外設(shè)接口有什么作用
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(xué)習(xí)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(jī)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(diǎn)
– 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(shí)序
起始位
– 邏輯“1” —>邏輯“0”;
– 持續(xù)一個(gè)比特時(shí)間的邏輯“0”;
數(shù)據(jù)位
– 數(shù)據(jù)位為5-8位 ;
– 傳送時(shí),低位在前,高位在后;
校驗(yàn)位
– 僅占一位,奇校驗(yàn)、偶校驗(yàn)、無校驗(yàn);
– 奇校驗(yàn):字符的各數(shù)位和校驗(yàn)位, “1” 的個(gè)數(shù)為奇數(shù)
– 偶校驗(yàn):字符的各數(shù)位和校驗(yàn)位, “1” 的個(gè)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(shí),開始檢查是否為有效起始位
2) 開啟采樣定時(shí)器,定時(shí)時(shí)間為Tc=Td/4
3) 當(dāng)采樣定時(shí)器超時(shí),在“采樣點(diǎn)1”開始采樣,并記錄1;
4) 當(dāng)采樣定時(shí)器再次超時(shí),在“采樣點(diǎn)2”開始采樣,并記錄2;
5) 當(dāng)采樣定時(shí)器再次超時(shí),在“采樣點(diǎn)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(shí)器再超時(shí)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(yàn)位
奇/偶校驗(yàn)或無校驗(yàn)
– 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(yīng)用及接口電路
MCU控制UART信號的輸入輸出為TTL電平,擴(kuò)展電路中往往是其他標(biāo)準(zhǔn)電平,因此電平信號一般會(huì)需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換或隔離轉(zhuǎn)換。
應(yīng)用舉例:
a) 擴(kuò)展RS232接口電路
b) 擴(kuò)展RS485接口電路
c) 擴(kuò)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(diǎn)
– 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(shí)鐘線(SCL)
– 多主機(jī)總線,但在同一時(shí)間點(diǎn),只允許一個(gè)主機(jī)和多個(gè)從機(jī)
– 總線上的器件都有唯一的地址識別
– 由主機(jī)提供時(shí)鐘SCL信號,并通過命令尋址操作從機(jī)
– 串行的8 位雙向數(shù)據(jù)傳輸位速率在標(biāo)準(zhǔn)模式下可達(dá)100kbit/s 快速模式下可達(dá)400kbit/s 高速模式下可達(dá)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(shí)SDA 線從高電平向低電平切換;
– 結(jié)束條件:當(dāng)SCL 是高電平時(shí)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(shí)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(shí)鐘信號是低電平時(shí)才能改變
字節(jié)傳輸
– 發(fā)送到SDA 線上的每個(gè)字節(jié)必須為8 位,每次傳輸字節(jié)數(shù)量不限;
– 傳輸時(shí),高位在前,低位在后;
– 從機(jī)要完成一些其他功能后才能接收下一個(gè)完整的數(shù)據(jù)字節(jié),可以使時(shí)鐘線SCL 保持低電平,迫使主機(jī)進(jìn)入等待狀態(tài),當(dāng)從機(jī)準(zhǔn)備好接收下一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)并釋放時(shí)鐘線SCL 后,數(shù)據(jù)傳輸繼續(xù)。
握手響應(yīng)
– 數(shù)據(jù)傳輸必須帶響應(yīng),響應(yīng)時(shí)鐘脈沖由主機(jī)產(chǎn)生,在響應(yīng)的時(shí)鐘脈沖期間主機(jī)發(fā)送器釋放SDA 線(高);
– 響應(yīng)期間若從機(jī)認(rèn)為正常,拉低數(shù)據(jù)線;
– 若從機(jī)認(rèn)為異常,數(shù)據(jù)線保持高電平,主機(jī)然后產(chǎn)生一個(gè)停止條件終止傳輸或者產(chǎn)生重復(fù)起始條件開始新的傳輸 ;
從機(jī)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(jī)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(yīng)用及接口電路
– RTC時(shí)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(diǎn)
– 主要應(yīng)用在 EEPROM,F(xiàn)LASH,實(shí)時(shí)時(shí)鐘,AD轉(zhuǎn)換器等
– 以主從方式工作,有一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)或多個(gè)從設(shè)備
– 全雙工通信方式,可同時(shí)發(fā)送和接收8(16)位數(shù)據(jù)
– 高速通信,一般可以達(dá)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(shí)鐘),CS(片選)
– 一個(gè)缺點(diǎn):沒有指定的流控制,沒有應(yīng)答機(jī)制確認(rèn)
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(shí)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(shí)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(shí)鐘上升沿或下降沿時(shí)改變,在緊接著的下降沿或上升沿被讀取
– 在至少8次時(shí)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(shí)鐘極性和相位影響SPI的通信
• 時(shí)鐘極性CPOL=0時(shí),總線空閑狀態(tài)為低電平
• 時(shí)鐘極性CPOL=1時(shí),總線空閑狀態(tài)為高電平
• 時(shí)鐘相位CPHA=0時(shí),在串行同步時(shí)鐘的第一個(gè)跳變沿 (上升或下降)數(shù)據(jù)被采樣
• 時(shí)鐘相位CPHA=1時(shí),在串行同步時(shí)鐘的第二個(gè)跳變沿(上升或下降)數(shù)據(jù)被采樣
傳輸時(shí)序
應(yīng)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(diǎn)
– 控制方便、使用靈活、應(yīng)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(diǎn)的,其IO只有輸入輸出功能
• 高端的,則可能會(huì)有IO速度配置、IO口線中斷等功能
四種主要配置
– 準(zhǔn)雙向輸入輸出
• 特點(diǎn):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(shí)驅(qū)動(dòng)能力很弱,允許外部裝置將其拉低
• 輸出為低時(shí),它的驅(qū)動(dòng)能力很強(qiáng),可吸收相當(dāng)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(dòng)較大的電流
• 下拉結(jié)構(gòu)與開漏輸出以及準(zhǔn)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(fù)用
• 驅(qū)動(dòng)能力
應(yīng)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(dú)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(dòng)進(jìn)行編寫,芯片會(huì)有支持
– 以太網(wǎng)一般通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)方式進(jìn)行應(yīng)用,協(xié)議也無須自己開發(fā),芯片或廠商會(huì)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(biāo)準(zhǔn),用于規(guī)范電腦與外部設(shè)備的連接和通訊。是應(yīng)用在PC領(lǐng)域的接口技術(shù)。
特點(diǎn)
– 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(dá)127個(gè)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(diǎn) 功能(主機(jī)) 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(yīng)用及接口電路
智能卡接口
電路信號接口定義
觸點(diǎn) 功能分配
C1 電源VCC
C2 復(fù)位RST
C3 時(shí)鐘CLK(4M~5M)
C4 預(yù)留
C5 地GND
C6 編程電壓VPP
C7 輸入/輸出IO
C8 預(yù)留
工作方式
– 激活與冷復(fù)位
數(shù)據(jù)傳輸
– 基本時(shí)間單元,ETU = 372個(gè)時(shí)鐘周期
– 傳輸時(shí)序
• 理解上,結(jié)合了UART和I2C的部分特性
a) 字符為單位進(jìn)行傳輸
b) 起始:位邏輯“1”—>邏輯“0”啟動(dòng)
c) 低位在前,高位在后
d) 握手應(yīng)答
通訊協(xié)議
– 對智能卡復(fù)位后,智能卡會(huì)主動(dòng)發(fā)送一個(gè)復(fù)位信息給MCU,包含了傳輸特性、廠商信息等
– 傳輸命令