第4章 嵌入式系统的外围设备.pdf
《第4章 嵌入式系统的外围设备.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第4章 嵌入式系统的外围设备.pdf(83页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、4.1 实时时钟实时时钟 4.2 存储设备存储设备 4.3 输入设备输入设备 4.4 输出设备输出设备 4.5 外设接口外设接口 4.6 通讯接口通讯接口 4.7 本章小结 习题 本章小结 习题 第第4章 嵌入式系统的外围设备章 嵌入式系统的外围设备 4.1 实时时钟实时时钟 功能功能 提供可靠的时钟信息,包括时分秒和年月日提供可靠的时钟信息,包括时分秒和年月日 即使系统处于关机或停电状态,实时时钟通 过后备电池供电也能正常继续工作 即使系统处于关机或停电状态,实时时钟通 过后备电池供电也能正常继续工作 使用使用 一些嵌入式处理器一些嵌入式处理器(如如S3C2410处理器处理器 )芯片 内部集
2、成了实时时钟单元; 未集成时,则需要外扩实时时钟芯片 芯片 内部集成了实时时钟单元; 未集成时,则需要外扩实时时钟芯片 外围电路:典型的只需要一个高精度的晶振外围电路:典型的只需要一个高精度的晶振 4.2 存储设备存储设备 功能 提供执行程序和存储数据所需空间 功能 提供执行程序和存储数据所需空间 种类种类 RAM和和ROM两种两种 特点 半导体器件而非磁质材料 具有密度大、体积小、访问速度快、性能可靠、 使用寿命长的优点,适合于嵌入式应用领域 特点 半导体器件而非磁质材料 具有密度大、体积小、访问速度快、性能可靠、 使用寿命长的优点,适合于嵌入式应用领域 4.2 存储设备存储设备 1.RAM
3、 (Random Access Memory) 内部结构:内部结构:44 RAM 每个内存单元存储一个位(每个内存单元存储一个位(Bit)的数据)的数据 使能线使能线+地址线 地址线 rd/wr线控制线控制 图图4-2 RAM内部结构内部结构 4.2 存储设备存储设备 特点特点 可读可写,读取和写入一样快速可读可写,读取和写入一样快速 上电数据保存,掉电数据丢失 作为内存使用。 上电数据保存,掉电数据丢失 作为内存使用。 种类种类 SRAMSRAM DRAMDRAM 4.2 存储设备存储设备 (1) SRAM (静态随机存取存储器静态随机存取存储器 ) 内部结构内部结构 由正反器电路组成由正反
4、器电路组成 S=1、R=0时时,输出输出Q =1 S=0、R=1时时,输出输出Q =0 每一位存储单元电路 需要 每一位存储单元电路 需要6个晶体管个晶体管 图图4-3 SRAM结构结构 4.2 存储设备存储设备 特点特点 数据存取速度较快数据存取速度较快 比较容易和处理器制造在同一个芯片中比较容易和处理器制造在同一个芯片中 数据不需实时刷新数据不需实时刷新 但成本较高但成本较高 4.2 存储设备存储设备 (2) DRAM (动态随机存取存储器动态随机存取存储器) 内部结构内部结构 存储单元由一个电 容和一个晶体管组成 存储单元由一个电 容和一个晶体管组成 解码线使晶体管导通后, 通过 解码线
5、使晶体管导通后, 通过 rd/wr 线读取电容 电压,或者对电容充放电 线读取电容 电压,或者对电容充放电 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 4.2 存储设备存储设备 特点特点 容量较大,约是容量较大,约是 SRAM 的的4倍倍 成本低成本低 但由于电容的充放电原因,数据需要进行实 时刷新操作 但由于电容的充放电原因,数据需要进行实 时刷新操作 4.2 存储设备存储设备 2.ROM (Read-Only Memory) 内部结构内部结构 存储数据方式利用可规划式接线的短路或断路 来实现,具体接线的规划方式由 存储数据方式利用可规划式接线的
6、短路或断路 来实现,具体接线的规划方式由ROM的类型决 定 的类型决 定 使能线使能线 + 地址线地址线 图图4-5 ROM结构示意图结构示意图 4.2 存储设备存储设备 特点特点 数据可以读取数据可以读取,但不能任意更改但不能任意更改 掉电情况下数据不会丢失 程序可存放在 掉电情况下数据不会丢失 程序可存放在ROM中中 种类种类 EPROM,EEPROM Flash 4.2 存储设备存储设备 (1) EPROM (Erasable ProgramEnable Read-Only Memory) 4.2 存储设备存储设备 内部结构内部结构 图图(a)使用金氧半导体使用金氧半导体 (MOS) 具
7、有浮动栅极具有浮动栅极 图图(b):电可编程电可编程 栅极正电压使电子经 绝缘体层到达栅极 栅极正电压使电子经 绝缘体层到达栅极 栅极被充电后,源栅极被充电后,源-漏 极间为截止状态 漏 极间为截止状态,形成 断路,逻辑输出为 形成 断路,逻辑输出为0; 相反,逻辑输出为 ; 相反,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 4.2 存储设备存储设备 图图(c):紫外线擦除紫外线擦除 紫外线通过石英窗 直接照射 紫外线通过石英窗 直接照射 栅极的电子又通过 绝缘体回到 栅极的电子又通过 绝缘体回到N通道,通道, 为防自然光照射,石英 窗上粘贴上反光胶布 为防自然光照射,石
8、英 窗上粘贴上反光胶布 EPROM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原理 图图4-10 EPROM的外观的外观 4.2 存储设备存储设备 特点特点 一种只读存储器一种只读存储器 电可编程电可编程 紫外线擦除 适合少量生产或是产品开发调试实验 紫外线擦除 适合少量生产或是产品开发调试实验 4.2 存储设备存储设备 (2) EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory ) 内部结构内部结构 与EPROM类似,具有浮动栅极与EPROM类似,具有浮动栅极 与EPROM不同,源极、漏极、浮
9、动栅极、P型基 底接上不同的电压进行写入、擦除和读出 见下图4-11 与EPROM不同,源极、漏极、浮动栅极、P型基 底接上不同的电压进行写入、擦除和读出 见下图4-11 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 4.2 存储设备存储设备 特点特点 与与EPROM类似,电可编程类似,电可编程 与与EPROM不同,电可擦除不同,电可擦除 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 针对每个存储单元进行擦除操作针对每个存储单元进行擦除操作 擦除次数达到一万次以上擦除次数达到一万次以上 EEPROM的使用比的使用比EPROM更普遍更普遍
10、 4.2 存储设备存储设备 (3) Flash Memory (闪存闪存) 内部结构内部结构 是是EEPROM 的延伸产品,也采用浮动栅极原理的延伸产品,也采用浮动栅极原理 但其浮动栅极与通道间的距离较短但其浮动栅极与通道间的距离较短 特点特点 数据写入速度快(因为浮动栅极与通道间的距离 比较短),故得名“闪存” 数据写入速度快(因为浮动栅极与通道间的距离 比较短),故得名“闪存” 可以一大块数据直接进行清除,使用方便 例: 可以一大块数据直接进行清除,使用方便 例:PDA中作为程序存储器,操作系统版本的 升级和改变只需重写 中作为程序存储器,操作系统版本的 升级和改变只需重写Flash 4.
11、2 存储设备存储设备 种类种类 NOR 型型 Flash NAND 型型 Flash NOR型闪存型闪存 读取动作与读取动作与RAM 类似,可直接某个内存空间进行 方便的读取操作 类似,可直接某个内存空间进行 方便的读取操作 成本较高成本较高 每个内存单元每个内存单元 (cell) 的面积比较大,因此存储容量 较小 的面积比较大,因此存储容量 较小 4.2 存储设备存储设备 NAND型闪存型闪存 必须通过必须通过 I/O 指令的方式进行读取,因此须通过驱 动程序来读取 指令的方式进行读取,因此须通过驱 动程序来读取 成本较低成本较低 每个内存单元面积较小,因此存储容量较大 常用来制作扩充记忆卡
12、,如 每个内存单元面积较小,因此存储容量较大 常用来制作扩充记忆卡,如 CF(Compact Flash Card)存储卡、存储卡、SD (Secure Digital Card)卡、卡、MS (Memory Stick)卡、卡、SMC(Smart-Media Card)卡 等 卡 等 4.3 输入设备输入设备 小型键盘小型键盘 触摸屏触摸屏 4.3.1 小型键盘小型键盘 功能功能 嵌入式系统的一种常用输入设备嵌入式系统的一种常用输入设备 例如:收款机系统 由几个简单的数字键和功能键组成 。 例如:收款机系统 由几个简单的数字键和功能键组成 。 4.3.1 小型键盘小型键盘 结构:结构:矩阵键
13、盘矩阵键盘 16个按键接至个按键接至4条行输出条行输出XOX3和和4条列输入条列输入YO Y3上上 图图4-12 键盘与键盘控制器电路工作原理示意图键盘与键盘控制器电路工作原理示意图 节省节省I/O端口资源端口资源 4.3.1 小型键盘小型键盘 工作原理工作原理 键盘控制器 扫描按键输入 键盘控制器 扫描按键输入(逐行输出,逐列检测逐行输出,逐列检测) 译码消抖按键值存放在寄存器中译码消抖按键值存放在寄存器中 嵌入式处理器:嵌入式处理器: Polling或或Key管脚管脚Interrupt方式检测方式检测 CS 管脚使能从管脚使能从DIO管脚依次读取管脚依次读取 4.3.2 触摸屏触摸屏 功能
14、功能 在液晶屏上叠加一片触摸屏,用触控笔或手指头 直接点选按键或输入文字 在液晶屏上叠加一片触摸屏,用触控笔或手指头 直接点选按键或输入文字 轻薄短小,便于携带,使用方便 注:触摸屏与 轻薄短小,便于携带,使用方便 注:触摸屏与LCD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 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 LCD 坐标系中的位置坐标系中的位置 4.3.2 触摸屏触摸屏 种类种类 电容式:最早出现电容式:最早出现 表面声波式表面声波式 电阻式:主要产品,市场份额电阻式:主要产品,市场份额72% XGT式 :最新技术,市场份额式 :
15、最新技术,市场份额20% 4.3.2 触摸屏触摸屏 1.电容式触摸屏电容式触摸屏 工作原理工作原理 触摸时,人体电场、用户和触摸屏表面形成 一耦合电容 触摸时,人体电场、用户和触摸屏表面形成 一耦合电容 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 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 流经四个角落电极的电流与手指到四角的距 离成正比 流经四个角落电极的电流与手指到四角的距 离成正比 4.3.2 触摸屏触摸屏 特点特点 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 人体成为回路的一部分,因而漂移现象比较 严重 人体成为回路的一部分,因而漂移现象比较
16、严重 人体戴手套式不起作用人体戴手套式不起作用 需经常校正需经常校正 不适用于金属机柜不适用于金属机柜 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 4.3.2 触摸屏触摸屏 2.表面声波式触摸屏表面声波式触摸屏 工作原理:工作原理: 物体触摸到表面时,阻碍声波的传输物体触摸到表面时,阻碍声波的传输 换能器侦测到这个变化,反映给计算机,进 而进行鼠标的模拟 换能器侦测到这个变化,反映给计算机,进 而进行鼠标的模拟 4.3.2 触摸屏触摸屏 特点特点 高清晰度,透光性好高清晰度,透光性好 高度耐久,抗刮伤性良好高度耐久,抗刮伤性良好 一次校正不漂移一次校正不漂移 灰尘
17、、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 较清洁的场所 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 较清洁的场所 4.3.2 触摸屏触摸屏 3.电阻式触摸屏电阻式触摸屏 工作原理工作原理 两层导电薄膜, 上层可伸缩 两层导电薄膜, 上层可伸缩 触碰后上下电 极导通,通过 电位差计算 触碰后上下电 极导通,通过 电位差计算(X,Y)值值 图图4-13 电阻式触摸屏工作原理示意图电阻式触摸屏工作原理示意图 4.3.2 触摸屏触摸屏 特点特点 高解析度,高速传输反应高解析度,高速传输反应 表面硬度处理,减少擦伤、刮伤及防化
18、学处理表面硬度处理,减少擦伤、刮伤及防化学处理 具有光面及雾面处理具有光面及雾面处理 一次校正,稳定性高,永不漂移一次校正,稳定性高,永不漂移 4.3.2 触摸屏触摸屏 4.XGT式触摸屏式触摸屏 工作原理工作原理 采用纯玻璃面板采用纯玻璃面板 将电压连到玻璃基板的将电压连到玻璃基板的4个角落,产生一个电 场 个角落,产生一个电 场 通过特殊的有线触控笔去触控输入,其它实 体碰触不会有反应,电场的变化对应碰触位 置 通过特殊的有线触控笔去触控输入,其它实 体碰触不会有反应,电场的变化对应碰触位 置 4.3.2 触摸屏触摸屏 特点特点 结合了电阻式和表面声波式触摸屏的优点结合了电阻式和表面声波式
19、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 寿命大约是前类产品的寿命大约是前类产品的 100 倍左右倍左右 透光率较透明导电薄膜的提高了透光率较透明导电薄膜的提高了 15% 左右左右 可应用于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 可应用于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 4.4 输出设备输出设备 LED LCD 4.4.1 LED 功能 作为电源指示灯、电平指示、工作状态显示或微 光源之用 功能 作为电源指示灯、电平指示、工作状态显示或微 光源之用 种类种类 发光二极管(基本单元)发光二极管(基本单元) 数码管、符号管、米字管
20、、点阵显示 屏数码管、符号管、米字管、点阵显示 屏 4.4.1 LED 1.发光二极管(发光二极管(LED,Light Emitting Diode) 工作原理工作原理 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 还具有发光特性还具有发光特性 特点 耗电少、成本低、配置简单灵活、安装方便、 耐振动、寿命常 特点 耗电少、成本低、配置简单灵活、安装方便、 耐振动、寿命常 4.4.1 LED 种类种类 按发光颜色 红色、橙色、绿色、蓝光、多色等 按发光颜色 红色、橙色、绿色、蓝光、多色等 按出光面特征(形状) 圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面 安装用微型管等 按出光面特征
21、(形状) 圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面 安装用微型管等 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 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 4.4.1 LED 2.数码管数码管 结构结构 七段条状发光二极管组成“日”字型,实现 数字 七段条状发光二极管组成“日”字型,实现 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 共阳极或共阴极电气连接方式 见下图 共阳极或共阴极电气连接方式 见下图4-14 4.4.1 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 4.4.1 LED 工作原理:以共阴极为例工作原理:以共
22、阴极为例 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 驱动方式驱动方式 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 动态驱动:共一个并口,轮询以节省资源动态驱动:共一个并口,轮询以节省资源 4.4.1 LED 3.其它其它LED 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 符号管符号管:显示显示+、-或号等或号等 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 段数 码管 类似 工作 原理 与七 段数 码管 类似 4.4.2 LCD 工作原理工作原理 液
23、晶特性液晶特性 介于固态与液态之间的物质,同时具备固态 晶体的光学特性和液态物质的流动特性 介于固态与液态之间的物质,同时具备固态 晶体的光学特性和液态物质的流动特性 当液晶被送上电压后,液晶的内部结构会产 生扭曲 当液晶被送上电压后,液晶的内部结构会产 生扭曲 通过液晶的光线因为液晶内部的结构而改变 光线的行径 通过液晶的光线因为液晶内部的结构而改变 光线的行径 4.4.2 LCD 液晶屏液晶屏 背光板:光源背光板:光源 液晶阵列:液晶阵列: 每一个图案像素用 一个液晶单元表示 每一个图案像素用 一个液晶单元表示 对液晶单元施以不同电压以改变对应像素的光线行径对液晶单元施以不同电压以改变对应
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第4章 嵌入式系统的外围设备 嵌入式 系统 外围设备
链接地址:https://www.31doc.com/p-2490090.html