嵌入式系统常用接口规范

一、引言

嵌入式系统的硬件除了核心的微处理器之外就是外围器件和接口。接口技术在嵌入式系统设计处于如此重要的位置，是嵌入式系统设计师硬件部分的重要考试范围。目前嵌入式系统中的接口五花百门，每个接口都可以写成一本厚厚的书。面对内容如此之多，范围如此之广的考试部分，应该怎么样去复习呢?我的指导思想是，把握好每种接口技术的最基本概念，理解透每个接口的最基本工作原理。

二、接口技术汇总

1. Flash存储器

(1)Flash存储器是一种非易失性存储器，根据结构的不同可以将其分为NOR Flash和NAND Flash两种。

(3)NOR Flash的特点：应用程序可以直接在闪存内运行，不需要再把代码读到系统RAM中运行。NOR Flash的传输效率很高，在1MB~4MB的小容量时具有很高的成本效益，但是很低的写入和擦除速度大大影响了它的性能。

(4)NAND Flash的特点：能够提高极高的密度单元，可以达到高存储密度，并且写入和擦除的速度也很快，这也是为何所有的U盘都使用NAND Flash作为存储介质的原因。应用NAND Flash的困难在于闪存需要特殊的系统接口。

(5)NOR Flash与NAND Flash的区别：

A、NOR Flash的读速度比NAND Flash稍快一些。

B、NAND Flash的擦除和写入速度比NOR Flash快很多。

C、NAND Flash的随机读取能力差，适合大量数据的连续读取。

D、NOR Flash带有SRAM接口，有足够的地址引进来寻址，可以很容易地存取其内部的每一个字节。NAND Flash的地址、数据和命令共用8位总线(有写公司的产品使用16位)，每次读写都要使用复杂的I/O接口串行地存取数据。

E、NOR Flash的容量一般较小，通常在1MB~8MB之间;NAND Flash只用在8MB以上的产品中。因此，NOR Flash只要应用在代码存储介质中，NAND Flash适用于资料存储。

4、GPIO原理与结构

GPIO是I/O的最基本形式，它是一组输入引脚或输出引脚。有些GPIO引脚能够加以编程改变工作方向，通常有两个控制寄存器：数据寄存器和数据方向寄存器。数据方向寄存器设置端口的方向。如果将引脚设置为输出，那么数据寄存器将控制着该引脚状态。若将引脚设置为输入，则此输入引脚的状态由引脚上的逻辑电路层来实现对它的控制。

5、A/D接口

(1)A/D转换器是把电模拟量转换为数字量的电路。实现A/D转换的方法有很多，常用的方法有计数法、双积分法和逐次逼进法。

(5)A/D转换的重要指标

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。关于T型电阻解码网络和D/A转换具体原理参考《教程》的159页。

(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。