嵌入式原理(5)嵌入式系统的外围设备和io接口

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1、第5章嵌入式系统的外围设备和I/O接口5.1外围设备5.2常见输入输出接口类型5.3I/O接口原理基础5.4小结主要内容基本输入/输出设备的结构输入设备：键盘、触摸屏；输出设备：LED、LCDI/O接口和总线的工作原理常见的输入输出接口类型总线接口：I2C、I2S、CAN、以太网并行接口串行接口：RS-232、IEEE1394、USB无线接口：红外线、蓝牙、IEEE802.11、GPRS、CDMAI/O接口的数据交换方式DMA、查询、中断使用芯片内部总线把接口集成在嵌入式处理器内部，或者应用各种扩展方法在处理器外部以接

2、口芯片的形式出现。5.1外围设备5.1.1输入设备：小型键盘、触摸屏5.1.2输出设备：LED、LCD5.1.3扩充设备：PCMCIA、CF、SD、MS5.1.4便携式嵌入式系统的电源智能型电源管理设备智能型电池输入设备输入设备用来将外部信息输入主机，一般是将用户（或广义的应用环境）所提供的原始信息，转换为计算机所能识别的二进制代码。符号信息，如字符、数字代码等。非符号信息，如图形、图像、声音、物理信号等。输入设备往往需要具备信息转换功能与数据传送功能。常见的输入设备键盘、穿孔输入设备、数据录入站、图形数字化仪、字符输

3、入与识别装置、语音输入与识别装置、光笔、鼠标、跟踪球、操纵杆等。输入设备（常见的输入设备）键盘能将击键动作转换成字符代码，然后输入计算机。穿孔输入设备用有孔、无孔表示1、0。数字化仪能输入像点的绝对坐标值，从而将图形转换为二进制代码。光笔、鼠标、跟踪球、操纵杆等输入坐标相对移动值来操纵显示器光标移动。扫描仪、摄像机等可将图像信息转换为像点代码，从而输入图像。音频信号采集装置能将声音信号转换为数字信号，再通过模拟量/数字量（A/D）转换，输入计算机。键帽恢复弹簧键杆键块触点磁铁密封玻管薄膜衬垫基底直接作用式机械键干簧管间

4、接作用式薄膜式短行程触摸键接触式按键的基本结构从结构上可以分为两类：接触式、非接触式。从按键操作方式上可以分为两类：机械动作式、触摸式。阅读：键的结构阅读：非接触式键非接触式键将击键动作引起的其他物理量变化间接转换为电信号，以避开接触式键存在的触点导通可靠性问题。常用的非接触式键①电容式②感应式感应式键是真正的无行程触摸键。常见的有静电感应式、压感式、光遮断式等。静电感应式键有一个裸露的金属板，当手指接触它时，人体所带的静电或感应所产生的交流电信号，通过它传给放大器放大，产生按键信号。易受电磁场干扰。压感式键一般由一块

5、压电陶瓷构成，当它受到外界压力时，会变形并产生感应电势。小型键盘键盘与键盘控制器电路工作原理示意16个按键输入分别接到键盘控制器的4条行输出X0~X3和4条列输入Y0~Y3上，构成矩阵键盘，以节省占用的控制器I/O端口资源。小型键盘的工作过程/原理当键盘按键按下时，某一行与某一列的输入电路之间形成通路，因此可由输入的引脚信号变化得知哪一个按键被按下，按键的值将存储在键盘控制器的寄存器中。一般由键盘控制器内部自动完成按键的输入扫描、译码和去抖动处理功能。当键盘控制器检测到矩阵键盘中有按键被按下时，键盘控制器的Key引脚将

6、由低电平变为高电平，并一直保持到按键值被读取为止。嵌入式处理器从Key引脚得知目前有按键被按下时，将键盘控制器的CS引脚设为低电平，存储在键盘控制器的寄存器中的按键值将从键盘控制器的DIO引脚依次输出给嵌入式处理器。当所有按键数值传送完毕后，Key重新变为低电平。键盘控制器的工作方式键盘控制器通知嵌入式处理器按键消息的工作方式轮询（Polling）方式由处理器每隔一段时间检测键盘控制器的Key引脚是否为高电平，若是高电平则表示有按键被按下。中断（Interrupt）方式由Key引脚直接发出中断请求信号给处理器，处理器因

7、为中断信号触发得知目前有按键被按下。矩阵扫描式键盘构成行驱动L0L1L2L3Vcc列输入缓冲C0C1C2C3阅读：扫描式键盘通过行驱动电路，使各行线L0~Ln依次为0（每次一根行线为0）。每当某行为0时，就读回各列线状态C0~Cm，判断出各键的通断状态。同时按下两个以上的键时，也能通过一遍扫描识别出来。当Li=0，Cj=0时，说明第i行、第j列的键被按下，此时可获得该键的位置码(i，j)。阅读：非扫描式键盘当无任何键按下时，所有输入线均为1；当按下某个键时，其对应输入线变为0，通过与非门产生中断请求IRQ。CPU响应后

8、，在中断处理程序中将各个输入寄存器的内容取回，判断是哪个键或哪几个键被按下，其程序结构非常简单。非扫描式键盘的结构比较简单，速度快，但当键数较多时，硬件代价高，因此适用于键数较少的场合。地址译码控制逻辑IRQ驱动器输入寄存器输入寄存器系统总线非扫描式键盘及其中断接口结构逻辑框图直接连接式非扫描式键盘直接将各键的输出送往键盘