学嵌入式系统必读基础知识

发布时间：2017-04-01 作者：佚名来源：开明通讯

关键字：学嵌入式系统

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本文主要介绍嵌入式系统的一些基础知识，希望对各位有帮助。

（2）计数式A/D转换法

其电路主要部件包括：比较器、计数器、D/A转换器和标准电压源。

其工作原理简单来说就是，有一个计数器，从0开始进行加1计数，每进行一次加1，该数值作为D/A转换器的输入，其产生一个比较电压VO与输入模拟电压VIN进行比较。如果VO小于VIN则继续进行加1计数，直到VO大于VIN，这时计数器的累加数值就是A/D转换器的输出值。

这种转换方式的特点是简单，但是速度比较慢，特别是模拟电压较高时，转换速度更慢。例如对于一个8位A/D转换器，若输入模拟量为最大值，计数器要从0开始计数到255，做255次D/A转换和电压比较的工作，才能完成转换。

（3）双积分式A/D转换法

其电路主要部件包括：积分器、比较器、计数器和标准电压源。

其工作原理是，首先电路对输入待测电压进行固定时间的积分，然后换为标准电压进行固定斜率的反向积分，反向积分进行到一定时间，便返回起始值。由于使用固定斜率，对标准电压进行反向积分的时间正比于输入模拟电压值，输入模拟电压越大，反向积分回到起始值的时间越长。只要用标准的高频时钟脉冲测定反向积分花费的时间，就可以得到相应于输入模拟电压的数字量，也就完成了A/D转换。

其特点是，具有很强的抗工频干扰能力，转换精度高，但转换速度慢，通常转换频率小于10Hz，主要用于数字式测试仪表、温度测量等方面。

（4）逐次逼近式A/D转换法

其电路主要部件包括：比较器、D/A转换器、逐次逼近寄存器和基准电压源。

其工作原理是，实质上就是对分搜索法，和平时天平的使用原理一样。在进行A/D转换时，由D/A转换器从高位到低位逐位增加转换位数，产生不同的输出电压，把输入电压与输出电压进行比较而实现。首先使最高位为1，这相当于取出基准电压的1/2与输入电压比较，如果在输入电压小于1/2的基准电压，则最高位置0，反之置1。之后，次高位置1，相当于在1/2的范围中再作对分搜索，以此类推，逐次逼近。

其特点是，速度快，转换精度高，对N位A/D转换器只需要M个时钟脉冲即可完成，一般可用于测量几十到几百微秒的过渡过程的变化，是目前应用最普遍的转换方法。

（5）A/D转换的重要指标（有可能考一些简单的计算）

A、分辨率：反映A/D转换器对输入微小变化响应的能力，通常用数字输出最低位（LSB）所对应的模拟电压的电平值表示。n位A/D转换器能反映1/2n满量程的模拟输入电平。

B、量程：所能转换的模拟输入电压范围，分为单极性和双极性两种类型。

C、转换时间：完成一次A/D转换所需要的时间，其倒数为转换速率。

D、精度：精度与分辨率是两个不同的概念，即使分辨率很高，也可能由于温漂、线性度等原因使其精度不够高。精度有绝对精度和相对精度两种表示方法。通常用数字量的最低有效位LSB的分数值来表示绝对精度，用其模拟电压满量程的百分比来表示相对精度。

例如，满量程10V，10位A/D芯片，若其绝对精度为±1/2LSB，则其最小有效位LSB的量化单位为：10/1024＝9.77mv，其绝对精度为9.77mv/2＝4.88mv，相对精度为：0.048％。

6、D/A接口基本

（1）D/A转换器使将数字量转换为模拟量。

（2）在集成电路中，通常采用T型网络实现将数字量转换为模拟电流，再由运算放大器将模拟电路转换为模拟电压。进行D/A转换实际上需要上面的两个环节。

（3）D/A转换器的分类：

A、电压输出型：常作为高速D/A转换器。

B、电流输出型：一般外接运算放大器使用。

C、乘算型：可用作调制器和使输入信号数字化地衰减。

（4）D/A转换器的主要指标：分辨率、建立时间、线性度、转换精度、温度系数。

7、键盘接口

（1）键盘的两种形式：线性键盘和矩阵键盘。

（2）识别键盘上的闭合键通常有两种方法：行扫描法和行反转法。

（3）行扫描法是矩阵键盘按键常用的识别方法，此方法分为两步进行：

A、识别键盘哪一列的键被按下：让所有行线均为低电平，查询各列线电平是否为低，如果有列线为低，则说明该列有按键被按下，否则说明无按键按下。

B、如果某列有按键按下，识别键盘是哪一行按下：逐行置低电平，并置其余各行为高电平，查询各列的变化，如果列电平变为低电平，则可确定此行此列交叉点处按键被按下。

8、显示接口

（1）LCD的基本原理是，通过给不同的液晶单元供电，控制其光线的通过与否，从而达到显示的目的。

（2）LCD的光源提供方式有两种：投射式和反射式。笔记本电脑的LCD显示器为投射式，屏的背后有一个光源，因此外界环境可以不需要光源。一般微控制器上使用的LCD为反射式，需要外界提供电源，靠反射光来工作。电致发光（EL）是液晶屏提供光源的一种方式。

（3）按照液晶驱动方式分类，常见的LCD可以分为三类：扭转向列类（TN）、超扭曲向列型（STN）和薄膜晶体管型（TFT）。

（4）市面上出售的LCD有两种类型：带有驱动电路的LCD显示模块，只要总线方式驱动；没有驱动电路的LCD显示器，使用控制器扫描方式。

（5）通常，LCD控制器工作的时候，通过DMA请求总线，直接通过SDRAM控制器读取SDRAM中指定地址（显示缓冲区）的数据，此数据经过LCD控制器转换成液晶屏扫描数据格式，直接驱动液晶显示器。

（6）VGA接口本质上是一个模拟接口，一般都采用统一的15引脚接口，包括2个NC信号、3根显示器数据总线、5个GND信号、3个RGB色彩分量、1个行同步信号和1个场同步信号。其色彩分量采用的电平标准为EIA定义的RS343标准。

9、触摸屏接口

（1）按工作原理分，触摸屏可以分为：表面声波屏、电容屏、电阻屏和红外屏几种。

（2）触摸屏的控制采用专业芯片，例如ADS7843。

10、音频接口

（1）基本原理：麦克风输入的数据经音频编解码器解码完成A/D转换，解码后的音频数据通过音频控制器送入DSP或CPU进行相应的处理，然后数据经音频控制器发送给音频编码器，经编码D/A转换后由扬声器输出。

（2）数字音频的格式有多种，最常用的是下面三种：

A、采用数字音频（PCM）：是CD或DVD采用的数据格式。其采样频率为44.1kHz。精度为16位时，PCM音频数据速率为1.41Mb/s；精度为32位时为2.42 Mb/s。一张700MB的CD可以保存大约60分钟的16位PCM数据格式的音乐。

B、MPEG层3音频（MP3）：MP3播放器采用的音频格式。立体声MP3数据速率为112kb/s至128kb/s。

C、ATSC数字音频压缩标准（AC3）：数字TV、HDTV和电影数字音频编码标准，立体声AC3编码后的数据速率为192kb/s。

（3）IIS是音频数据的编码或解码常用的串行音频数字接口。IIS总线只处理声音数据，其他控制信号等则需要单独传输。IIS使用了3根串行总线：数据线SD、字段选择线WS、时钟信号线SCK。

（4）当接收方和发送方的数据字段宽度不一样时，发送方不考虑接收方的数据字段宽度。如果发送方发送的数据字段小于系统字段宽度，就在低位补0；如果发送方的数据宽度大于接收方的宽度，则超过LSB的部分被截断。字段选择WS用来选择左右声道，WS=0表示选择左声道；WS=1表示选择右声道。此外，WS能让接收设备存储前一个字节，并准备接收下一个字节。

11、串行接口

（1）串行通信是指，使数据一位一位地进行传输而实现的通信。与并行通信相比，串行通信具有传输线少、成本低等优点，特别适合远距离传送；缺点使速度慢。

（2）串行数据传送有3种基本的通信模式：单工、半双工、全双工。

（3）串行通信在信息格式上可以分为2种方式：同步通信和异步通信。

A、异步传输：把每个字符当作独立的信息来传输，并按照一固定且预定的时序传送，但在字符之间却取决于字符与字符的任意时序。异步通信时，字符是一帧一帧传送的，每帧字符的传送靠起始位来同步。一帧数据的各个代码间间隔是固定的，而相邻两帧数据其时间间隔是不固定的。

B、同步传输：同步方式不仅在字符之间是同步的，而且在字符与字符之间的时序仍然是同步的，即同步方式是将许多字符******成一字符块后，在每块信息之前要加上1～2个同步字符，字符块之后再加入适当的错误检测数据才传送出去。

（4）异步通信必须遵循3项规定：

A、字符格式：起始位＋数据＋校验位＋停止位（检验位可无），低位先传送。

B、波特率：每秒传送的位数。

C、校验位：奇偶检验。

a、奇校验：要使字符加上校验位有奇数个“1”。

b、偶检验：要使字符加上校验位有偶数个“1”。

（5）RS－232C的电气特性：负逻辑。

A、在TxD和RxD上：逻辑1为－3V～－15V，逻辑0为3V～15V。

B、在TES、CTS、DTR、DCD等控制线上：

信号有效（ON状态）为3V～15V

信号无效（OFF状态）为－3V～－15V

（6）TTL标准与RS-232C标准之间的电平转换利用集成芯片RS232实现。

（7）RS-422串行通信接口

A、RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，传输速率可达10Mb/s。

B、RS-422采用差分传输方式，也称做平衡传输，使用一对双绞线。

C、RS-422需要一终端电阻，要求其阻值约等于传输电缆的特性阻抗。

（8）RS-485串行总线接口

A、RS-485是在RS-422的基础上建立的标准，增加了多点、双向通信能力，通信距离可为几十米到上千米。

B、RS-485收发器采用平衡发送和差分接收，具有抑制共模干扰的能力。

C、RS-485需要两个终端电阻。在近距离（300m一下）传输可不需要终端电阻。

12、并行接口

（1）并行接口的数据传输率比串行接口快8倍，标准并行接口的数据传输率为1Mb/s，一般用来连接打印机、扫描仪等，所以又称打印口。

（2）并行接口可以分为SPP（标准并口）、EPP（增强型并口）和ECP（扩展型并口）。

（3）并行总线分为标准和非标准两类。常用的并行标准总线有IEEE 488总线和ANSI SCSI总线。MXI总线是一种高性能非标准的通用多用户并行总线。

13、PCI接口

（1）PCI总线是地址、数据多路复用的高性能32位和64位总线，是微处理器与外围控制部件、外围附加板之间的互连机构。

（2）从数据宽度上看，PCI定义了32位数据总线，且可扩展为64位。从总线速度上分，有33MHz和66MHz两种。

（3）与ISA总线相比，PCI总线的地址总线与数据总线分时复用，支持即插即用、中断共享等功能。

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