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(duì)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(zhǎng)
– 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(wú)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(cè)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(wú)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(hào)
– 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(qǐng)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(cè)
– RI：振鈴指示
信號(hào)連接方法
應(yīng)用及接口電路
MCU控制UART信號(hào)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(hào)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(shí)別
– 由主機(jī)提供時(shí)鐘SCL信號(hào)，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(hào)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(qǐng)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(hào)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(hào)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(hào)，由主設(shè)備產(chǎn)生
– CS：從設(shè)備使能信號(hào)，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(hào)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(chǔ)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(wú)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(cè)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(hào)由16根線組成 ;
• RMII，簡(jiǎn)化的MII接口，工作頻率50MHZ，支持網(wǎng)速10Mbps或100Mbps，接口信號(hào)由8根線組成
使用方法
– 一般情況下，不需要對(duì)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(wú)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(hào)定義
半雙工
差分信號(hào)
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(hào)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(duì)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