外設接口有什么作用
外設接口有什么作用
外設接口究竟有什么作用呢?它能給我們帶來什么好處呢?以下就是學習啦小編做的整理，希望對你們有用!
外設接口的概念
外設接口-外設指除了主機箱、顯示屏、鍵盤以外的設備。接口是指MD產品輸入輸出的地方。那么外設接口就很好理解了,就是連接外設的接口。
外設接口耳朵作用
UART
Universal Asynchronous Receiver/Transmitter
的縮寫，又稱為通用異步串行通信接口
特點
– 數據傳送以字符為單位
– 相鄰兩字符間的間隔是任意長
– 字符間異步，字符內部各位同步
異步串行通信時序
起始位
– 邏輯“1” —>邏輯“0”;
– 持續一個比特時間的邏輯“0”;
數據位
– 數據位為5-8位 ;
– 傳送時，低位在前，高位在后;
校驗位
– 僅占一位，奇校驗、偶校驗、無校驗;
– 奇校驗：字符的各數位和校驗位, “1” 的個數為奇數
– 偶校驗：字符的各數位和校驗位, “1” 的個數為偶數
停止位
– 停止位為1位、1.5位或2位，可有軟件設定 ;
– 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 ;
異步串行數據接收
接收過程：
1) 檢測到線路由空閑的“1”變為“0”時，開始檢查是否為有效起始位
2) 開啟采樣定時器，定時時間為Tc=Td/4
3) 當采樣定時器超時，在“采樣點1”開始采樣，并記錄1;
4) 當采樣定時器再次超時，在“采樣點2”開始采樣，并記錄2;
5) 當采樣定時器再次超時，在“采樣點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) 等待采樣定時器再超時1次后，開始采樣數據位BIT0，方法同上;
8) 最后采樣到結束位有效后，一次信息幀采樣完畢;
特性
– 波特率
串行通信的傳輸速度 ，1秒鐘能夠傳輸的BIT位;
300、600、1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600、115200 ;
– 數據位
傳輸的數據的位數 ，5~8位;
– 校驗位
奇/偶校驗或無校驗
– 停止位
結束保持位，可以有1位、1.5位、2位
功能信號
– TXD：發送數據
– RXD：接收數據
– GND：地
– CTS(Clear To Send)：允許發送
– RTS(Request To Send)：請求發送
– DTR：數據終端就緒
– DSR：數據裝置就緒
– DCD：傳輸檢測
– RI：振鈴指示
信號連接方法
應用及接口電路
MCU控制UART信號的輸入輸出為TTL電平，擴展電路中往往是其他標準電平，因此電平信號一般會需要進行轉換或隔離轉換。
應用舉例：
a) 擴展RS232接口電路
b) 擴展RS485接口電路
c) 擴展GPRS模塊接口電路
I2C
Inter-Integrated Circuit的縮寫，PHILIPS公司
開發的兩線式串行總線
I2C總線的特點
– 通信總線只有2條線路：一條串行數據線(SDA)，一條串行時鐘線(SCL)
– 多主機總線，但在同一時間點，只允許一個主機和多個從機
– 總線上的器件都有唯一的地址識別
– 由主機提供時鐘SCL信號，并通過命令尋址操作從機
– 串行的8 位雙向數據傳輸位速率在標準模式下可達100kbit/s 快速模式下可達400kbit/s 高速模式下可達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SDA 線從高電平向低電平切換;
– 結束條件：當SCL 是高電平時SDA 線由低電平向高電平切換
數據傳輸有效性
– SDA 線上的數據必須在時鐘的高電平周期保持穩定
– 數據線的高或低電平狀態只有在SCL 線的時鐘信號是低電平時才能改變
字節傳輸
– 發送到SDA 線上的每個字節必須為8 位,每次傳輸字節數量不限;
– 傳輸時，高位在前，低位在后;
– 從機要完成一些其他功能后才能接收下一個完整的數據字節，可以使時鐘線SCL 保持低電平，迫使主機進入等待狀態，當從機準備好接收下一個數據字節并釋放時鐘線SCL 后，數據傳輸繼續。
握手響應
– 數據傳輸必須帶響應，響應時鐘脈沖由主機產生，在響應的時鐘脈沖期間主機發送器釋放SDA 線(高);
– 響應期間若從機認為正常，拉低數據線;
– 若從機認為異常，數據線保持高電平，主機然后產生一個停止條件終止傳輸或者產生重復起始條件開始新的傳輸 ;
從機地址
– 7位地址
• 起始位開始后，發送一字節地址位
• 前7位為從機地址
• 第8位是數據方向位R/W ：0表示發送(寫);1表示請求數據(讀)
應用及接口電路
– RTC時鐘
– EEPROM
– FRAM
SPI
Serial Peripheral interface ，串行外圍設備接口 ，同步串行通訊方式
SPI總線的特點
– 主要應用在 EEPROM，FLASH，實時時鐘，AD轉換器等
– 以主從方式工作，有一個主設備和一個或多個從設備
– 全雙工通信方式，可同時發送和接收8(16)位數據
– 高速通信，一般可以達到幾百k~幾十Mbps
– 4根信號線：SDI(數據輸入)，SDO(數據輸出)，SCK(時鐘)，CS(片選)
– 一個缺點：沒有指定的流控制，沒有應答機制確認
器件連接
信號線
– SDO：主設備數據輸出，從設備數據輸入
– SDI：主設備數據輸入，從設備數據輸出
– SCK (SCLK)：時鐘信號，由主設備產生
– CS：從設備使能信號，由主設備控制
傳輸協議
– 數據是一位一位的傳輸的
– SCK提供脈沖時鐘，SDI、SDO則基于此脈沖完成數據傳輸
– 數據輸出通過 SDO線，數據在時鐘上升沿或下降沿時改變，在緊接著的下降沿或上升沿被讀取
– 在至少8次時鐘信號的改變(上沿和下沿為一次)，就可以完成8位數據的傳輸
4種傳輸模式
– 串行同步時鐘極性和相位影響SPI的通信
• 時鐘極性CPOL=0時，總線空閑狀態為低電平
• 時鐘極性CPOL=1時，總線空閑狀態為高電平
• 時鐘相位CPHA=0時，在串行同步時鐘的第一個跳變沿 (上升或下降)數據被采樣
• 時鐘相位CPHA=1時，在串行同步時鐘的第二個跳變沿(上升或下降)數據被采樣
傳輸時序
應用及接口電路
– FLash存儲器電路
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
– 控制方便、使用靈活、應用廣泛
• 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
• 低端一點的，其IO只有輸入輸出功能
• 高端的，則可能會有IO速度配置、IO口線中斷等功能
四種主要配置
– 準雙向輸入輸出
• 特點：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驅動能力很弱，允許外部裝置將其拉低
• 輸出為低時，它的驅動能力很強，可吸收相當大的電流
– 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
• 無論輸出高電平還是低電平都能驅動較大的電流
• 下拉結構與開漏輸出以及準雙向口的下拉結構相同
• 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管腳復用
• 驅動能力
應用及接口電路
– 指示燈電路
– 鍵盤電路
– 模擬SPI接口電路
以太網
Ethernet，局域網規范
工作方式
– 工作在OSI七層協議模型中的物理層和數據鏈路層
• 物理層
• 數據鏈路層
工作原理框圖
MAC、PHY、MII/RMII
– MAC，媒體訪問控制子層協議
• 以太網中的數據鏈路層
– PHY，物理接口收發器
• 以太網中的物理層
• 帶網絡沖突檢測功能
– MII/RMII，MAC與PHY間的通訊接口
• MII：媒體獨立接口 ，工作頻率25MHz ，支持網速10Mbps或100Mbps，接口信號由16根線組成 ;
• RMII，簡化的MII接口，工作頻率50MHZ，支持網速10Mbps或100Mbps，接口信號由8根線組成
使用方法
– 一般情況下，不需要對以太網驅動進行編寫，芯片會有支持
– 以太網一般通過TCP/IP網絡方式進行應用，協議也無須自己開發，芯片或廠商會有支持
– 收發數據使用socket
USB
Universal Serial BUS，通用串行總線，外部總線標準，用于規范電腦與外部設備的連接和通訊。是應用在PC領域的接口技術。
特點
– 支持設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127個外設
接口分類
– USB-HOST
– USB-DEVICE
– USB-OTG
接口信號定義
半雙工
差分信號
觸點 功能(主機) 功能(設備)
1 VBUS (4.75-5.25 V) VBUS (4.4-5.25 V)
2 D- D-
3 D+ D+
4 GND GND
應用及接口電路
智能卡接口
電路信號接口定義
觸點 功能分配
C1 電源VCC
C2 復位RST
C3 時鐘CLK(4M~5M)
C4 預留
C5 地GND
C6 編程電壓VPP
C7 輸入/輸出IO
C8 預留
工作方式
– 激活與冷復位
數據傳輸
– 基本時間單元，ETU = 372個時鐘周期
– 傳輸時序
• 理解上，結合了UART和I2C的部分特性
a) 字符為單位進行傳輸
b) 起始：位邏輯“1”—>邏輯“0”啟動
c) 低位在前，高位在后
d) 握手應答
通訊協議
– 對智能卡復位后，智能卡會主動發送一個復位信息給MCU，包含了傳輸特性、廠商信息等
– 傳輸命令