嵌入式外围设备
嵌入式系统原理与实践-第08章 通信外设
2019/6/7
12
UART
RS232简介--常用DB9引脚说明
9芯
信号方向来 缩写
描述
自
1
调制解调器 CD
载波检测
2
调制解调器 RXD
接收数据
3
PC
TXD
发送数据
4
PC
DTR
数据终端准
备好
5
GND
信号地
6
调制解调器 DSR
2019/6/7
6
UART
Universal Asynchronous Receiver and Transmitter
异步通信收发器
2019/6/7
7
UART
应用
串口是嵌入式系统与外界联系的重要手段，主要用于以 下两个方面：
UART直接和其他的控制器进行数据交换 UART和PC机通信：由于PC机串口是RS232电平，所以
2019/6/7
10
UART
RS232简介
RS232的全名是“数据终端设备（DTE）和数据通讯 设备（DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标准”。 该标准规定采用一个25个脚的 DB25连接器，对连接器的 每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信 号的电平加 以规定。
接口的信号内容 实际上RS-232-C的25条引线中有许 多是很少使用的，在计算机与终端通讯中一般只使用3-9 条引线。
1位 一般可选为1位或2位
8位数据、无校验、一位停止位的工作示例图
2019/6/7
15
UART
使用UART通信
使用UART通信需要两个引脚（将在下面的示例中用 到），如下表：
嵌入式
嵌入式系统(Embedded System)是以应用为中心，以计算机技术为基础，系统的软硬件可剪裁，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。
嵌入式系统主要分为两个部分:嵌入式硬件部分和嵌入式软件部分。嵌入式硬件部分主要由嵌入式处理器，嵌入式外围设备等构成;嵌入式软件部分主要由嵌入式操作系统，嵌入式开发调试环境和嵌入式应用软件构成。
嵌入式应用的多样化主要体现在嵌入式设备主控芯片和外围设备的多样化，目前，嵌入式设备的主控芯片类型包括四类:微控制器、嵌入式处理器、DSP处理器和片上系统SOC。嵌入式外围设备种类繁多，而且不同的嵌入式应用有不同的外挂设备，为了支持这些不同的外挂设备就必须有这些不同设备的板级支持包BSP (board support package).
嵌入式系统的核心部件是各种类型的嵌入式处理器，嵌入式处理器作为系统的控制中枢，通过控制总线、数据总线和地址总线与各种外部接口相连。
就目前的现状而言，嵌入式处理器可以分成四大类:嵌入式微处理器(EMU),微控制器(MCU),DSP处理器和片上系统(SOC)。
(1) 嵌入式微处理器(EMU)
1.嵌入式系统控制器
一个嵌入式系统的目标硬件平台主要分三部分:处理器核心，片内外围电路，板级外围电路.
处理器核心指的是整个芯片的核心电路即CPU的内核。芯片内的外围电路是指封装在芯片内的一些电路如定时器分频电路、串行接口电路等。板级外围电路就是与处理器芯片交互的外围电路，通常这些电路是根据处理器的特性和具体的 应用而定制的外围电路。
现在DSP处理器已得到很快的发展与应用，特别在嵌入式系统的智能化系统中。智能化算法一般都是运算量较大，特别是向量计算、指针线性寻址等较多，而这些正是DSP处理器的长处所在。
6 嵌入式系统外围设备
所有Windows CE 支持
常见的存储器扩充装置
SD扩充装置（Secure Digital） TF卡 microSD
大纲
存储
外围接口
显示 总线 USB 其他 轮询 中断 DMA
数据传送方式
接口
外设一般不能与CPU直接相连，必须经过中间 电路再与CPU相连，这些中间电路被称为I/O 接口电路，简称I/O接口（ I/O控制器，I/O设 备？）
大纲
存储
外பைடு நூலகம்接口
显示 总线 其他
数据传送方式
轮询 中断 DMA
总线概述
什么是总线？
在多于两个模块（设备、子系统）之间传送信息的 公共通路 信息共享和交换
总线功能
总线组成
传输信息的物理介质和管理信息传输的协议
结构简单、成本低廉，系统易于扩充或者更新 所有设备共享一组总线，总线只能独占使用
NAND Flash——东芝所发展的架构
2 Flash的操作
Flash的操作有三种
读操作
简单，与SRAM接口一样 整片擦除、Block擦除（专用时序） 也叫编程，Block写（专用时序）
擦除操作
写操作
Flash的擦除、写等操作，多以命令的方式完成
常见的存储器扩充装置
CF扩充装Compact Flash
ROM ROM
嵌入式系统课课程设计
嵌入式系统课课程设计一、教学目标本课程的教学目标是让学生掌握嵌入式系统的基本概念、原理和应用，培养学生运用嵌入式系统解决实际问题的能力。
具体分为以下三个部分：1.知识目标：（1）了解嵌入式系统的基本概念、特点和分类；（2）掌握嵌入式处理器、外围设备及其接口技术；（3）熟悉嵌入式操作系统的基本原理和常用操作系统；（4）了解嵌入式系统的设计方法和开发流程。
2.技能目标：（1）能够使用嵌入式处理器和外围设备搭建简单的嵌入式系统；（2）能够编写嵌入式系统的基本程序，实现常见的功能；（3）具备嵌入式操作系统的基本编程能力；（4）能够运用嵌入式系统解决实际问题，开展创新设计。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对嵌入式系统的兴趣，激发学习热情；（2）培养学生团队合作精神，提高沟通与协作能力；（3）培养学生创新意识，培育勇于探索的精神；（4）培养学生责任感，强化安全意识。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.嵌入式系统概述：嵌入式系统的概念、特点、分类和应用领域；2.嵌入式处理器：嵌入式处理器的结构、工作原理和性能评估；3.嵌入式外围设备：存储器、输入输出接口、定时器等；4.嵌入式操作系统：嵌入式操作系统的原理、结构和常用操作系统；5.嵌入式系统设计方法：需求分析、系统架构设计、软件设计等；6.嵌入式系统开发流程：项目立项、系统设计、编程调试、测试等；7.嵌入式系统应用案例：常见嵌入式系统的应用案例分析。
三、教学方法本课程采用多种教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性：1.讲授法：通过讲解嵌入式系统的基本概念、原理和应用，使学生掌握相关知识；2.讨论法：学生针对嵌入式系统的某个主题进行讨论，提高学生的思考和表达能力；3.案例分析法：分析实际案例，使学生了解嵌入式系统在实际应用中的工作原理和设计方法；4.实验法：让学生动手搭建嵌入式系统，亲身体验嵌入式程序的编写和调试过程。
四、教学资源本课程的教学资源包括：1.教材：选用国内权威、实用的嵌入式系统教材；2.参考书：提供相关的嵌入式系统著作，供学生拓展阅读；3.多媒体资料：制作课件、教学视频等，丰富教学手段；4.实验设备：提供嵌入式系统实验平台，让学生动手实践。
ARM嵌入式系统开发与应用课后题答案与习题
课后题答案:第一章1.写出下列英文缩写的英文原文及中文含义。
RAM随机存储器 DRAM动态随机存储器 ROM只读存储器PROM可编程只读存储器 EPROM可插除可编程只读存储器 CANCAN总线RTOS实时操作系统 SOPC片上可编程系统 ICE硬件调试器 FI快速终端请求EEPROM电可插除可编程只读存储器 API应用程序接 DMA直接内存存取RISC精简指令集计算机 SPI串行万维指令 MMU存储管理单元UART异步接受发送装置 ARM先进RISC存储器 SWI软件终端指令2、什么是嵌入式系统？ P3嵌入式系统是用于检测、控制、辅助、操作机械设备的装置。
以应用为中心，一计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗等严格要求的专用计算机系统。
3、是比较嵌入式系统与通用PC的区别。
P3（1）嵌入式系统是专用的计算机系统，而PC是通用的计算机系统。
（2）技术要求不同，通用PC追求高速、海量的数据运算；嵌入式要求对象体系的智能化控制。
（3）发展方向不同，PC追求总线速度的不断提升，存储容量不断扩大；嵌入式追求特定对象系统的智能性，嵌入式，专用性。
4、嵌入式体统有哪些部分组成？简单说明各部分的功能与作用（1）硬件层是整个核心控制模块（由嵌入式微处理器、存储系统、通信模块、人机接口、其他I/O 接口以及电源组成），嵌入式系统的硬件层以嵌入式微处理器为核心，在嵌入式微处理器基础上增加电源电路、时钟电路、和存储器电路（RAM和ROM等），这就构成了一个嵌入式核心控制模块，操作系统和应用程序都可以固化在ROM中。
（2）中间层把系统软件与底层硬件部分隔离，使得系统的底层设备驱动程序与硬件无关。
一般包括硬件抽象层（Hardware Abstract Layer，HAL）和板级支持包（Board Support Package，BSP）。
（3）软件层由实时操作系统（Real Time Operating System，RTOS）、文件系统、图形用户接口（Graphical User Interfaces，GUI）、网络组件组成。
嵌入式系统设计大学教程_习题与解答71815
嵌入式系统设计大学教程习题与解答第1章嵌入式系统设计基本概念（绪论）1、嵌入式系统的定义是什么？你是如何理解嵌入式系统的? （P3）答：嵌入式系统一般定义为以应用为中心、以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗和应用环境有特殊要求的专用计算机系统。
一个嵌入式系统就是一个硬件和软件的集合体，它包括硬件和软件两部分。
其中硬件包括嵌入式处理器/控制器/数字信号处理器（DSP）、存储器及外设器件、输入输出（I/O）端口、图形控制器等；软件部分包括操作系统软件（嵌入式操作系统）和应用程序（应用软件），由于应用领域不同，应用程序千差万别。
For personal use only in study and research; not for commercial use2、列出并说明嵌入式系统不同于其他计算机系统的主要特征。
（P3~P4）答：主要特征有：∙系统内核小：由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置，系统资源相对有限，所以内核较传统的操作系统要小得多。
∙For personal use only in study and research; not for commercialuse∙∙专用性强：嵌入式系统通常是面向特定任务的，个性化很强，其中软件系统和硬件的结合非常紧密，一般要针对硬件进行软件系统的移植。
∙运行环境差异大：嵌入式系统使用范围极为广泛，其运行环境差异很大。
∙可靠性要求高：嵌入式系统往往要长期在无人值守的环境下运行，甚至是常年运行，因此对可靠性的要求特别高。
∙For personal use only in study and research; not for commercial use∙∙系统精简和高实时性操作系统：∙具有固化在非易失性存储器中的代码：为了系统的初始化，几乎所有系统都要在非易失性存储器中存放部分代码（启动代码）。
为了提高执行速度和系统可靠性，大多数嵌入式系统常常把所有代码（或者其压缩代码）固化，存放在存储器芯片或处理器的内部存储器件中，而不使用外部存储介质。
《嵌入式系统导论》考试课复习资料
《嵌入式系统导论》考试课复习资料一、选择题1．操作系统内核是指（）A.操作系统的调度部分B.操作系统的驱动C.操作系统的存储管理D.操作系统的核心部分4. SoC形成或产生的过程不包括以下哪个方面（）A. 单片集成系统的软硬件协同设计和验证，以实现系统功能为主要目的B. 逻辑面积计数的使用和产能占有比例的有效提高，即开发和研究IP核生成及复用技术C. 系统软件的建模与开发，即对IP核的配套D. 超深亚微米（VDSM），纳米集成电路的设计理论和计数，即与底层技术的结合5. VxWorks 操作系统是WindRiver公司推出的一种32位嵌入式实时操作系统，下面不是它优点的是（）A. VxWorks源码开源，用户的开发成本低。
B.简洁、紧凑、高效的内核。
C.支持多任务，实时性强。
D.较好的兼容性和对多种硬件环境的支持。
6.下面是PowerPC架构嵌入式微处理器的不是主要特点是（）A.独特的分支出来单元可以让指令预期效率大大提高。
B.超标量的设计。
C.适合大量向量运算，指针现行寻址的智能化算法。
D.可处理“字节非对齐”的数据存储。
7. 下列选项中，不是实时操作系统必须满足的条件是（）A.具有可抢占的内核B.中断可嵌套C.任务调度的公平性D.具有优先级翻转保护8. BSP作为一种嵌入式软件，他的主要特点是（）A：与硬件无关，与操作系统有关B：与硬件和操作系统都相关C：与硬件有关，与操作系统无关D：与操作系统和硬件都无关问答题1.什么叫嵌入式系统？2.画出嵌入式系统软件的层次结构。
3.画出嵌入式系统的结构6.根据你的理解，简述硬件设计的过程和软件设计的过程。
7.在嵌入式系统实现阶段，需要选择开发平台，通常开发平台的选择包括哪些内容？9.嵌入式系统产品开发中和完成开发后，为什么要进行测试？嵌入式系统的测试主要包括哪些内容？有哪些测试方法？一、选择题5．VHDL是（）A.硬件描述语言B.软件描述语言C.构件描述语言D.软件开发工具8．将系统启动代码读入内存是（）的主要职责A.内存管理；B. VFS；C.Boot Loader； D：虚拟内存9． CAN总线是指（）A.控制器局域网B.网络传输协议C.数据标准D.软硬件接口10．属于LCD三种显示方式的是（）A.投射型、反射型、透射型B.投射型、透反射型、透射型C.反射型、透射型、透反射型D.投射型、反射型、透反射型二、填空题2．ARM7TDMI与ARM720T的一个重要区别在于后者有______、______。
嵌入式系统中常见的外设接口与控制方法
嵌入式系统中常见的外设接口与控制方法嵌入式系统是一种特殊类型的计算机系统，它被设计用于特定的应用领域，通常需要与外部设备进行交互。
外设接口是嵌入式系统与外部设备之间的物理连接通道，而控制方法则是嵌入式系统用于管理和控制外设的软件和算法。
在嵌入式系统中，常见的外设接口包括串行接口、并行接口、USB接口、以太网接口和无线接口等。
每种接口都具有不同的特点和应用场景。
串行接口是一种通过一个bit传输数据的接口，它使用单个传输线路来传输数据。
串行接口具有低功耗、简单和成本低等特点，在嵌入式系统中被广泛应用。
常见的串行接口标准包括RS-232、RS-485和I2C等。
RS-232是一种常见的标准，用于在计算机和外设之间传输数据。
RS-485接口适用于在长距离传输数据，常用于工业自动化系统。
I2C接口是一种简单的串行接口，广泛用于连接各种外设，如传感器和存储器等。
并行接口是一种同时传输多个bit的接口，它使用多个传输线路来传输数据。
并行接口具有高带宽和高速度的优势，适用于要求高速数据传输的应用。
常见的并行接口标准包括PCI、PCIe和ISA等。
PCI接口用于连接计算机和外部设备，广泛应用于桌面电脑和服务器等系统。
PCIe接口是一种新一代的高速扩展总线接口，用于连接图形卡和其他高性能设备。
ISA接口是一种老式的并行接口，现已不常见。
USB接口是一种通用的串行总线接口，它是嵌入式系统中最常见的接口之一。
USB接口具有热插拔、高带宽和灵活性等优势，广泛应用于各类外设。
USB接口分为多个版本，包括USB 1.0、USB 2.0和USB 3.0等。
USB 1.0接口适用于低速和全速设备，如键盘和鼠标等。
USB 2.0接口提供高速传输速度，可以连接数码相机和移动存储设备等。
USB 3.0接口是当前最新的USB标准，具有更高的传输速度和功率输出能力。
以太网接口是一种用于连接计算机网络的接口，它使用以太网协议传输数据。
以太网接口广泛应用于嵌入式系统中的网络通信功能，如网络交换机和路由器等。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
4.2 存储设备
2.ROM (Read-Only Memory) 内部结构 存储数据方式利用可规划式接线的短路或断路 来实现，具体接线的规划方式由ROM的类型决 定 使能线 + 地址线
图4-5 ROM能任意更改 掉电情况下数据不会丢失 程序可存放在ROM中
4.2 存储设备
(2) EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory )
内部结构 与EPROM类似，具有浮动栅极 与EPROM不同，源极、漏极、浮动栅极、P型基 底接上不同的电压进行写入、擦除和读出
见下图4-11
4.2 存储设备
种类 EPROM，EEPROM Flash
4.2 存储设备
(1) EPROM (Erasable ProgramEnable Read-Only Memory)
4.2 存储设备
内部结构
图(a) 使用金氧半导体
(MOS) 具有浮动栅极
图(b):电可编程
栅极正电压使电子经 绝缘体层到达栅极 栅极被充电后，源-漏 极间为截止状态,形成 断路，逻辑输出为0； 相反，逻辑输出为1
4.2 存储设备
(2) DRAM (动态随机存取存储器)
内部结构 存储单元由一个电 容和一个晶体管组成 解码线使晶体管导通后， 通过 rd/wr 线读取电容 电压，或者对电容充放电 电容漏电， 15.625微秒充电一次
图4-4 DRAM结构
4.2 存储设备
特点 容量较大，约是 SRAM 的4倍 成本低 但由于电容的充放电原因，数据需要进行实 时刷新操作
4.3.2 触摸屏
功能 在液晶屏上叠加一片触摸屏，用触控笔或手指头 直接点选按键或输入文字 轻薄短小，便于携带，使用方便 注：触摸屏与LCD的分辨率和坐标系一般不同， 因此触摸屏的位置需要在程序中进行转换变为 LCD 坐标系中的位置
第4章 嵌入式系统的外围设备
4.1 实时时钟 4.2 存储设备 4.3 输入设备 4.4 输出设备 4.5 外设接口 4.6 通讯接口 4.7 本章小结 习题
4.1 实时时钟
功能 提供可靠的时钟信息，包括时分秒和年月日 即使系统处于关机或停电状态，实时时钟通 过后备电池供电也能正常继续工作
内部结构 是EEPROM 的延伸产品，也采用浮动栅极原理 但其浮动栅极与通道间的距离较短
特点
数据写入速度快（因为浮动栅极与通道间的距离比 较短），故得名“闪存”
可以一大块数据直接进行清除，使用方便
例：PDA中作为程序存储器，操作系统版本的 升级和改变只需重写Flash
4.2 存储设备
种类 NOR 型 Flash NAND 型 Flash
① NOR型闪存 读取动作与RAM 类似，可直接某个内存空间进行 方便的读取操作 成本较高 每个内存单元 (cell) 的面积比较大，因此存储容量较 小
4.2 存储设备
② NAND型闪存
必须通过 I/O 指令的方式进行读取，因此须通过驱 动程序来读取
成本较低
每个内存单元面积较小，因此存储容量较大
使用 一些嵌入式处理器(如S3C2410处理器 )芯片 内部集成了实时时钟单元； 未集成时，则需要外扩实时时钟芯片 外围电路：典型的只需要一个高精度的晶振
4.2 存储设备
功能 提供执行程序和存储数据所需空间
种类 RAM和ROM两种
特点 半导体器件而非磁质材料 具有密度大、体积小、访问速度快、性能可靠、 使用寿命长的优点，适合于嵌入式应用领域
种类 SRAM DRAM
4.2 存储设备
(1) SRAM (静态随机存取存储器 ) 内部结构 由正反器电路组成 S=1、R=0时,输出Q =1 S=0、R=1时,输出Q =0 每一位存储单元电路 需要6个晶体管
图4-3 SRAM结构
4.2 存储设备
特点 数据存取速度较快 比较容易和处理器制造在同一个芯片中 数据不需实时刷新 但成本较高
4.2 存储设备
1.RAM (Random Access Memory) 内部结构：4×4 RAM 每个内存单元存储一个位（Bit）的数据 使能线+地址线 ＋rd/wr线控制
图4-2 RAM内部结构
4.2 存储设备
特点 可读可写，读取和写入一样快速 上电数据保存，掉电数据丢失 作为内存使用。
4.3.1 小型键盘
结构：矩阵键盘
16个按键接至4条行输出XO～X3和4条列输入YO～
Y3上
节省I/O端口资源
图4-12 键盘与键盘控制器电路工作原理示意图
4.3.1 小型键盘
工作原理 键盘控制器 扫描按键输入(逐行输出，逐列检测) 译码 消抖 按键值存放在寄存器中 嵌入式处理器： Polling或Key管脚Interrupt方式检测 CS 管脚使能 从DIO管脚依次读取
常用来制作扩充记忆卡，如 CF(Compact Flash Card)存储卡、SD (Secure Digital Card)卡、MS (Memory Stick)卡、SMC(Smart-Media Card)卡 等
4.3 输入设备
小型键盘 触摸屏
4.3.1 小型键盘
功能 嵌入式系统的一种常用输入设备 例如：收款机系统 由几个简单的数字键和功能键组成 。
图4-11 EEPROM结构与工作原理
4.2 存储设备
特点 与EPROM类似，电可编程 与EPROM不同，电可擦除 省去了EPROM擦除需照射紫外线的烦琐程序 针对每个存储单元进行擦除操作 擦除次数达到一万次以上 EEPROM的使用比EPROM更普遍
4.2 存储设备
(3) Flash Memory (闪存)
图4-9 EPROM结构与工作原理
4.2 存储设备
图(c):紫外线擦除
紫外线通过石英窗 直接照射 栅极的电子又通过 绝缘体回到N通道， 为防自然光照射，石英 窗上粘贴上反光胶布 EPROM又可被重新规划
图4-10 EPROM的外观
图4-9 EPROM结构与工作原理
4.2 存储设备
特点 一种只读存储器 电可编程 紫外线擦除 适合少量生产或是产品开发调试实验