总线设备都是OC/OD输出，所以高电平靠上拉电阻产生v 由于驱动能力和静态功耗限制，上拉电阻不能取太小值，导致电压上 升率dV/dt受限 v I2C总线上总负载电容越小越有利于 驱动 v I2C高速规范要求负载电容小于 400pf华清远见 v IICCONØ Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø实例分析-S3C2410 i2c控制器Bit7 ACK使能位 Bit6 发送时钟分频选择 Bit5 中断使能 Bit4 未处理中断标志 Bit[3:0] 发送时钟分频步长 Bit[7:6] 模式选择（主/从，收/发） Bit5 总线状态指示 Bit4 数据输出使能 Bit3 总线仲裁状态 Bit2 从设备地址匹配状态 Bit1 0地址状态 Bit0 接收最低bit状态v IICSTATv IICDSØ Bit[7:0]数据寄存器v IICADDØ Bit[7:1] 7位地址寄存器华清远见SPI总线接口设计v SPI总线从本质讲是一个同步串行总线，最早使用在motorola的68系列单片机上 v 目前SPI总线广泛使用在各种嵌入式设备 上。
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卫星通信接口
串行通信接口
UART接口 SPI接口 JATA接口 1-wire接口 SPP打印接口 EPP打印接口
IIC/SCCB接口 USB接口 1394接口
并行通信接口 近距离通信接口 有线通信接口 人机通信接口
键盘输入接口 LED显示接口 LCD显示接口
ISA/PC104总线接口 PCI/CPCI总线接口
2. USB的性能特点
传输速度快 连接简单快捷 通用连接器 无须外接电源
扩充外设能力强
（1）传输速度快
USB 1.0 提供了两种速度：
USB低速1.5Mbps，低速的USB支持低速设备，例 如，调制解调器、键盘、鼠标、优盘、硬盘、光驱 、网卡、扫描仪、数码相机等；
USB全速12Mbps， USB全速的数据传输速度比 RS-232C串口的9600bps快1000多倍，它用于大范围 的多媒体设备。
7.2.1 UART串行接口及其连接
UART是通用异步收发器（异步串行通信口）的英 文（Universal Asychronous Receiver/Transmitter）缩写是一种通用串行数据 总线，用于异步通信。该总线双向通信，可以实现 全双工传输和接收。
在嵌入式设计中，UART用来与PC进行通信，包括 与监控调试器和其它器件，如EEPROM通信。
7.2.4
USB总线
1. USB总线简介
USB（Universal Serial Bus，通用串行总线)，是 由Conpaq，DEC，IBM，Inter，Microsoft，NEC和 Northen Telecom等7家公司联合开发的一种流行的外设 接口标准 1996年2月公布了USB 1.0版本，传输速率有低速 1.5Mbps和高速12Mbps两种模式。 2000年4月27日发布USB 2.0标准，USB 2.0兼容所有 USB 1.0外部设备及电缆线等，传输速率达480Mbps。 USB 2.0不仅使USB大大提速，而且使更多的设备可以经 USB连接到PC。
I2C总线广泛的应用于嵌入式系统的主板上的各个部 件之间的连接与通信。
I2C总线系统结构图
25
①
2. I2C总线的优点：
结构简单，占用的空间小，减少了电路板的空间和芯片
管脚的数量。
②
标准模式下的传输速率为0~100kbps，在高速模式下的 传输速率是0~400kbps。
③
总线的长度可高达25英尺并且以10Kbps的最大传输速 率支持40个组件。
（2） RS-232串行总线接口
目前RS-232是PC机与通信工业中应用最广泛的一种 串行接口。RS-232被定义为一种在低速率串行通信 中增加通信距离的单端标准。RS-232采取不平衡传 输方式，即所谓单端通信。
典型的RS-232信号在正负电平之间摆动
在发送数据时，发送端驱动器输出正电平在+5～+15V， 负电平在-5～-15V电平。 当无数据传输时，线上为TTL，从开始传送数据到结束， 线上电平从TTL电平到RS-232电平再返回TTL电平。 接收器典型的工作电平在+3～+12V与-3～-12V。
与I/O设备相连
随接口类型的不同而异， 其电路结构与设备传输数 据的要求以及数据格式紧 密相关。
7.1.3 嵌入式系统接口的控制方式
1. 程序查询方式
通过编程，用CPU直接控制I/O接口的数据传输。 优点：较硬件实现简单，成本低 缺点：CPU用来控制I/O,则它的总体利用率不高，效 率低
7.1.3 嵌入式系统接口的控制方式
数据输 入寄存 存储器和I/O选择 器和数 地址 片选 译码器 寄存器选择 据输出 寄存器
图
中断请求 菊花链 逻 辑 中断回答信号 DMA控制器 典型I/O接口与系统总线连接逻辑图
接口与系统的连接
与系统总线相连
实现与CPU的启动、选中 接口等控制信号的配合， 提供传输数据信 息的I/O端口。
接 口
（1）RS-232、RS-422与RS-485的由来
RS-232、RS-422与RS-485都是串行数据接口标准， 最初都是由电子工业协会（EIA）制订并发布的， RS-232在1962年发布，命名为EIA-232-E，作为工 业标准，以保证不同厂家产品之间的兼容。
RS-422是为弥补RS-232通信ห้องสมุดไป่ตู้离短、速率低的缺 点而提出的。RS-485标准。EIA于1983年在RS-422 基础上制定的。
max232是美信（Maxim）公司生产电压转换芯片， 将TTL电平转换成可以和PCI机的RS-232标准串口匹配 的电压，max232使用+5v单电源供电。
7.2.2
内部集成（I2C）总线
1. I2C总线简介 I2C(Inter－Integrated Circuit)总线是一种由 PHILIPS公司开发的两线式串行总线。 I2C总线产生于20世纪80年代，最初为音频和视频设 备开发，目前大多数的嵌入式处理器都集成了I2C总 线接口，许多的I/O芯片具有I2C总线接口，如 E2PROM存储器，温度传感器等。
7.2.1 UART串行接口及其连接
COM口是PC机上异步串行通信口的简写。
由于历史原因，IBM的PC机外部接口配置为RS232， 成为实际上的PC机界默认标准。所以，现在PC机的 COM口均为RS232。若配有多个异步串行通信口，则分 别称为COM1、COM2... 。
2. 串行通信接口RS-232、RS-422和RS-485
7.2.1 UART串行接口及其连接
UART包括了RS232、RS499、RS423、RS422 和RS485等接口标准规范和总线标准规范，即 UART是异步串行通信口的总称。 而RS232、RS499、RS423、RS422和RS485等 ，是对应各种异步串行通信口的接口标准和总线标 准，它规定了通信口的电气特性、传输速率、连接 特性和接口的机械特性等内容。
设计中断和DMA
7.1.3
嵌入式系统接口的控制方式
数据缓冲功能
信息的格式的转换 协调信息的类型和信号电平的差异
接 口 的 功 能
协调时序差异
地址译码和设备选择功能
设计中断和DMA
接口与系统的连接
数据/状 总线收发 态/控制 器和相应 逻辑电路 读/写 使能 联络 信号 控制 状态 控制线 寄存器 控制 寄存器 数据线 输入/ 输出 设备
过程中，I2C总线上并接的每一模块电路既是主控器（或
被控器），又是发送器（或接收器）。
I2C总线的信号类型 I2C总线在传送数据过程中共有三种类型信号， 分别 是开始信号、结束信号和应答信号。
②
开始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳 变，开始传送数据。 结束信号：SCL为低电平时，SDA由低电平向高电平跳 变，结束传送数据。
第五章 嵌入式硬件体系中的接口设计（1）
7.1 嵌入式系统接口概述
嵌入式系统的接口是其核心微控制器与外部设备进行 连接和数据交换的必经通道。
7.1.1 嵌入式系统接口的类型划分
近距离通信接口 有线通信接口 远距离通信通信接口（现场总线接口）
嵌入式系统接口
GSM/CDMA通信接口 无线通信接口 红外通信IrDA接口
RS-232是为点对点通信而设计的具有以下特点
其驱动器负载为3～7kΩ。
共模抑制能力差 传送距离最大为约15米
最高速率为20kb/s。
所以RS-232适合本地设备之间的通信。
（3）RS-422串行总线接口
是一种平衡通信接口 其传输速率提高可达10Mbit/s
并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。
USB 2.0的数据传输速度可以高达480Mbps
（2）连接简单快捷
USB连接简单快捷，可以进行热插拔。即设备连
到USB时，不必打开机箱，也不必关闭主机电源
（3）通用连接器
USB用一种通用的连接器可以连接多种类型的外设 ，其外型为4针插头。
（4）无须外接电源 由 USB 总 线 提 供 电 源 到 外 部 设 备 ， USB 能 提 供 +5V/500mA的电源，供低功耗USB设备如USB键盘、 USB鼠标、优盘等作电源使用；但需高功耗的USB设备, 如 扫 描 仪 等 仍 需 自 带 电 源 ； USB 还 采 用 APM （ Advanced Power Management）技术，可以有效地节 省电源功耗
工业板卡通信接口
远距离通信通信 接口（现场总线 接口）
RS-458总线接口 仪表总线接口 CAN总线接口 EMAC总线接口 LonWorks总线接口 PRODIBUS总线接口
7.1.2 接口的功能
数据缓冲功能
信息的格式的转换 协调信息的类型和信号电平的差异
接 口 的 功 能
协调时序差异
地址译码和设备选择功能
EMCU 子系统
E2PROM
数字传感器
I2C总线的应用例子
例：X24C04与MCS-51单片机软硬件的实现
X24C04是 XICOR公司的CMOS 4096位串行EEPROM，内部组织 成512×8位，16字节页面写。
VCC
X24C04 1 2 3 4 A0 A1 A2 VSS VCC /WC SCL SDA
④
I2C总线支持多主控，一个主机可以寻址127个从机。
3. I2C总线的构成及信号类型
①
I2C总线的构成 I2C总线是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，
可发送和接收数据。在CPU与被控IC之间、IC与IC之间 进行双向传送，最高传送速率100kbps。