开发板硬件结构
第一章 开发板硬件结构
OpenM3V 开发板，是作者专门为本书设计的硬件原型， 采用了 ST 公司基于M3核的STM32F103VB ,
可通过ISP 下载及JTAG 方式调试和下载。
开发板上提供了众多的功能部件，都是工程师在实际应用中常用和必需要使用的模块，充分使用这 些模块能尽
可能的发挥 STM32系列的性能。这些功能模块包括有键盘和
LED 灯功能部件；I2C 方式接口的
EEPROM 储存器电路；两个 RS232串口电路；简单AD 采集电路，语音AD 采集电路；CAN 接口电路；USB 接口电路；JTAG 接口电路；后备供电电路； SPI 方式接口的FLASH 储存器接口电路模块，SPI 方式接口的 SD 卡电路，SPI 方式接口的128*64点阵液晶接口电路，SPI 方式接口 2.4G 无线通信模块接口电路， SPI 方式 接口的779 MHz 至928MHz 频段无线模块接口电路； PWM 方式调光电路，PWM 方式语音输出电路，连接 直流无刷电机驱动板的接口电路等众多功能模块电路，同时结合灵活的跳线，所有的 IO 口都可以单独引
出，极大的方便读者进行嵌入式开发实验。
1.1电路原理图
OpenM3V 开发板硬件原理图如图 1-1-1，1-1-2，1-1-3，1-1-4，1-1-5所示。
图1-1-1 芯片最小系统部分
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图 1-1-3
1.2 原理图说明
1.2.1 电源电路
STM32系列的工作电压（VDD ）为2.0?3.6V 。通过内置的电压调节器提供所需的
1.8V 电源。当主
■f ■! .'-.Ijl
尸工
电源VDD 掉电后，通过VBAT 脚为实时时钟（RTC ）和备份寄存器提供电源。 OpenM3V 开发板电源电路如 图1-2-1所示，使用USB 口输入5V 电源，通过电容滤波和电感对瞬态电流的限制，使用 LM1117为系统
提供稳定的3.3V 电源。当系统供电后，有一指示灯被点亮，提示系统处于供电状态。
图1-2-1 电源电路
STM32F103V 系列具有独立的模拟电源引脚，为了提高模拟系统的抗噪性，模拟部分应该与数字部
分分开供电，如图1-2-2所示。在电路上，使用 L1，L2 ，C5, C6用于模拟电路部分隔离来自数字电路
部分的噪声。
VCC5.0
图 1-2-2
1.2.2系统复位电路
在STM32系列芯片中，由于有完善的内部复位电路，
外部复位电路就特别简单， 只需要使用阻容复
位方式就可以，图1-2-3是系统的复位电路。
图1-2-3
复位电路图
THLA
---------- 1
屮从
J 「. / O 1 L 1 -〕 c> . bl 1 ? L2 123时钟电路 STM32系列的控制器可以使用外部晶振或外部时钟源，经过内部PLL或不经过内部PLL为系统提 供参考时钟，也可以使用内部RC振荡器经过或不经过内部PLL为系统提供时钟源。当使用外部晶振作 为系统时钟源时，外部晶振的频率在4MHz —16MHz，可以为系统提供精确的系统参考源。 OpenM3V开发板使用8MHz外接晶振为系统提供精确的系统时钟参考，使用32.768kHz低速外部 晶体作为RTC时钟源，连接到芯片的PC14 PC15脚。具体电路见图1-2-4所示 C2 22P 8.0000 C1 22P 图1-2-4晶振电路图 1.2.4 JTAG 接口电路 OpenM3V开发板采用标准14脚JTAG仿真调试接口。14脚JTAG仿真调试接口信号定义与STM32F103VB连接如图1-2-5所示。注意，当用户不使用JTAG 口，而是作为普通IO 口使用时，要注意其口线上的上拉和下拉电阻的影响，当然也可以焊下这些电阻不用。 VC'<73 0 WWV rrT>r S x V L1 SW Cl.l L 1 ||i' B I " 图1-2-5 JTAG接口电路 1.2.5 串口电路 STM32系列芯片有2-5个不等异步串口，STM32F103VB拥有3个异步串口。开发板通过一片MAX3232 把串口1和串口2的3.3V电平转换为RS232电平。通过一个跳线组J5,可以把这些端口与串口部分电路断开或相连接。当跳线帽短接时，连接芯片引脚的到串口电平转换电路，当跳线帽断开时，这些脚可以作为 通用10 口用。 开发板上，STM32F103VB 的 PA10 （ 69脚）对应 RX1 , PA9 （68脚）对应 TX1 , PA3 （26脚）对应 RX2 , PA2 （25脚）对应TX2。这两个串口的数据发送端连接到 DB9母头的2号脚，数据接收端连接到 DB9母头 的 3号脚，DB9接头与PC 机串口相接时，使用直连串口线相连接。同时串口 1可以作为程序ISP 下载的接口。 具体电路见图1-2-6所示 图1-2-6 串口电路图 1.2.6键盘电路 OpenM3V 开发板有独立的7个按键，分别为K1 — K7,如图1-2-7所示所示。由于STM32F 系列芯片的 每一 个引脚都可以定义为中断脚，也可以定义这些按键作为外部中断输入口，或用作唤醒在睡眠或停机 状态的CPU 。 开发板上，PE0连接K1,PE1连接K2…PE6连接K7。虽然所有的STM32F 系列芯片内部都有上拉和下 拉选 项，在此处加上上拉电阻只是更好的说明这个上拉电阻的作用。在对功耗要求很严的应用中，按键 的上拉电阻阻值应相应取大一点，以减少这一部分的电流消耗。在按键的两端，加上一个电容，它能旁 路掉一定量的键盘按下和松开时的抖动，其值在 0.1uF 到1.0uF 间，此处采用0.1uF 电容。 按键按下时，采集到的电压值为低，按键松开时，采集到的电压值为高。通过判断连接到芯片 IO 口 电压的高低来判断按键的状态。 101 3 C1J -1 LJ 101 C1+ V+ JNP MAX3232 _________ CL- RS-T1 C2+ RS-INI C2- 1'IL-n TTT.-IN1 RS-T2 TTL ?IN2 RS-IN2 TTL-T2 || UH 7 s 1 1 1 T 3 4 5 6 S （飞 J ◎10 2 U3 Q C —O 10 1 ft —O <] 0 --- ( RX1 > O --- < TAI ) C --- ； TX2 / O —— 丨曲, 图1-2-7按键电路图 1.2.7 LED 灯电路 OpenM3V 开发板有独立的8个LED 灯，使用10 口来控制，分别是使用 PD0控制LED1 , PD1控制 LED2…PD7控制LED8。当10 口为高电平时，LED 灯灭，当10 口为低电平时，LED 灯亮。具体电路如图1-2-8 所 示。 图1-2-8 LED 电路图 同时还有一路使用PWM 来模拟DAC 输出可以调光输出的LED 灯，电路如图1-2-9所示。PWM_V 连接 芯片的 PD14脚，也即重映射TIM4的CH3脚。 R^5 』 I -------VCC3.0 IK 图1-2-9 PWM 驱动电路图 1.2.8 I2C 接口电路 二 FDC 1 r PD1 PD2 ~i Pt>4 ■prv 此 -i — 一 一 PtM TZ-T>-7 FDH RH 4 W IK A 寸LI LED3 > K41 斗7口! I.FQR > 4"7O R37 4F 70 470 470 R4D LEDS~> 47S 巧且 L/ETM_?- LED2 > pvM\r_v > STM32F103VB 具有2路均支持400KHZ 高速通信模式的硬件I2C 电路接口。在开发板上使用一片具有 I2C 接口的EEPROM 储存器芯片24C02，可以通过I2C 接口实现数据的读写等操作。 电路图如图1-2-10所示, 24C02连接到STM32F103VB 的I2C_2接口，使用跳线J6与系统相接。只有到跳线帽短接时， I2C_2接口的 连接到24C02芯片上，当断开时，I2C_2接口可以用作普通的IO 口。 I2C 总线上拉电阻的值与总线速度有关，当总线速度高达 400KHZ 时，应使用1K 的电阻，可以实现快 速的总线上升和下降变化。当使用标志的 100KHZ 总线速度时，可以选用 5.6K 或10K 总线上拉电阻，以降 低总线 操作时的功率消耗。为了兼容高速总线，此处选用 1K 总线上拉电阻。 图1-2-10 24C02接口电路图 1.2.9 ADC 电路 STM32F103VB 具有2个12位模数转换器，共有17个通道，转换速率高达lOOOKHz 。具有独立的参考 电源引 脚。开发板通过跳线 J12可以选择经过隔离的3.3V 或语音采集电压参考，也可以直接从需要的地方 引入参考电压。注意J12跳线最多只能选择一个，开发板初始状态时参考源选择 VREF_3.3。具体跳线电路 如图1-2-10 J12 图1-2-11 ADC 参考跳线图 OpenM3V 开发板提供一路直流电压测量电路，一路语音采集电路。直流电压采集电路如图 1-2-12 所示，直流电压连接到 ADC_13脚。可调电阻调节输入到 ADC 的电压，在VIN 点可以通过万用表测出电压 值。开发 板上直接使用电源作为参考源，不能满足高精度的电压测量，也没有发挥出 12位ADC 的性能， 如果需要完全发挥 STM32F103VB 芯片ADC 的性能，需要使用精密参考源引入 VREF+脚。 < VREFt 〈VREFF VR 〉 O ---- _________ pr'S _ ADC」3 ~—------------ ------- □ \TN R46 WC3 0| ------- 4/K 图1-2-12直流电压采集电路 1.2.10 USB 电路 USB外设实现了USB2.0全速总线接口。USB外设支持USB挂起/恢复操作，可以停止设备时钟实现低功耗。ST-EasyM3开发板通过US醱口提供电源，接口电路如图1-2-13所示。 通过J2跳线可以断开和接通USB电路，通过J1可以选择通过CPU控制上拉还是始终选择上拉。如果选择CPU来控制上拉，则通过PC11来控制。 USE B 图1-2-13 USB接口电路 1.2.11 CAN 电路 bxCAN是基本扩展CAN(Basic Extended CAN)的缩写，它支持CAN协议2.0A和2.0B。它的设计目标是，以最小的CPU负荷来高效处理大量收到的报文。它也支持报文发送的优先级要求(优先级特性可软件配置)。CAN主要用于对安全紧要的应用，bxCAN提供所有支持时间触发通信模式所需的硬件功能。 STM32F103VB芯片有一路硬件CAF接口，电路图1-2-14所示。通过跳线J3来连接和断开芯片与CAN区动的连接，使用65HVD23驱动芯片连接到CAt总线上。使用J4跳线来选择使用使用终端200欧网络电阻。 1.2.12语音采集和语音播放电路 STM32F103VB 芯片拥有性能优越的 ADC 和高效的PWM 输出，可以充分使用芯片的资源来进行语音 的采集和语音输出。图1-2-15是语音采集和语音输出的电路图。 语音采集使用ADC_1，使用语音采集时，ADC 参考源要选择（J12）VREF_MIC 。语音采样使用18KHz/S 的采样频率，使用12位数据。语音输出PWM 频率为18K ，与语音采样速率一样。 我们可以通过PC 机或MP3等设备输入音频信号，通过 STM32采集，然后通过PWM 方式输出来，通过 扬声器或耳机复现，实现语音采集和语音播放。 1.2.13 SPI 接口电路 串行外设接口 （SPI ）允许芯片与外部设备以半 /全双工、同步、串行方式通信。此接口可以被配置成主 模式，并为外部从设备提供通信时钟 （SCK ）。接口还能以多主配置方式工作。它可用于多种用途，包括使 用一条双向数据线的双线单工同步传输。 STM32F103VB 具有2路SPI 接口，最高速度可以达到 18MHz 。ST-EasyM3开发板上拥有众多的 SPI 接口设备，通过 SPI 可以很容易的连接众多设备，实现与这些设备的高速通信。 开发板上的SPI 接口设备非常丰富， 有2.4G 无线模块接口，863MHz — 925MHz 频率无线模块接口， SD 卡接口，128*64点阵液晶接口， FLASH 储存器接口和 TF/SD 卡接口。 1》2.4G 无线接口，其电路如图 1-2-16所示。通过J8跳线来连接和断开与 2.4G 无线模块控制口线 与芯片的连接。L4和C22及C23为无线模块电源进行滤波， 保证无线模块电源的干净度。 STM32F103VB Rll 图1-2-14 CAN 接口电路图 4TAMT3C / ---- 0 图1-2-15语音采集和播放电路 芯片的SPI2接口与无线模块的 SPI 接口相连。 2》830MHz — 925MHz 无线模块接口，其电路如图 1-2-17所示。通过J11来接通和断开芯片与模块 的连接。L5、C56和C57为无线模块电源进行滤波，以保证无线模块电源的干净度。 STM32F103VB 芯 片的SPI1与无线模块的SPI 接口相连。 图 1-2-17 ISM 工业频段无线模块 3》128*64点阵LCD 模块接口，其电路如图 1-2-18所示。通过J7跳线来连通和断开芯片与 LCD 点阵模块的连接。在开发板上，相应的放置了点阵液晶模块所必须的元器件。当要使用点阵液晶模块时， J7跳线必须全部短接。 o 1 2 Q 3 4 O 5 白 O 7 o 9 in 11 1 2 Q 13 14 * RF313 IRQ > -C RF2L3 SEE > < MCSI 1 <_ ■< MISO 1 < RF21Z RSBT> Il'' 图1-2-16 2.4G 无线模块 L ：. n VCC3.0 o- O 图1-2-18 128*64点阵模块接口电路 4》SD/TF 卡接口，其电路如图1-2-19所示。通过跳线J9来选通和断开芯片与 SD/TF 卡的连接。通 过 SD_POWER 口线来控制 SD/TF 卡的供电，可以重新复位 SD/TF 卡。通过对SD_FIND 口线电平的判断， 来识别SD/TF 卡是否插入。当 SD/TF 卡供电时，LED11灯将被点亮。 图1-2-19 TF/SD 卡接口电路 5》FLASH 储存器接口，其具体电路如图 1-2-20所示。通过J10跳线来接通和断开芯片与 FLASH 储存器的连 接。在开发板上有一片具有 SPI 接口的FLASH 储存器芯片SST25V016B ，可以通过SPI 接口 高速的实现数据的读和写操作， SST25V016B 连接到芯片的SPI2接口。 < ■ ? ':曲 I'UWLk ] < SE SS i < MMI.I .；―C 5 < 旷 K 1 >_C ■ < 1-ltS.. 1 >_C LCD All < _ LX ；D_RBS&T 吕 JS rTFl/i7'EFL 22 DAT2/D2 DAHiCa CMD/D] VCJ] VPL CL?Trl5 ry ； VSSZ DA 1血 DATLrti] CARD_[HS&RT GND CAKD WP 图1-2-20 FLASH 接口电路 1.2.14电机驱动板接口电路 STM32F 系列芯片中，至少有一个高级定时器，这个定时器的许多功能是为方便控制电机设立的。 开发板上的电机驱动板接口，其具体电路如图 1-2-21所示。在J13接口中引入了 T1_CH1、T1_CH1N 、 T1_CH2、T1_CH2N 、T1_CH2、T1_CH2N 用于控制电机的三相六极； T3_1_H1、T3_2_H2、T3_3_H3 用 于连接霍尔传 感器， T4_1_B1、T4_2_B2用于连接编码器；ADC_1、ADC_2、ADC_3、ADC_T 用于采集 三相电流和驱动板上的温度； T1_BKIN 用作紧急按钮用。同时可以为开发板提供 3.3V 和5.0V 电源。 JP13 图1-2-21电机驱动板接口 1.3开发板兀器件布局图 OpenM3V 开发板原件布局如图1-3-1所示。 FLASHES ； 1 2 3 A 5 6 7 S H5S vcc - I^：￡O /HOLD SCK MDSI -Hvjuiu "to T3 2 H? O ——< T1_CH1N > O 〔 TlZCHl \ < T1_CII2N > O ---- < T1~CH2 > O ——< T1_CH3N ] C^—〔 T1ZCH3 \ <~~13 1 Hl > T3 3 H3 > 0 ---- f ~~1M_1_B1 > C^—< AL)C_1 > O ---- < AL>C_3 > O ——< T1 BKIN ；> VCC5 0 1^-5-791 3 5 1357 9 11111 222 VCC3.0 2 I 6x0 2 4 s 8 O I 1 1 1 10- J ： <~AC CO —c & 3 4 5 5ST2SVFJ16 R.28 sZ\/\z I OK T4 2 B2 1.3.1跳线器说明 Ope nM 3V 开发板跳线器说明一览表见表 1-3-1 。 表1-3-1跳线器说明表 跳线器 IO 口 跳线选择 功能说明 J1 PC11 USB_ABLE 此为三端跳线，短接 USB_ABLE 端时，由PC11控制上拉，短接 地时，联通上拉电阻。 J2 PA12 USBDP 短接时，PA12连接USBDP PA11 USBDM 短接时，PA11连接USBDM ，使用USB 时，两个都需短接。 J3 PB9 CANTX 短接时，PB9连接CANTX PB8 CANRX 短接时，PB8连接CANRX ，使用CAN 时，两个都需短接。 J4 —— —— 短接时，连接200欧电阻。 J5 PA9 TX1 短接时，PA9连接RS232电平转换芯片 PA10 RX1 短接时，PA12连接RS232电平转换芯片 PA2 TX2 短接时，PA12连接RS232电平转换芯片 PA3 RX2 短接时，PA12连接RS232电平转换芯片 J6 PB10 SCL2 短接时，连接24C02的SCL 脚 PB11 SDA2 短接时，连接24C02的SDA 脚 J7 PD8 LCD A0 短接时，PD8连接点阵液晶模块的控制口线 PD9 LCD REST 短接时，PD9连接点阵液晶模块的复位口线 PD10 LCD SS 短接时，PD10连接点阵液晶模块的片选口线 PB15 MOSI 2 短接时，连接点阵液晶模块的 MOSI 脚 in H]C 口匚HPb3匚轉鼻艺i | 汨口 FE O L IIIII ol EM GO ■悄“「■"! .4. e a B o 2 店厨酬■ d 冲 c- -i ?i ?? F l EM ■ ■ 9 !■?| 冃OQTCI CZ1： ■ ? 口 F ^5 I LCD M "llllll 丽谕川| 「 llliillliilliiiiliniiiiki EJ ft SL 严. PT -I | s e gi-^ S i] B H L ?: PC9 PCU 口 DI" OCS BM 口 s. I Hill 11 III 11 III 11 II I 11 III aft 、-j ? pr~ * ?=r- ■ LSC q ■ "■ PCH ' MBftI ■ ■■ V ■ ■ ■ 團?时 fn n 丄 U P Illi 冋”匚 fl mi "- oil Ere CM * i fl ? t) K t) 0*5黑計 I II 1'Q 应 B 蓟 E <] i ? + .S rl 2 3 3 S ■ ? ? 图1-3-1开发板元器件 p]& DIZ D|| 站、 _C37 3 b 口名 _feLH?KE B 9EQ S 9E C eSESESEgBS F 5 E = F€ * . 'Upern3U S 山皿I -11 囂1「E 0 阳 LPG 口 ；「■ Efj- i J -------- n Lj > E 4 2LB5SC0O4 开发板上的众多功能模块，可以通过跳线与芯片连接或断开。开发板上绝大部分采用2针跳线，跳线 器的两边均标记有其相应的功能符号，当跳线短接时，CPU连接功能模块，当跳线断开时，CPU和功能模 块断开，可以作为普通的10 口用。在这12个跳线块中，J1,为三端跳线，可以选择跳接GND和USB_ABLE，J12为参考电源跳线块，当使用ADC模块时，必须选择一个参考源。一般测试可以选用VREF_3.3，当使用语音采集电路时，可以选择VREF_MIC 。 切记，参考源只能跳接一个，跳接VREF_3.3时，就不能接VREF_MIC，反之一样。J5跳线块为接通UART1和UART2用，当使用UART1时，必须跳接TX1和RX1这两个跳线，当使用UART2时，必须跳接TX2 和RX2。其他的跳线块在使用器功能部件时必须全部跳接上。 下面对每一个跳线器做详细的说明： J1 USB上拉电阻控制 J1跳线器，其在开发板上位置见图1-3-2所示，是惟一的三端跳线器，跳线器的中间引脚连接上拉电 阻控制端。当跳线帽跳接到GND端时，中间引脚连接到GND，这时控制端口接入低电平，电路导通，使能上拉电阻。当跳线帽端口跳接到USB_ABLE端口时，上拉电阻控制端与芯片的PC11端口相连，当PC11 输出高电平时，电路截止，失能上拉电阻，当PC11输出低电平时，电路导通，使能上拉电阻。这时可以 在程序中来控制上拉电阻是否有效。 J2 USB 接口 通过跳线器J2的选择，STM32F103VB的USB数据引脚USBDP和USBDM连接到USB接口电路和USB 插座上，可以通过USB进行数据通信。J2跳线器和USB接口在开发板上位置见图1-3-2所示。 J3 CAN 接口 通过跳线J3的选择，STM32F103VB 的CAN 总线CANRX 和CANTX 链接到CAN 总线驱动器上，可以实 现CAN 总线通信。开发板上的CAN 总线驱动器没有采用隔离电源和实行电气隔离， 在真正的实际应用中， 隔离是必不可少的，由于需要隔离，增加了 CAN 总线的使用成本。J3跳线器及CAN 接口在开发板上的位 置见图1-3-3所示。 J4终端网络电阻 当此设备处在CAN 总线的终端是，通过J4跳线选择接入200欧的终端电阻。当此设备不是CAN 总线终 端设备时，去掉J4跳线帽，断开终端电阻。 J4跳线器在开发板上的位置见图 1-3-3所示。 J5 UART 串口 通过J5跳线器的选择，STM32F103VB 的UART1和UART2引脚连接到MAX3232转换芯片上，进而连 通道DB9插座上，从而可以进行串口通信。当短接 RX1和TX1跳线帽时，UART1串口被连接，当短接 RX2 和TX2时，UART2串口被连接。UART1和UART2可以独立被连接使用。J5跳线器及串口在开发板上的位 置见图1-3- 4所示。 J6 I2C 接口 通过跳线器J6的选择，STM32F103VB 芯片的I2C 总线SCL2和SDA2将与开发板上的24C02相连，芯片 可以通过I2C 总线对24C02进行读或写操作。J6和24C02在开发板上具体位置见图1-3-5所示。 JiBta DT_SS I — ■[ ' 2 J2 U 甜叫?S]"1G U 汩口?| PAI ' JS I'HNTW Hll 图1-3-2 USB 和CAN 功能模块在PCB 电路板上的位置图 2.啊无线揆抉 □12 n USD 口 CAN? 口 CANL CANH CND fi na ? ?! HB9 CAMPXl# Bl _____________ J 图 1-3-4 串口 曲用直连 串口延长经濮 B < a iri<90 V ■J ill ffl UlBlftlflJ AJ 串口2?像用貢 徉 J7点阵液晶接口 通过跳线器J7的选择，STM32F103VB 芯片可以连接到128*64点阵液晶模块上，以驱动液晶模块。芯 片通过PD8脚控制液晶模块A0 口，以实现数据和指令的转换，通过 PD9脚来控制液晶模块的复位脚， 通过 PD1O 脚来作为SPI 选择液晶模块的片选脚。液晶模块连接到芯片的 SPI2接口。J7跳线器和128*64液晶模块 接口在开发板上的具体位置见图 1-3-6所示。开发板标准配置没有此液晶模块。 ■I ii a ■ ■J A ill B : c b (1 C O n <-j 孕 iiiiiiiiinniiiiiiiiiu 图 1-3-6 J8 2.4G 无线模块接口 通过跳线器J8的选择，STM32F103VB 芯片可以连接到2.4G 无线模块上，以驱动无线模块实现数据的 无线通讯完成。开发板上标准配置没有 2.4G 无线模块，其具体位置见图 1-3-7所示。 JI oft? FLASH 24C02 12射64液晶 模块接口 图 1-3-=B10 羽11 LCD SS 口 8 IM p LCD 】2日0 2. 4G 模块接口 ■ ■ ■ CANTX TIB ?铀恥 图 1-3- BOOTJ |?? BQQTol* | * :r ii 1 ￡ 4G 樓块接口 | USBDP U5BDM PA12 口刨1 PB3 PB8 J9 SD/TF 卡 通过跳线器可以选择， STM32F103VB 芯片的SPI1可以连接到SD/TF 卡接口上。由于TF 卡广泛应用于 手机和数码设备中，在通用的容量下，有更小的体积，在市场中的占有量大大超过 SD 卡，具有更大的通 用性，在开发板上没有选用大多数开发板选用的 SD 卡座，而是选用了更加通用的 TF 卡座。 短接跳线器J9,芯片通过PAO 脚，可以控制SD/TF 卡的电源开关；芯片通过对 PC2脚电平的读取，可 以获知 TF 卡是否插入到卡座中；PA4为SP1是否选择TF 卡通讯的片选脚。J9跳线器和TF 卡座在开发板上具 体位置如图1-3-8所示。 J10 FLASH 存储器 通过跳线器J10可以选择，芯片的SPI2接口可以连接到FLASH 存储器SST25VF016B 芯片上，通过SPI 对 SST25VF016B 进行读写操作。J10跳线器在板上的具体位置见图 1-3-5所示。 J11工业ISM 频段模块 通过跳线器J11的选择，STM32F103VB 芯片可以连接到工业ISM 频段无线模块上，以驱动无线模块 实现数据的无线通讯完成。开发板上标准配置没有工业 ISM 频段无线模块，J11跳线器和工业ISM 频段无 线模块在开发板上的具体位置见图 1-3-9所示。 J12 ADC 参考电源 ADC 转换标准源。J12跳线只能选择一个，或者不选择。 J12跳线器绝对 通过跳线J12可以选择不用的 图 1-3- 不可以同时选择，这是和其他跳线器要区别的地方。当使用ADC采集语音数据时，需要把J12跳线器的VREF_MIC短接，VREF_3.3要断开；当进行一般ADC转换测试时，短接VREF_3.3，断开VREF_MIC跳线。也可以从别处引入标准电压源到VREF+端，这时，不能跳接任何一个跳线帽在J12上。J12跳线器在开发板 上具体位置见图1-3-9所示。 1.3.2硬件资源使用 表1-3-2是开发板芯片资源使用情况表 表1-3-2 FPGA CPU (NIOSII 处理器) PLL PWM 模块PWM 模块IIC 模块 SDRAM EPCS LCD 显示 电源模块 电源模块电机驱动 1 电机驱动 2 MPU6050 MPU6050电机1 电机2编码器2 蓝牙模块 编码器1 如上图所示整个系统设计以DE0-Nano 平台为中心。FPGA 通过嵌入Nios II 核与 外部存储器EPCS 配置芯片、SDRAM 、IIC 模块、PWM 模块、实现了SOPC 系 统。Nios II 通过MPU6050读取平衡车的车轮运动加速度和外力引起的角加速度实现对车身倾角的测量；然后根据倾角的大小控制相应的PWM 模块对左右两个电机的控制，最终实现对小车保持平衡、加速运动以及转弯的基本运动的控制。同时通过编码器及时的将电机的状态反馈回来，从而实现精准控制。 SOPC 的硬件配置文件和软件文件都存储在EPCS 芯片中，当FPGA 上电后，硬件逻辑通过EPCS 芯片配置成功后，读取SOPC 的软件文件并转到 FPGA 电源 键盘 TFT LCD EPCS SDRAM ADC 控制 器 FIFO PLL CPU （NIOS II 处理器） 模数转换器ADC 信号调理电路 SDRAM中，软件是的运行在SDRAM中。 最后为了方便调试我们增加了LCD显示功能和蓝牙模块，实现对程序状态的显示和数据的传输。 独到之处： 第一，我们设计的FPGA的教学平台是一个基于移动机器人（两轮平衡车），因此更容易激起学生们的兴趣。但如以后推广之后，就要对成本和功耗都要做严格的考虑，而Cyclone? IV EP4CE22F17C6N FPGA也实现了低功耗、高性能和低成本。 1、降低系统成本 所有Cyclone? IV EP4CE22F17C6N FPGA只需要两路电源供电，简化了电源分配网络，降低了电路板成本，减小了电路板面积，缩短了设计时间。而且，利用灵活的收发器时钟体系结构，您可以充分利用收发器所有可用资源，实现多种协议。利用Cyclone? IV EP4CE22F17C6N FPGA的灵活性和高度集成特性，您可以设计体积更小、成本更低的器件，降低系统总成本。 2、降低功耗 采用经过优化的60-nm低功耗工艺，Cyclone? IV EP4CE22F17C6N FPGA 拓展了前一代Cyclone III FPGA的低功耗优势。最新一代器件降低了内核电压，与前一代产品相比，总功耗降低了25％。 第二，作为教学平台必须有全面的设计资源，而Altera提供全面的Cyclone IV FPGA设计环境，包括： 1、Quartus II 开发软件 2、成熟的IP库 3、Nios II -世界上最通用的嵌入式处理器 电脑硬件基础知识（一） 1.了解电脑的基本组成 一般我们看到的电脑都是由：主机（主要部分）、输出设备（显示器）、输入设备（键盘和鼠标）三大件组成。而主机是电脑的主体，在主机箱中有：主板、CPU、内存、电源、显卡、声卡、网卡、硬盘、软驱、光驱等硬件。 从基本结构上来讲，电脑可以分为五大部分：运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备。 2.了解电脑系统 电脑系统分为硬件和软件两大部分，硬件相当于人的身体，而软件相当于人的灵魂。 而硬件一般分为主机和外部设备，主机是一台电脑的核心部件，通常都是放在一个机箱里。而外部设备包括输入设备（如键盘、鼠标）和输出设备（如显示器、打印机）等。 软件一般分为系统软件和应用软件。 3.组装一台电脑需要选购哪些基本部件 （1）、机箱，一般电脑的主要零件都放在这里。 （2）、显示器，用来看电脑的工作过程，要不然，你都不知道电脑究竟在做什么。 （3）、键盘和鼠标，向电脑输入有用的命令，让它去为我们工作。（4）、主板，这是一块很重要的东西，虽然它长得有点“丑”，这里是决定你这台电脑性能的重要零件之一哦。 （5）、内存，当电脑工作时，电脑会在这里存上存储数据，相当于人的记忆。 （6）、CPU，也称中央处理器，是电脑运算和控制的核心。（7）、显卡，电脑通过这个玩意传送给显示器。 （8）、声卡，电脑通过这个玩意传送声音给音箱的哦。 （9）、硬盘，平常人们常说我的硬盘有多少G多少G，就是指这个硬盘的容量，而G数越多能装的东西便越多。 （10）、软驱，就是插软盘的玩意，现在一般都用3.5英寸的，古老年代用5.25英寸的，现在我们去买人家都不卖了。 （11）、光驱，听CD当然少不了这个，有时候你要安装某些软件都是在光盘上的，所以这个用处太大。 （12）、电源，主要用于将220V的外接电源转换为各种直流电源，供电脑的各个部件使用 4. 如何评价一台电脑的好和坏 当然，一台电脑的好坏，是要从多方面来衡量的，不能仅看其中某个或者几个性能指标。而一般评价一台电脑的好坏的性能指标有如下几种： （1）、CPU的类型和时钟频率 这是电脑最主要的性能指标，它决定了一台电脑的最基本性能。 计算机硬件基础知识试题 1、通常计算机的存储器是由一个Cache、主存和辅存构成的三级存储体系。辅助存储器一般可由磁盘、磁带和光盘等存储设备组成。Cache和主存一般是一种__A__存储器，磁带则是一种__B__存储设备。在各种辅存中，除去__C__外，大多是便于脱卸和携带的。Cache存储器一般采用__D__半导体芯片，主存现在主要由__E__半导体芯片组成。 A、B：①随机存取②相联存取③只读存取④顺序存取⑤先进先出存取⑥先进后出存取 C：①软盘②CD-ROM ③磁带④硬盘 D、E：①ROM②PROM③EPROM④DRAM⑤SRAM 2、计算机的主机包括__A__，指令由__B__解释，设某条指令中的操作数（地址）部分为X，地址X的主存单元内容为Y，地址为Y的主存单元内容为Z。如果用直接存储方式，参与操作的数据为__C__；如果用立即寻址方式，参与操作的数据是__D__；如果以间接寻址方式，参与操作的数据为__E__。 A：①运算器和控制器②CPU和磁盘存储器③硬件和软件④CPU和主存B：①编译程序②解释程序③控制器 ④运算器C~E：①X②X+Y③Y ④Y+Z ⑤Z⑥X+Z 3、5.25英寸软盘上的DS，DD标记的意义是____。 A、单面单密度 B、单面双密度 C、双面单密度 D、双面双密度 4、5.25英寸软盘片外框上的一个矩形缺口，其作用是____。 A、机械定位 B、"0"磁道定位 C、写保护作用 D、磁盘的起点定位 5、5.25英寸软盘片内圆边上的一个小圆孔，其作用是____。 A、机械定位 B、"0"磁道定位 C、写保护作用 D、磁盘的起点定位 6、软盘驱动器在寻找数据时，_____。 A、盘片不动，磁头动 B、盘片动，磁头不动 C、盘片和磁头都动 D、盘片和磁头都不动 7、计算机执行指令的过程：在控制器的指挥下，把__A__的内容经过地址总线送入__B__的地址寄存器，按该地址读出指令，再经过数据总线送入__C__，经过_ _D__进行分析产生相应的操作控制信号送各执行部件。 A~D：①存储器②运算器③程序计数器 ④指令译码器 ⑤指令寄存器⑥时序控制电路⑦通用寄存器⑧CPU 8、磁盘上的磁道是____。 A、记录密度不同的同心圆 B、记录密度相同的同心圆 C、一条阿基米德螺线 D、两条阿基米德螺线 9、在磁盘存储器中，无需移动存取机构即可读取的一组磁道称为____。 A、单元 B、扇区 C、柱面 D、文卷 10、设某条指令中的操作数（地址）部分为X，地址X的主存单元内容为Y，地址为Y 计算机硬件基本结构 计算机的5个基本组成部分：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。 算术逻辑部件P46 、P73 1.运算器 寄存器P46 、P72 随机存取存储器RAM P74 内存储器 （又称为只读存储器ROM P75 主存储器 或内存或互补金属氧化物半导体CMOS P76 主存） 1.44MB31/2英寸软盘P94 软盘Zip盘P94 大容量软盘超级盘P94 2.存储器HiFD盘P94 内置硬盘P95 盒式硬盘P95 外存储器硬盘硬盘组P95 （又称为辅USB移动硬盘P95 助存储器光盘-只读存储器CD-ROM 或外存或光盘CD 写一次，读多次光盘CD-R（又称为WORM） 辅存）P97可写光盘CD-RW 光盘-只读存储器DVD-ROM 数字化视频光盘DVD-R P97DVD-RAM和DVD-RW 磁盘P98 程序计数器PC P47 指令寄存器IR P47 3.控制器指令译码器ID P47 时序控制电路P47 微操作控制电路P47 传统设计键盘P80 键盘轮廓设计键盘P80 键盘输入无处理能力终端P81 智能型终端P81 终端网络终端P81 Internet终端P81 鼠标P82 游戏杆P82 触摸屏P82 定点输入设备光笔P82 数字转换器P83 4.输入设备数码相机P83 平台式扫描仪P83 图像扫描仪手持式扫描仪P83 扫描输入设备传真机P84 条形码阅读器P85 磁墨水字符识别MICR P85 字符和标记识别设备光学字符识别OCR P85 光学标记识别OMR P85 语音输入设备P86 数字笔记本P88 其他输入设备视觉系统P88 标准P89 显示器阴极射线管P89 平面显示器P89 高清晰度电视机P90 喷墨打印机P91 非接触式打印机激光打印机P91 热学打印机P91 打印机点针打印机P31 接触式打印机菊花轮打印机P31 5.输出设备行式打印机P31 笔式绘图仪P92 喷墨绘图仪P92 绘图仪静电绘图仪P92 直接成像绘图仪P92 缩微输出设备P93 其他输出设备语音输出设备P93 系统结构与硬件（答案） 系统结构与硬件 1.绘图仪属于 A：输出设备 B：输入设备和输出设备 C：输入设备 D:计算机正常工作时不可缺少的设备 2.计算机的存储系统一般指主存储器和 A:累加器 B:寄存器 C：辅助存储器 D:鼠标器 3.把硬盘上的数据传送到计算机的内存中去，称 为 A:打印 B:写盘 C:输出 D:读盘 4.CPU是计算机硬件中的（）部件。A:核心 B:辅助 C:主存 D:输入输出 5.CPU中的运算器的主要功能是（）A：负责读取并分析指令 B:算术运算和逻辑运算 C:指挥和控制计算机的运行 D:存放运算结果 6.CPU中的控制器的功能是（）。A:进行逻辑运算 B:进行算术运算 C:控制运算的速度 D:分析指令并发出相应的控制信号7.以下全是输入设备的是 A:键盘、扫描仪、打印机 B:键盘、硬盘、打印机 C:鼠标、硬盘、音箱 D:扫描仪、键盘、只读光盘 8.现代计算机系统是以（）为中心的。 A:中央处理器 B:内存 C:运算器 D:控制器 9.计算机中必要的、使用最广泛的、用于人机交 互的输出设备是 A：打印机 B:显示器 C：绘图仪 D：声卡 10.半导体只读存储器（ROM与半导体随机存储 器（RAM的主要区别在于 A: ROM 可以永久保存信息，RAM 在掉电后信息会消失 B： ROM掉电后，信息会消失，RAM不会 C： ROM是内存储器，RAM是外存储器 D： RAM是内存储器，ROM是外存储器 11.CPU的中文意思是 A:中央处理器 B:主机 C:控制器 D:计算机器 12.内存与外存的主要不同在于 A: CPU可以直接处理内存中的信息，速度快，存储容量大；外存则相反。 B: CPU可以直接处理内存中的信息，速度快，存储容量小；外存则相反。 C： CPU不能直接处理内存中的信息，速度慢, 存储容址大，外存则相反。 D： CPU不能直接处理内存中的信息，速度慢, 存储容量小，外存则相反 13.能够将图片输入到计算机内的装置是 A：打印机 B:扫描仪 C:鼠标 D:键盘 14.微型机中硬盘工作时，应特别注意避免 A:光线直射 一、计算机网络体系结构 （一 计算机网络概述 ） 1．计算机网络的概念、组成和功能 2．计算机网络的分类 3．计算机网络与互联网的发展历史 4．计算机网络的标准化工作及相关组织 （二 计算机网络体系结构与参考模型 ） 1．计算机网络分层结构 2．计算机网络协议、接口、服务等概念 3．ISO/OSI 参考模型和TCP/IP 模型 1．电路交换、报文交换和分组交换 2．数据报与虚电路 重难点： 1．体系结构的基本概念的理解，包括协议、分层、体系结构、实体、接口和服务等概念。 2．OSI 参考模型和TCP/IP 模型的分层和各层的功能。3．带宽和时延的理解和计算 4．区分电路交换、报文交换和分组交换（数据报与虚电路）各自的优缺点以及使用范围。 本章基础要点：计算机网络的概念、组成与功能 计算机网络可以定义为：按照网络协议，以共享资源和传递信息为主要目的，将地理上分散且功能独立的计算机通过通信线路互连 起来构成的集合体。简言之，计算机网络就是一些互连的、自治的计算机的集合。 从逻辑功能上讲，计算机网络由通信子网和资源子网两部分组成。 计算机网络具有一下基本功能： 1. 数据通信：它是计算机网络最基本的功能。包括连接控制、传输 控制、差错控制、流量控制、路由选择和多路复用等子功能。 2. 资源共享：包括数据资源、软件资源以及硬件资源的共享 3. 信息综合处理：将分散在各地计算机中的数据资料进行集中处理或分级处理。如自动订票系统、银行金融系统、信息采集与处理系统等。 4. 负载均衡：即将工作任务均衡地分配给计算机网络中的各台计算机。 5. 提高可靠性：指计算机网络中的各台计算机可以通过网络彼此互为替代机。 6. 分布式处理 OSI参考模型： 物理层：规定了激活、维持、关闭通信端点之间的机械特性、电气特性、功能特性以及规程特性。该层为上层协议提供了传输数据的物理介质。数据的单位称为比特（bit ）流。 属于物理层的典型规范代表包括：EIA/TIA RS-232 RJ-45 数据链路层：在不可靠的物理介质上提供可靠的传输。该层作用包括：物理地址寻址、数据成帧、流量控制、数据检错、重发等。数据的单位称为帧。 协议代表：HDLC PPP FAS系统硬件结构和功能 1.系统总体结构 如图2-1所示，FH98-G产品由系统主机、各种调度终端、维护管理系统、集中录音系统等部分组成。 系统主机提供数字中继、模拟中继、模拟用户、数字用户(2B+D)、2/4线音频、磁石、以太网和RS485等接口。并通过这些接口与电话公网、普通话机、磁石话机、2B+D键控终端、2B+D触摸屏调度台、集中数字录音仪、维护管理系统等相连。 FH98-G指挥调度系统从总体上分为N系统、C系统和网管系统。 在铁路调度应用中N系统是专供组织铁路运输生产的行车调度员、货运调度台、电力调度员及各专业生产调度员通过调度台向所管辖区段内的各站业务值班员、机车台以及无线终端发布命令和听取汇报的专用设备，一般位于调度所和指挥中心。 C系统作为各车站内数字化调度分机及数字化站场集中机设备，构成以信号楼值班员或车站运转室值班员为中心的站内通信系统，包括调度分机的接入、站间通信的接入、站场用户的接入等。 FH98-G的网管系统一般设在调度指挥中心，对N系统及全线的C系统进行统一管理和维护。 图2-1 N系统硬件结构示意图提供音频通道 。 。 。 2B+D接口 2B+D接口触摸屏调度台 触摸屏调度台网管终端 接自动交换网 接磁石电话 环路接口 磁石接口 音频接口 通过传输设备接车站FAS 接共电话机 共电接口 数字E1接口 与共电接口对接 共分接口 Copyright ?1996 Northern Telecom Copyright ?1996 Northern Telecom 通过传输设备接MSC 30B+D接口 交换机 图2-2 C 系统硬件结构示意图 1.1 系统主机 1.1.1 机柜 FH98-G 采用标准19英寸机柜（2000mm*600 mm *600 mm ），为插箱插板式结构。FH98-G 系统标准包括主控层和扩展层两种插箱，根据容量需要，N 系统扩展层一般为3层，C 系统扩展层为1层。机柜图如下所示： 2B+D 2B+D 2B+D E1接口 E1接口 接上行车站 FAS 接下行车站FAS 磁石接口 共电接口 环路接口 音频接口 接共电电话机 接磁石电话机 接自动交换网 触摸屏车站台 Copyright ?1996 Northern Telecom 触摸屏车站台 Copyright ?1996 Northern Telecom 与共电接口对接 共分接口 计算机软硬件基础知识 硬件： 计算机硬件，是由许多不同功能模块化的部件组合而成的，并在软件的配合下完成输入、处理、储存、和输出等 4 个操作步骤。另外，还可根据它们的不同功能分为 5 类。 1. 输出设备（显示器、打印机、音箱 等） 2.输入设备（鼠标、键盘、摄像头等） 3.中央处理器 4.储存器（内存、硬盘、光盘、U 盘以及储存卡等） 5. 主板（在各个部件之间进行协调工作、是一个重要的连接载体） 1.了解计算机的基本组成 一般我们看到的计算机都是由：主机（主要部分）、输出设备（显示器）、输入设备（键盘和鼠标）三大件组成。而主机是 计算机的主体，在主机箱中有：主板、 CPU、内存、电源、显卡、声卡、网卡、硬盘、软驱、光驱等硬件。 从基本结构上来讲，计算机可以分为五大部分：运算器、存储器、控制器、输入设备、 输出设备。 2.了解计算机系统 计算机系统分为硬件和软件两大部分，硬件相当于人的身体，而软件 相当于人的灵魂。 而硬件一般分为主机和外部设备，主机是一台计算机的核心部件，通常 都是放在一个机箱里。而外部设备包括输入设备（如键盘、 鼠标）和输出设备（如显示器、打印机）等。 软件一般分为系统软件和应用软件。 3.计算机部件 （1）、机箱，一般计算机的主要零件都放在这里。 （2）、显示器，用来看计算机的工作过程，要不然，你都不知道电脑究竟在做什么。（3）、键盘和鼠标，向计算机输入有用的命令，让它去为我们工作。 （4）、主板，这是一块很重要的东西，虽然它长得有点“丑”，这里是决定你这台计算机性能的重要零件之一哦。 （5）、内存，当计算机工作时，计算机会在这里存上存储数据，相当于人的记忆。（6）、 CPU，也称中央处理器，是计算机运算和控制的核心。 （7）、显卡，计算机通过这个玩意传送给显示器。 （8）、声卡，计算机通过这个玩意传送声音给音箱的哦。 （9）、硬盘，平常人们常说我的硬盘有多少G 多少 G，就是指这个硬 盘的容量，而G 数越多能装的东西便越多。 （10）、软驱，就是插软盘的玩意，现在一般都用 3.5 英寸的，古老年 代用 5.25 英寸的，现在我们去买人家都不卖了。 （11）、光驱，听 CD 当然少不了这个，有时候你要安装某些软件都是在光盘上的，所 以这个用处太大。 （12）、电源，主要用于将 220V 的外接电源转换为各种直流电源，供计算机的各个部件使用 PC部分 认识篇 个人计算机基本组成 ●个人计算机是由硬件系统和软件系统组成。 ●硬件：是指看的见、摸得着、实实在在的装置。（如：中央处理器（CPU）、内存、硬盘、显卡等）。 ●软件：是指看不见、摸不着的程序和数据。（如：操作系统、Office办公软件、腾讯QQ、IE浏览器等）。 ?任何计算机（电脑），笔记本也好，台式机也罢，服务器也不例外，都是由硬件和软件构成的。 计算机基本配置以及配置参数含义 CPU 1.CPU简单介绍 CPU(中央处理器,Central Processing Unit)是计算机的核心部件,其参数有主频，外频，倍频，缓存，前端总线频率，技术架构（包括多核心、多线程、指令集等），工作电压等等。下面就人们最关注的几个性能指标稍作说明： A.多核心：当前大多数人最关注是就是核心数，通常所说的双核（Dual-Core）、四核（Quad-Core）就是指的核心数。双核处理器是指在一个处理器上集成两个运算核心，从而提高处理器运算速度，进而提高计算机运算速度。一般来说，处理器上集成的核心数越多，处理器运算速度越快。 B.主频：即CPU内核工作的时钟频率（CPU Clock Speed）。既然是频率，那单位就不得不是赫兹（MHz）了。主频单位有：Hz（赫）、kHz（千赫）、MHz（兆赫）、GHz（吉赫）。一般来说，CPU的主频并不代表CPU的速度，但提高主频对于提高CPU运算速度却是至关重要的。也就是说有它是应该的，没它是不行的。 C.缓存（高速缓冲存储器，Cache）是位于CPU与内存之间的临时存储器，它的特点是容量小，存取速度极快。缓存和CPU交换数据的速度远远大于内存和CPU交换数据的速度。其工作原理是当CPU要读取一个数据时，首先从缓存中查找，找 产品说明书硬件部分说明 第一章系统结构 1.1系统构成 1.2说明 计算机及软件：管理整个系统，运算并处理各种相关数据。 收费机（又称窗口机）：根据上位机所设权限，承担窗口售饭、存 款、取款、退款以及出售份饭等职能。 录入机：连入计算机键盘口，用于办卡的操作设备。 打印机：计算机的附属设备，用于打印各项报表及收据。 网络服务器：通过COM1、COM2使窗口机与计算机实时通讯。第二章窗口机的构成及使用 2.1外观及其功能说明 一、外观图 图一，购饭面： 图二，操作面。 2.2功能说明 本收费机分前后两面，一面供就餐人员划卡消费用，一面供售饭人员操作使用。 窗口机购饭面主要分为读卡区和显示屏两部分（如图一）。 射频卡感应区：位于右侧印有天线图形的部分。消费时，消费者持卡接近窗口机，并使卡面与窗口机感应区平行贴近，移动射频卡至窗口机感应区0.2-2.5CM处，听到“嘟嘀”声后，即表示刷卡成功。 此时窗口机显示屏同时显示卡中余额；否则显示ERR1，表示档案中无此卡，并连响数声。 显示屏：位于窗口机的中央，分为上下两行，分别显示“余额”和“应收”两项内容。“余额”项表示持卡人卡中餐费余额，“应收”项表示持卡人当餐消费金额。 窗口机操作面分键盘操作和显示屏两部分（图2），显示屏内容及功能与购饭面显示屏相同。键盘可分为功能区和操作键区。 功能键区：分“主食”、“副食”、“零售”三个功能键，和与之对应的绿、黄、红三个状态指示灯。 操作键区：由0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、F1、*、查询、确认、小数点、设置、退出、总清、清除、结帐等键组成。 登录方式功能键：1、售饭；2、存款；3、取款；4、退款；5、份饭。 当操作员进行超出软件设定的权限操作时，显示屏则会出现ERR3，进行错误提示。 设置键：设置键用来设置机器号，设置机器号必须在售饭机登陆之前。登陆前连续按十次设置键，则显示本售饭机的机 器号，每台窗口机必须有唯一号码与其对应，否则重号 计算机硬件的基本结构 计算机硬件的基本结构 电子数字计算机一开始是作为一个计算工具出现的。不难想象，计算机如能脱离人的干预而自动地完成计算，它必须具备以下几个 基本功能： ①要有能进行运算的部件——运算器; ②要有能记忆原始数据、运算程序及运算结果的部件——存储器; ③要有能发出各种控制信息，以便使计算机各部件协调工作的部件——控制器; ④要有能将原始数据及运算程序输入计算机的部件——输入设备; ⑤要有能将结果及其它信息输出的部件——输出设备。 计算机的硬件就是由这五大部分构成，这种模型最早是由数学家冯·诺依曼提出的，故称为冯·诺依曼结构。 运算器称为ALU(ArithmaticLogicalU—nit)，它由部件及逻辑 电路组成，其功能进行算术和逻辑运算。控制器发出各种控制信号，使整个运行过程自动进行。控制器和运算合称为中央处理单元(CentralProcessingUnit)，简称CPU。CPU是一片大规模集成电路，在数据运算和数据传输过程中临时存储数据等。其中包含一个累加 器(Accumulator，简称A)。累加器是一个具有特种功能的寄存器， 它虽叫累加器，但并不能在其中进行加法运算，其主要作用是用来 传输、临时存储ALU运算过程的结果和其它数据，并能把存在其中 的数据左移或右移。存储器由记忆单元组成，用于存放数据、中间 结果及一系列指令。输入输出设备称外部设备，简称外设，用于输 人原始数据、控制命令及输出运行结果等。 在计算机中，有两股信息在流动。一股是数据流，各种原始数据由输入设备输入至运算器，再存人存储器中，在运算过程中，数据 从存储器读入运算器进行运算，运算的中间结果存如存储器中或由 外设输出。另一股信息流为控制信息流，人们给计算机的各种命令(即程序)也以数据的形式由存储器送入控制器。由控制器译码后发 出控制信号，控制计算机各部件的工作。 中央处理器的基本组成： ①运算器ALU。 ②累加器A。 ③寄存器组。 ④程序计数器：要求计算机能自动按程序要求的顺序执行程序，就必须把存在存储器中的指令码按顺序依次取出来加以执行，因此，必须有一个电路能追踪、记忆指令所在的地址，这就是程序计数器PC(ProgramCounter)。微机加电时，计算机的复位电路自动给PC赋 以程序中的第一条指令所在地址。计算机根据这一地址取出第一条 指令的第一字节(8位机每次取出一个指令字节)。PC的内容自动加1，以指向下一条指令的地址，计算机处理完一条指令(字节)后，根 据PC记忆的'地址，取下一条指令字节，PC再自动加1。只有当遇 到跳转指令、调用子程序指令或遇到中断时，PC内容自动转到所需 的地方。 ⑤标志寄存器：用以指示运算结果状态(如加法运算进位时置1 进位标志等等)和控制工作条件(如设置中断屏蔽标志等)。 ⑥指令寄存器与指令译码器：指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令。当执行一条指令时，先从存储器取出指令，并送至指 令寄存器IR(1nstructionRegister)，该寄存器的输出就是指令译 码器ID(1nstructionDecoder)的输入，经ID译码(识别这条指令的 功能)后，即可向操作控制器发出具体操作的特定信号。 ⑦操作控制器：从上述可知，CPU内的每个功能部件都完成一定 的特定功能。然而信息怎样才能在各部件之间传送呢?也就是说，数 据的流动是由什么部件控制的呢?通常把许多数字部件之间传送信息 的通路称为“数据通路”。信息从什么地方开始，中间经过哪个寄 第三章硬件基础知识学习 通过上一课的学习，我们貌似成功的点亮了一个LED小灯，但是还有一些知识大家还没有 彻底明白。单片机是根据硬件电路图的设计来写代码的，所以我们不仅仅要学习编程知识，还有硬件知识，也要进一步的学习，这节课我们就要来穿插介绍电路硬件知识。 3.1 电磁干扰EMI 第一个知识点，去耦电容的应用，那首先要介绍一下去耦电容的应用背景，这个背景就是电磁干扰，也就是传说中的EMI。 1、冬天的时候，尤其是空气比较干燥的内陆城市，很多朋友都有这样的经历，手触碰到电脑外壳、铁柜子等物品的时候会被电击，实际上这就是“静电放电”现象，也称之为ESD。 2、不知道有没有同学有这样的经历，早期我们使用电钻这种电机设备，并且同时在听收音机或者看电视的时候，收音机或者电视会出现杂音，这就是“快速瞬间群脉冲”的效果，也称之为EFT。 3、以前的老电脑，有的性能不是很好，带电热插拔优盘、移动硬盘等外围设备的时候，内部会产生一个百万分之一秒的电源切换，直接导致电脑出现蓝屏或者重启现象，就是热插拔的“浪涌”效果，称之为Surge... ... 电磁干扰的内容有很多，我们这里不能一一列举，但是有些内容非常重要，后边我们要一点点的了解。这些问题大家不要认为是小问题，比如一个简单的静电放电，我们用手能感觉到的静电，可能已经达到3KV以上，如果用眼睛能看得到的，至少是5KV了，只是因为 这个电压虽然很高，电量却很小，因此不会对人体造成伤害。但是我们应用的这些半导体元器件就不一样了，一旦瞬间电压过高，就有可能造成器件的损坏。而且，即使不损坏，在2、3里边介绍的两种现象，也严重干扰到我们正常使用电子设备了。 基于以上的这些问题，就诞生了电磁兼容(EMC)这个名词。这节课我们仅仅讲一下去耦 1．1 概述数字计算机的发展经过了哪几个代？各代的基本特征是什么？ 略。 1．2 你学习计算机知识后，准备做哪方面的应用？ 略。 1．3 试举一个你所熟悉的计算机应用例子。 略。 1．4 计算机通常有哪些分类方法？你比较了解的有哪些类型的计算机？ 略。 1．5 计算机硬件系统的主要指标有哪些？ 答：机器字长、存储容量、运算速度、可配置外设等。 答：计算机硬件系统的主要指标有：机器字长、存储容量、运算速度等。 1．6 什么是机器字长？它对计算机性能有哪些影响？ 答：指CPU一次能处理的数据位数。它影响着计算机的运算速度，硬件成本、指令系统功能，数据处理精度等。 1．7 什么是存储容量？什么是主存？什么是辅存？ 答：存储容量指的是存储器可以存放数据的数量（如字节数）。它包括主存容量和辅存容量。 主存指的是CPU能够通过地址线直接访问的存储器。如内存等。 辅存指的是CPU不能直接访问，必须通过I/O接口和地址变换等方法才能访问的存储器，如硬盘，u盘等。 1．8 根据下列题目的描述，找出最匹配的词或短语，每个词或短语只能使用一次。（1）为个人使用而设计的计算机，通常有图形显示器、键盘和鼠标。 （2）计算机中的核心部件，它执行程序中的指令。它具有加法、测试和控制其他部件的功能。 （3）计算机的一个组成部分，运行态的程序和相关数据置于其中。 （4）处理器中根据程序的指令指示运算器、存储器和I/O设备做什么的部件。 （5）嵌入在其他设备中的计算机，运行设计好的应用程序实现相应功能。 （6）在一个芯片中集成几十万到上百万个晶体管的工艺。 （7）管理计算机中的资源以便程序在其中运行的程序。 （8）将高级语言翻译成机器语言的程序。 （9）将指令从助记符号的形式翻译成二进制码的程序。 （10）计算机硬件与其底层软件的特定连接纽带。 供选择的词或短语： 1、汇编器 2、嵌入式系统 3、中央处理器（CPU） 4、编译器 5、操作系统 6、控制器 7、机器指令 8、台式机或个人计算机 9、主存储器10、VLSI 答：（1）8，（2）3，（3）9，（4）6，（5）2， （6）10，（7）5，（8）4，（9）1，（10）7 第二章常规计算机硬件体系结构 早期的包处理系统是建立在常规计算机系统之上的，这也是最廉价的包处理系统。我们定义一个常规的计算机系统由四个基本部件组成：一个CPU，一个内存，一个或多个I/O设备，一条总线。总线连接另外的三个基本部件，并允许它们相互通信。PC机是一个常规计算机系统，因为它包括了以上所有四个部件。 为了将一台常规的计算机转换成一个可以处理数据包的网络系统，必须在计算机上增加一些硬件和软件。增加的硬件用来发送和接收数据包，增加的软件用来处理数据包。 2.1 早期的NIC 将一个计算机系统连接到一个网络的硬件设备称为网络接口卡（Network Interface Card，NIC）。对于计算机来说，NIC和其它I/O设备一样连接到计算机的总线并由CPU控制，CPU 控制NIC的方法与控制其它I/O设备的方法也相同。对于网络来说，NIC表现得像一台主机，即NIC可以发送和接收数据包。 主机和包分析器只连接到一个网络上，这样的系统只需要一块NIC。复杂一些的系统，像网桥、路由器等，要求多个网络连接。当系统需要多个网络连接时，有两种可能的实现方法。一种方法是将多块网卡插入到总线扩展槽中，每块网卡连接一个网络；另一种方法是在一块电路板上提供多个独立的网络接口，电路板插入扩展槽中，每个网络接口连接一个网络，目前已经出现了这种商用的NIC硬件。从计算机的角度来看，这两种方法没有什么区别。但是由于总线扩展槽的数量是有限的，因此后一种方法更好，可以节省扩展槽。 网络接口由CPU操作，这意味着CPU控制着所有数据包的发送和接收。为发送一个数据包，CPU首先在内存中组装好数据包，然后将包传递给NIC，NIC再将数据包发送到网络上。在系统接收一个数据包前，CPU必须先允许NIC，指明数据包存放的位置。NIC等待从网络上到来的数据包，将其存放到指定的位置，然后通知CPU。NIC中通常包含实现物理层协议标准的物理接口芯片组，它们保证每个输出的帧具有正确的格式并且产生出符合物理层协议标准的信号波形；类似地，它们检查每个到来的帧以保证每个帧是有效的。 数据总线上一次可以传输的数据量由数据总线的宽度（即数据线的数目）决定。一般来说，数据总线的宽度不足以一次传输一个完整的帧，因此一个帧必须分成许多较小的片段（如32比特）分多次传递给NIC。由于NIC是由CPU操作的，这意味着CPU必须参与到这种传输过程中。事实上，早期的NIC硬件依赖于计算机系统的CPU完成帧的收发。在帧的接收过程中，CPU反复地访问NIC取得下一个片段的数据，然后存放到内存中。在帧的发送过程中，CPU反复地将帧的片段发送给NIC。使用CPU传输数据包的主要优点是代价低，因为NIC硬件不需要做很多事，因此可以做得很简单。主要的缺点是开销大和可扩展性差，使用CPU处理输入输出意味着它不能做别的事；更重要的是，一个CPU无法适应高速网络，特别是当系统有多个网络接口时。 2.2 现代的NIC 为了支持多个网络接口和适应高速网络，必须将输入/输出和包处理分离开来，并尽可能避免使用CPU，因此现代的NIC都包含独立于CPU操作的复杂硬件。以下四种技术用来优化数据传输和减少开销：（1）卡上地址识别和过滤；（2）卡上包缓存；（3）直接内存访问DMA；（4）操作链。 （1）卡上地址识别和过滤 以太网使用共享媒体进行传输，每个节点实际上可以收到所有的帧，只是丢弃哪些不是 计算机硬件的基本组成部分 基本由什么组成呢?看了下面的内容相信会对您有所收获。更多内容请关注 1. 中央处理器 中央处理器称为CPU(Central Processing Unit) ，它的主要技术指标之一是主频，主频表示CPU的内部工作频率。主频越高，表明CPU的运算速度越快，当然性能也越好。 在微型计算机(简称微机或个人计算机)中，CPU又称为微处理器，其典型代表是 In tel公司的Pen tium 系列产品。例如，Pen tium II的主频在233?450MHz之间，而 Pentium III的主频可达800MHz。通常，人们所说的微机速度是指CPU的主频。它主要由控制器和运算器组成，是计算机的核心部件。 (1) 运算器 运算器(Arithmetical Unit) 的主要功能是完成对数据的算术运算、逻辑运算和逻辑判断等操作。在控制器控制下，运算器对取自存储器或其内部寄存器的数据按指令码的规定进行相应的运算，并将结果暂存在内部寄存器或送到存储器中。 (2) 控制器 控制器(Co ntrol Un it)是计算机中指令的解释和执行结构，其主要功能是控制运算器、存储器、输入输出设备等部件协调动作。控制器工作时，从存储器取出一条指令，并指出下一条指令所在的存放地址，然后对所取指令进行分析，同时产生相应的控制信号，并由控制信号启动有关部件，使这些部件完成指令所规定的操作。这样逐一执行一系列指令组成的程序，就能使计算机按照程序的要求，自动完成预定的任务。 2. 存储器 存储器(Memory)是用来存储程序和数据的部件，是计算机的重要组成部分。在实际应用中，用户先通过输入设备将程序和数据放在存储器中，运行程序时，由控制器从存储器中逐一取出指令并加以分析，发出控制命令以完成指令的操作。 在计算机中，存储器容量以字节(Byte,简写为B)为基本单位，一个字节由8个二进制位(bit)组成。存储容量的表示单位除了字节以外，还有KB、MB、GB、TB(可分别简称为K、M、G、T,例如，128MB可简称为128M)。其中： 1KB=1024B 1MB=1024KB 系统结构与硬件 1.绘图仪属于 A: 输出设备 B: 输入设备和输出设备 C: 输入设备 D: 计算机正常工作时不可缺少的设备 2.计算机的存储系统一般指主存储器和 A: 累加器 B: 寄存器 C: 辅助存储器 D: 鼠标器 3.把硬盘上的数据传送到计算机的内存中去，称为 A: 打印 B: 写盘 C: 输出 D: 读盘 4.CPU 是计算机硬件中的（）部件。 A: 核心 B: 辅助 C: 主存 D: 输入输出 5.CPU 中的运算器的主要功能是 ( )。 A: 负责读取并分析指令 B: 算术运算和逻辑运算 C: 指挥和控制计算机的运行 D: 存放运算结果 6.CPU 中的控制器的功能是( )。 A: 进行逻辑运算 B: 进行算术运算 C: 控制运算的速度 D: 分析指令并发出相应的控制信号 7.以下全是输入设备的是 A: 键盘、扫描仪、打印机 B: 键盘、硬盘、打印机 C: 鼠标、硬盘、音箱 D: 扫描仪、键盘、只读光盘 8.现代计算机系统是以（）为中心的。 A: 中央处理器 B: 内存 C: 运算器 D: 控制器 9.计算机中必要的、使用最广泛的、用于人机交互的输出设备是 A: 打印机 B: 显示器 C: 绘图仪 D: 声卡 10.半导体只读存储器（ROM）与半导体随机存储器（RAM）的主要区别在于A: ROM 可以永久保存信息，RAM 在掉电后信息会消失 B: ROM 掉电后，信息会消失，RAM 不会 C: ROM 是内存储器，RAM 是外存储器 D: RAM 是内存储器，ROM 是外存储器 11.CPU 的中文意思是 A: 中央处理器 B: 主机 C: 控制器 D: 计算机器 12.内存与外存的主要不同在于 A: CPU 可以直接处理内存中的信息，速度快，存储容量大；外存则相反。B: CPU 可以直接处理内存中的信息，速度快，存储容量小；外存则相反。C: CPU 不能直接处理内存中的信息，速度慢，存储容址大，外存则相反。D: CPU 不能直接处理内存中的信息，速度慢，存储容量小，外存则相反13.能够将图片输入到计算机内的装置是 A: 打印机 B: 扫描仪 C: 鼠标 D: 键盘 14.微型机中硬盘工作时，应特别注意避免 A: 光线直射 B: 环境卫生不好 C: 强烈震动 D: 噪声 15.ROM 指的是 A: 只读存储器 B: 硬盘存储器 C: 随机存储器 D: 软盘存储器 16.I/O 设备的含义是 A: 输入输出设备 B: 通信设备 C: 网络设备 D: 控制设备 17.计算机突然停电，则计算机____全部丢失。 A: 硬盘中的数据和程序 B: ROM 中的数据和程序 C: ROM 和RAM 中的数据和程序 D: RAM 中的数据和程序 计算机硬件的组成 计算机硬件（Computer hardware）是指计算机系统中由电子，机械和光电元件等组成的各种物理装置的总称。这些物理装置按系统结构的要求构成一个有机整体为计算机软件运行提供物质基础。简言之，计算机硬件的功能是输入并存储程序和数据，以及执行程序把数据加工成可以利用的形式。从外观上来看，微机由主机箱和外部设备组成。主机箱内主要包括CPU、内存、主板、硬盘驱动器、光盘驱动器、各种扩展卡、连接线、电源等；外部设备包括鼠标、键盘等。计算机主要由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等五个逻辑部件组成。 运算器 运算器由算术逻辑单元（ALU）、累加器、状态寄存器、通用寄存器组等组成。算术逻辑运算单元（ALU）的基本功能为加、减、乘、除四则运算，与、或、非、异或等逻辑操作，以及移位、求补等操作。计算机运行时，运算器的操作和操作种类由控制器决定。运算器处理的数据来自存储器；处理后的结果数据通常送回存储器，或暂时寄存在运算器中。与Control Unit共同组成了CPU的核心部分。 控制器 控制器（Control Unit），是整个计算机系统的控制中心，它指挥计算机各部分协调地工作，保证计算机按照预先规定的目标和步骤有条不紊地进行操作及处理。控制器从存储器中逐条取出指令，分析每条指令规定的是什么操作以及所需数据的存放位置等，然后根据分析的结果向计算机其它部件发出控制信号，统一指挥整个计算机完成指令所规定的操作。计算机自动工作的过程，实际上是自动执行程序的过程，而程序中的每条指令都是由控制器来分析执行的，它是计算机实现“程序控制”的主要设备。 通常把控制器与运算器合称为中央处理器（Central Processing Unit，CPU）。工业生产中总是采用最先进的超大规模集成电路技术来制造中央处理器，即CPU 芯片。它是计算机的核心设备。它的性能，主要是工作速度和计算精度，对机器的整体性能有全面的影响。硬件系统的核心是中央处理器（Central Processing Unit，简称 CPU）。它主要由控制器、运算器等组成，并采用大规模集成电路工艺制成的芯片，又称微处理器芯片。 存储器 存储器（Memory）是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。计算机中全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。它根据控制器指定的位置存入和取出信息。有了存储器，计算机才有记忆功能，才能保证正常工作。按用途存储器可分为主存储器（内存）和辅助存储器（外存）,也有分为外部存储器和内部存储器的分类方法。外存通常 FAS 系统硬件结构与功能 1、系统总体结构 如图2-1所示,FH98-G 产品由系统主机、各种调度终端、维护管理系统、集中录音系统等部分组成。 系统主机提供数字中继、模拟中继、模拟用户、数字用户(2B+D)、2/4线音频、磁石、以太网与RS485等接口。并通过这些接口与电话公网、普通话机、磁石话机、2B+D 键控终端、2B+D 触摸屏调度台、集中数字录音仪、维护管理系统等相连。 FH98-G 指挥调度系统从总体上分为N 系统、C 系统与网管系统。 在铁路调度应用中N 系统就是专供组织铁路运输生产得行车调度员、货运调度台、电力调度员及各专业生产调度员通过调度台向所管辖区段内得各站业务值班员、机车台以及无线终端发布命令与听取汇报得专用设备,一般位于调度所与指挥中心。 C 系统作为各车站内数字化调度分机及数字化站场集中机设备,构成以信号楼值班员或车站运转室值班员为中心得站内通信系统,包括调度分机得接入、站间通信得接入、站场用户得接入等。 FH98-G 得网管系统一般设在调度指挥中心,对N 系统及全线得C 系统进行统一管理与维护。 图2-1 N 系统硬件结构示意图 提供音频通道 。 。。 2B+D 接口 2B+D 接口 触摸屏调度台 触摸屏调度台 网管终端 接自动交换网 接磁石电话 环路接口 磁石接口 音频接口 通过传输设备接车站FAS 接共电话机 共电接口 数字E1接口 与共电接口对接 共分接口 Copyright ?1996 Northern Telecom Copyright ?1996 Northern Telecom 通过传输设备接MSC 30B+D 接口 交换机 2B+D 2B+D E1接口 E1接口 接上行车站 FAS 接下行车站FAS 磁石接口 共电接口 环路接口 接共电电话机 接磁石电话机 接自动交换网 触摸屏车站台 Copyright ?1996 Northern Telecom 计算机的组成内部设备 光驱 光驱，电脑用来读写光碟内容的机器，是台式机里比较常见的一个配件。随着多媒体的应用越来越广泛，使得光驱在台式机诸多配件中的已经成标准配置。目前，光驱可分为CD-ROM 驱动器、DVD光驱(DVD-ROM)、康宝(COMBO)和刻录机等。 软驱 软盘驱动器就是我们平常所说的软驱，英文名称叫做“Floppy Disk Driver”，它是读取3.5英寸或5.25英寸软盘的设备。现今还能看到的是3.5英寸的软驱，可以读写1.44MB的3.5英寸软盘[/url]，5.25英寸的软盘早已经淘汰，一般不会见到。软驱分内置和外置两种。内置软驱使用专用的FDD接口(这是内置软驱接口，是传统的软驱接口，直接与电脑主板上的软驱接口相连，价格低廉)，而外置软驱一般用于笔记本电脑，使用USB[/url]接口(这是外置软驱接口，通过电脑的USB接口与主机相连，可移动，但价格较高，多用于笔记本电脑。USB接口又可分为USB1.1和USB2.0两种)。 软驱有很多缺点，随着计算机的发展，这些缺点逐渐明显：容量太小，读写速度慢，软盘的寿命和可靠性差等，数据易丢失等，因此目前软驱基本上已经被其他设备取代。但是由于软驱是计算机的标准设备，在各种操作系统下无需额外安装驱动程序就可以使用，因此在很多情况软驱有其独到的便利之处（比如多块硬盘组RAID），因此目前仍有外置软驱在部分计算机上使用。 主板 主板主板，又叫主机板(mainboard)、系统板(systemboard)或母板(motherboard)；它安装在机 箱内，是微机最基本的也是最重要的部件之一。主板一般为矩形电路板，上面安装了组成计算机的主要电路系统，一般有BIOS芯片、I/O控制芯片、键盘和面板控制开关接口、指示灯插接件、扩充插槽、主板及插卡的直流电源供电接插件等元件。 CPU（中央处理器） CPU是中央处理单元(Central Processing Unit)的缩写，它可以被简称做微处理器（Microprocessor)，不过经常被人们直接称为处理器(processor)。CPU是计算机的核心，其重要性好比大脑对于人一样，因为它负责处理、运算计算机内部的所有数据，而主板芯片组则更像是心脏，它控制着数据的交换。CPU的种类决定了操作系统和相应的软件。CPU主要由运算器、控制器、寄存器组和内部总线等构成，是PC的核心，再配上储存器、输入/输出接口和系统总线组成为完整的PC（个人电脑）。 内存 内存是计算机中重要的部件之一，它是与CPU进行沟通的桥梁。计算机中所有程序的运行都是在内存中进行的，因此内存的性能对计算机的影响非常大。内存（Memory）也被称为内存储器，其作用是用于暂时存放CPU中的运算数据，以及与硬盘等外部存储器交换的数据。只要计算机在运行中，CPU就会把需要运算的数据调到内存中进行运算，当运算完成后CPU再将结果传送出来，内存的运行也决定了计算机的稳定运行。内存是由内存芯片、电路板、金手指等部分组成的。 硬盘硬件结构图
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