常用的器件/外设接口
嵌入式系统的主要部件
外设接口的脑图显示
GPIO
输入 - 用于状态监测
- 开关 - switch
- 按键 - push button
- 消抖动
- 传感器状态 - 比如光敏
- 逻辑电平0、1、未确定的区间
输出
并行接口
构成
- 数据总线 - 8、16、32位
- 地址总线 - 取决于寻址空间的大小
- 控制线 - 读、写、使能
优点
- 处理器/控制器端内部逻辑功能简单
- 在低速/短距离的场景下数据传输带宽高
缺点
- 太多的连线，占用太多的管脚， 收发端都要有
- 传输距离长的情况下速率受限
串行接口
连线较少、成了[[MCU]]的标配
电路的核心是移位寄存器
同步串行接口
-
- Serial Peripheral Interface - 串行外设接口
- 高速（50Mbps）、同步、全双工（SCLK、MISO、MOSI、nCS）
- 主、从结构，1主n从，靠nSS（或nCS）来寻址不同的外设
- 根据时钟的极性和相位有4种工作模式，收发端要一致
- 广泛应用在
- 传感器
- 信号调理
- 高速串行接口的ADC或DAC
- 优点：
- 简单、方便、低成本
- 用MCU指令或FPGA的逻辑来实现比较容易
- 局限性：
- 没有来自接收端的应答确认
- 没有寻址机制，多个从设备需要多个片选信号，占用太多管脚
- 没有纠错的机制
-
- Inter-Integrated Circuit，短距离的IC之间的连接
- 起源于Philips公司为其音、视频器件开发的一种总线
- 半双工、同步串行接口
- 只需要两根线（SCL、SDA），具有寻址和应答功能
- 两根线都需要上拉电阻才能正常工作
- 多个从设备连接时的电容效应会影响到传输速率
- 每个节点都可以做主/从，每个从设备都有一个地址
- 广泛应用在：
- 低速传感器接口
- 低速串行接口外设的配置
- 优点：
- 物理连接简单，只需要2根线，可以配置更复杂的网络，增减节点比较方便
- 可靠性相对较高
- 局限性
- 速度较慢
- 数据不够安全
- 很难应用在医疗、汽车和高可靠的应用中
- 用MCU代码或FPGA逻辑实现相对于SPI复杂度高
- 同步串行接口的优点
- 逻辑实现简单
- 时钟频率灵活
- 同步串行接口的缺点
- 每个数据传输需要一个多余的时钟信号线（SPI的SCLK或I2C的SCL）
- 时钟的带宽至少是数据带宽的2倍，限制了数据的传输速度
- 长距离传输数据和时钟信号会失去同步
异步串行接口
- 特点：
- 接收端提取时序信息
- 速率是确定的 - 每个节点需要准确且稳定的时钟源
- 每个Byte或Word都以Start和Stop位成帧
-
- Universal Asynchronous Receiver/transmitter - 异步收发
- TXD/RXD，全双工
- 可达3Mbps
- 设计中要注意的问题：
- 在接收端需要根据发送端的波特率进行正确设置
- TXD/RXD不要接反
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- 最常用的总线
- PnP应用
- 分为Host、Slave、OTG（On The Go）模式，要正确选取
- 1.5Mbps（低速）、12Mbps（全速）、480Mbps（高速）、10Gbps（Type C）
- D+/D-/Vcc/GND四线连接，D+/D-为差分信号，要等延时走线
- Ethernet
- IEEE802.3标准，支持速率10Mbps、100Mbps、1Gbps、100Gbps
- 差分收、发信号TX+/TX-、RX+/RX-
- 以太网串行接数据包按帧进行封装传输，每一帧有收、发两端的MAC地址
- 以太网的数据采用曼切斯特编码以便时钟信号的提取
- CAN总线
- Controller Area Network
- 异步、半双工、固定比特率
- 最高1Mbps
- 所有节点都是平等的，配置为P2P
- 有仲裁机制确定各个节点的通信优先级
- 节点数没有限制
- 总线节点没有地址，但有“信息过滤”的机制
- 数据成帧进行传输
- 高度的数据安全级别、错误检查
模拟接口
内置了ADC、DAC
内置了温度传感器
Cypress的PSoC器件