第六讲 嵌入式系统的IO模块

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1、6．1复位电路6．2时钟6．3I/O模块6．4译码器6．5定时器/计数器6．6SPI6．7UART6．8通用并行接口6．9其它I/O嵌入式处理器上通常集成了大量的I/O电路。开发嵌入式系统时，可根据系统需求选择嵌入式处理器，而不是选择了嵌入式处理器后再另外配合设计I/O电路。目前，嵌入式处理器上集成的I/O功能完全满足应用的需求，基本上无需扩展。嵌入式处理器种类很多，但集成的I/O接口基本上是标准化的，只是不同厂家的产品可能编程方法上有所差异。6．1复位电路复位电路用于完成硬件的初始化，一般有阻容复位电路、专用复位电路、手动复位电路

2、等。6．1．1阻容（RC）复位电路VccRST/VPD(8051)Vss8.2kΩ10μFVcc最简单的复位电路。上电瞬间RST/VPD端的电位与Vcc相同，随着充电电流的减少，RST/VPD电位逐渐下降，按图中的电路参数，时间常数RC=10×10-6×8.2×103=82ms，只要Vcc的上升时间不超过1ms，振荡器建立时间不超过10ms，该时间常数足以保证完成复位操作。其它嵌入式处理器可以根据各自的复位时间要求，适当选取电阻、电容的参数，设计相应的RC复位电路。6．1．2手动复位电路手动复位通常配合自动复位电路工作。通常的设计是

3、手动复位开关产生的复位信号接在复位电路上，而不是直接接在处理器的复位信号输入端上，防止手动复位开关的抖动。RST/VPD8051C10μFR110ΩR21kΩ+5V6．1．3看门狗复位看门狗电路的工作原理是：正常工作的嵌入式系统的程序，可以设计成每个确定的时间必然运行其中的某一部分代码，如果在一个用户设定的最大时间内没有运行其中的某一部分代码或某几部分代码，则认为系统出了问题，程序不能正常运行，于是看门狗电路产生复位信号，使处理器强制复位，系统从复位向量处重新运行。嵌入式系统应用软件的主框架如下：Main(){while(1)//(

4、1){//todo：软件代码（2）…reset_watchdog();//(3)//todo：软件代码（4）…}}（1）是嵌入式应用程序的典型代码形式，一个无限循环；（2）和（4）表示实际执行的代码段，代码段内没有无限或超长循环或长时间等待等指令，使（3）处的代码reset_watchdog()每隔一定时间就会执行一次（“喂狗”），其功能是复位看门狗定时器的计数初值，使定时器不溢出。如果程序出了问题，使（3）处的代码未能执行，则看门狗定时器就会溢出，溢出脉冲接到处理器的复位信号上，使处理器强制复位，重新开始运行。6．1．4专用复位电

5、路RC复位电路成本低，简单，但功能较差。专用复位电路是一种专用IC，其输出就是复位信号（高电平复位信号、低电平复位信号或两者同时具备）。有的还将电压监视、电池电量监视等功能集成在一起成为处理器监视电路。VccGNDResetReset*电源检测输入手动复位输入6．1．5软件复位软件复位是通过软件设置一个特殊功能寄存器的相应位完成处理器的复位，其复位结果同硬件复位的效果完全一样。软件复位后，程序从复位向量处开始运行。注意：软件复位同程序直接跳转到复位向量处执行的效果是不一样的。软件复位后，系统所有寄存器会被重新初始化，而直接跳转不会初

6、始化硬件寄存器。时钟电路用于产生处理器工作的时钟信号。通用计算机通常使用分离的时钟电路，如8284时钟芯片。嵌入式系统为了节省电路，通常把时钟电路集成在处理器内部，外部只需要接晶体即可。嵌入式系统的时钟电路有RC时钟、石英晶体、石英振荡器、锁相倍频时钟、多时钟源等几种形式。6．2．1RC时钟RC时钟源通常用于MCU，其振荡频率的稳定性较低，但功耗较低，在家用电路的控制方面用途较广。6．2时钟6．2．2石英晶体石英晶体时钟电路，其振荡电路集成在处理器内部，处理器外部引出2个引脚，分别是放大器的输入和输出，石英晶体接在2个引脚上。处理器

7、6．2．3石英振荡器石英振荡器是把石英晶体和振荡电路集成在一起，形成石英振荡器电路，直接输出时钟信号供给处理器，其输出的时钟信号接在处理器的输入引脚上。石英振荡器相位相反的两个输出端6．2．4锁相倍频时钟MCU可采用上述时钟电路，高性能的嵌入式处理器上采用锁相倍频电路，防止高频工作时产生电磁干扰。MPU接口晶振器锁相环倍频预调器分频器分频器相位锁住MPU总线唤醒EXTALXTALVCODMACLKSYSCLKLCDCLKCLK32图中：CLK32——32KHz时钟源，用于实时时钟，实现日历功能；LCDCLK——LCD控制器的时钟；D

8、MACLK——DMA控制器的时钟；SYSCLK——系统主时钟，送给CPU内核。6．2．5多时钟源高性能的嵌入式处理器（如32位）功能强大，芯片上集成了众多的智能电路，需要不同频率的时钟源；并且，出于节能考虑，不同I/O电路的工作状态可