嵌入式系统硬件介绍

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1、嵌入式系統硬件介紹劉永太嵌入式系統硬件介紹目錄•第1部分‐基本知識•第2部分‐嵌入式處理器和系統•第3部分‐週邊設備和接口第1部分‐基本知識目錄•1.電子101•2.電源•3.把它造起來第1部分‐基本知識目錄1.電子1011.電子101•電壓和電流•類比信號•電源功率•電阻•電容•電阻電容電路•電感•變壓器•二極管•晶體•數位信號•了解示意圖•看懂數據表電壓和電流•電流‐電子流通過導體或半導體•電流的單位是安培‐單位符號是A•電流‐當電流不平衡存在時之測量單位‐電壓差（潛在的差異）•電壓差的單位是電壓‐

2、單位符號為V•電壓差越大，電流就越大類比信號類比信號波形•在任何電壓範圍內，均有類比信號的幅度•電壓內的類比信號可能以定期間隔方式重複–periodic(定期)•每秒多少次之重複模式-稱為頻率(frequency)•頻率的單位是赫茲（HZ）=1/週期(period)•因此，於一毫秒(ms)時間定期間隔方式之重複信號，為1kHz的頻率類比信號單極性信號電壓，要么全部正面或全部負面雙極信號具有正面和負面電壓類比信號類比信號的組成部分-直流(DC)和交流(AC)•一個典型的類比信號同時具有交流分量和直流分量•

3、直流分量是固定電壓信號•交流部分是不同的電壓施加於直流分量•交流分量有時稱為峰值振幅信號（如5Vpp）電源功率•電源利用兩點之間的電壓差來創造潛在的能量差，一個電壓差可用於產生用於生產的機械動能（電機），產生光源（燈泡，發光二極管），及產生熱能（烘烤，奔騰4處理器)。•電源單位時間為（焦耳每秒），量度單位是瓦特（單位符號為W）•P=V*I電阻電阻符號•當電流通過導線，能源會失去熱量，並導致在導線（組件）上不同的電壓•組件會抵制電流-電阻被稱為阻抗(impedance)•阻抗的單位是歐姆•歐姆定律：V=I

4、*R•對於一個固定電壓差，越小的電阻，越大的電流，電阻越大，電流越小•電阻可以用來限制電流流過某一部分的電路電阻上拉電阻和一個按鈕•電阻可用於信號線電壓的上拉或下拉，用以保持一個固定電壓水平•當按鈕打開，沒有電流流過電阻，輸出電壓為+5V電阻串聯電阻•串聯連接用於增加阻抗•Rtotal=R1+R2•串聯組件流經的電流均相同(R1=R2)電阻電壓分壓器•Vout=Vin*R2/(R1+R2)•Vout=5V*1k(1k+1k)=5V*1k/2k=5V*0.5=2.5V電阻並聯電阻•Rtotal=1/(1/

5、R1+1/R2)•通過R1端的電壓降伏與通過R2端的電壓降伏是相同的•通過R1和R2的電流是不同的•基爾霍夫電壓定律-圍繞一個閉合電路的電壓差總和為零電容電容符號•電容存儲電荷•電容的單位是法拉(Farads)，公式符號是C，單位符號是F•典型的電容值範圍是從uF(microFarads)到pF(picoFarads)•I=C*dv/dt,dv/dt是隨時間變化的電壓變化比率•雙極與單極電容的不同處在於雙極電容有正極和負極，插入電路時，必須插入於電路的正確方向電容電容的充電和放電•應用或移除電容上的電壓

6、，造成電容的充電或放電•當電容放電，就提供一個臨時的電壓和電流源電容電容阻塞該電容器由直流分量充電，但反覆由交流分量充電和放電，這將只允許交流分量通過該電容電容串聯和並聯電容•串聯電容–Ctotal=C1*C2/(C1+C2)•並聯電容–Ctotal=C1+C2電容種類•陶瓷電容‐小體積和小電容容量，容量為很少的picoFarads，最高到1uF，通常用作集成電路的電源引腳之去耦電容和晶體電路的旁路電容。•電解電容‐小圓柱型，電容容量為100nF到數個F，主要用於電源的去耦電容，當容差是關鍵要求時，則不

7、應該用種電容，因為其電容容量實際值差異相當大，這是很便宜的電容，但老化是一個大問題，時間越久，老化越嚴重。•鉭電容‐體積介於陶瓷和電解電容之間，電容容量為100nF到數百uF，主要用於電源的去耦電容，實際電容容量值接近其表述的電容容量值，可以持續很長時間。電阻電容電路並聯電阻和電容•當電壓通過並聯電阻和電容時，將電容充電•當電壓被移除時，電容將通過電阻放電•該電阻將限制放電率，藉以限制電流流量•V=e-t/rc•請參閱下頁的放電波形電阻電容電路並聯電阻和電容放電•並聯電阻和電容提供了一個以指數性衰減的電

8、壓輸出•當輸出電壓為37％時，是已知的最高時間常數–t=R*C電阻電容電路串聯電阻電容•當電壓輸入到串聯電阻和電容時，電流會流過電阻和電容，電容將開始充電•該電阻將限制電流，因此限制了電容充電速率Vout=Vin(1-e-t/rc)•請參閱下頁的充電波形電阻電容電路串聯電阻電容充電•當電容輸入電壓為63％（total-37％），為已知的時間常數-電阻電容乘積•低通濾波器-用以消除高頻噪音電阻電容電路放置於芯片輸入引腳的電阻電容•於某一處理器