接口技术1. Flash存储器 (1)Flash存储器是一种非易失性存储器,根据结构的不同可以将其分为NOR Flash和NAND Flash两种。 (2)Flash存储器的特点: A、区块结构:在物理上分成若干个区块,区块之间相互独立。 B、先擦后写:Flash的写操作只能将数据位从1写成0,不能从0写成1,所以在对存储器进行写入之前必须先执行擦除操作,将预写入的数据位初始化为1。擦除操作的最小单位是一个区块,而不是单个字节。 C、操作指令:执行写操作,它必须输入一串特殊指令(NOR Flash)或者完成一段时序(NAND Flash)才能将数据写入。 D、位反转:由于Flash的固有特性,在读写过程中偶尔会产生一位或几位的数据错误。位反转无法避免,只能通过其他手段对结果进行事后处理。 E、坏块:区块一旦损坏,将无法进行修复。对已损坏的区块操作其结果不可预测。 (3)NOR Flash的特点: 应用程序可以直接在闪存内运行,不需要再把代码读到系统RAM中运行。NOR Flash的传输效率很高,在1MB~4MB的小容量时具有很高的成本效益,但是很低的写入和擦除速度大大影响了它的性能。 (4)NAND Flash的特点 能够提高极高的密度单元,可以达到高存储密度,并且写入和擦除的速度也很快,这也是为何所有的U盘都使用NAND Flash作为存储介质的原因。应用NAND Flash的困难在于闪存需要特殊的系统接口。 (5)NOR Flash与NAND Flash的区别: A、NOR Flash的读速度比NAND Flash稍快一些。 B、NAND Flash的擦除和写入速度比NOR Flash快很多。 C、NAND Flash的随机读取能力差,适合大量数据的连续读取。 D、NOR Flash带有SRAM接口,有足够的地址引进来寻址,可以很容易地存取其内部的每一个字节。NAND Flash的地址、数据和命令共用8位总线(有写公司的产品使用16位),每次读写都要使用复杂的I/O接口串行地存取数据。 E、NOR Flash的容量一般较小,通常在1MB~8MB之间;NAND Flash只用在8MB以上的产品中。因此,NOR Flash只要应用在代码存储介质中,NAND Flash适用于资料存储。 F、NAND Flash中每个块的最大擦写次数是一百万次,而NOR Flash是十万次。 G、NOR Flash可以像其他内存那样连接,非常直接地使用,并可以在上面直接运行代码;NAND Flash需要特殊的I/O接口,在使用的时候,必须先写入驱动程序,才能继续执行其他操作。因为设计师绝不能向坏块写入,这就意味着在NAND Flash上自始至终必须进行虚拟映像。 H、NOR Flash用于对数据可靠性要求较高的代码存储、通信产品、网络处理等领域,被成为代码闪存;NAND Flash则用于对存储容量要求较高的MP3、存储卡、U盘等领域,被成为数据闪存。 2、RAM存储器(1)SRAM的特点: SRAM表示静态随机存取存储器,只要供电它就会保持一个值,它没有刷新周期,由触发器构成基本单元,集成度低,每个SRAM存储单元由6个晶体管组成,因此其成本较高。它具有较高速率,常用于高速缓冲存储器。 通常SRAM有4种引脚: CE:片选信号,低电平有效。
R/W:读写控制信号。
ADDRESS:一组地址线。
DATA:用于数据传输的一组双向信号线。 (2)DRAM的特点: DRAM表示动态随机存取存储器。这是一种以电荷形式进行存储的半导体存储器。它的每个存储单元由一个晶体管和一个电容器组成,数据存储在电容器中。电容器会由于漏电而导致电荷丢失,因而DRAM器件是不稳定的。它必须有规律地进行刷新,从而将数据保存在存储器中。 DRAM的接口比较复杂,通常有一下引脚: CE:片选信号,低电平有效。
R/W:读写控制信号。
RAS:行地址选通信号,通常接地址的高位部分。
CAS:列地址选通信号,通常接地址的低位部分。
ADDRESS:一组地址线。
DATA:用于数据传输的一组双向信号线。 (3)SDRAM的特点: SDRAM表示同步动态随机存取存储器。同步是指内存工作需要同步时钟,内部的命令发送与数据的传输都以它为基准;动态是指存储器阵列需要不断的刷新来保证数据不丢失。它通常只能工作在133MHz的主频。 (4)DDRAM的特点 DDRAM表示双倍速率同步动态随机存取存储器,也称DDR。DDRAM是基于SDRAM技术的,SDRAM在一个时钟周期内只传输一次数据,它是在时钟的上升期进行数据传输;而DDR内存则是一个时钟周期内传输两次次数据,它能够在时钟的上升期和下降期各传输一次数据。在133MHz的主频下,DDR内存带宽可以达到133×64b/8×2=2.1GB/s。 ## 3、硬盘、光盘、CF卡、SD卡 4、GPIO原理与结构GPIO是I/O的最基本形式,它是一组输入引脚或输出引脚。有些GPIO引脚能够加以编程改变工作方向,通常有两个控制寄存器:数据寄存器和数据方向寄存器。数据方向寄存器设置端口的方向。如果将引脚设置为输出,那么数据寄存器将控制着该引脚状态。若将引脚设置为输入,则此输入引脚的状态由引脚上的逻辑电路层来实现对它的控制。 5、A/D接口(1)A/D转换器是把电模拟量转换为数字量的电路。实现A/D转换的方法有很多,常用的方法有计数法、双积分法和逐次逼进法。 (2)计数式A/D转换法 其电路主要部件包括:比较器、计数器、D/A转换器和标准电压源。 其工作原理简单来说就是,有一个计数器,从0开始进行加1计数,每进行一次加1,该数值作为D/A转换器的输入,其产生一个比较电压VO与输入模拟电压VIN进行比较。如果VO小于VIN则继续进行加1计数,直到VO大于VIN,这时计数器的累加数值就是A/D转换器的输出值。 这种转换方式的特点是简单,但是速度比较慢,特别是模拟电压较高时,转换速度更慢。例如对于一个8位A/D转换器,若输入模拟量为最大值,计数器要从0开始计数到255,做255次D/A转换和电压比较的工作,才能完成转换。 (3)双积分式A/D转换法 其电路主要部件包括:积分器、比较器、计数器和标准电压源。 其工作原理是,首先电路对输入待测电压进行固定时间的积分,然后换为标准电压进行固定斜率的反向积分,反向积分进行到一定时间,便返回起始值。由于使用固定斜率,对标准电压进行反向积分的时间正比于输入模拟电压值,输入模拟电压越大,反向积分回到起始值的时间越长。只要用标准的高频时钟脉冲测定反向积分花费的时间,就可以得到相应于输入模拟电压的数字量,也就完成了A/D转换。 其特点是,具有很强的抗工频干扰能力,转换精度高,但转换速度慢,通常转换频率小于10Hz,主要用于数字式测试仪表、温度测量等方面。 (4)逐次逼近式A/D转换法 其电路主要部件包括:比较器、D/A转换器、逐次逼近寄存器和基准电压源。 其工作原理是,实质上就是对分搜索法,和平时天平的使用原理一样。在进行A/D转换时,由D/A转换器从高位到低位逐位增加转换位数,产生不同的输出电压,把输入电压与输出电压进行比较而实现。首先使最高位为1,这相当于取出基准电压的1/2与输入电压比较,如果在输入电压小于1/2的基准电压,则最高位置0,反之置1。之后,次高位置1,相当于在1/2的范围中再作对分搜索,以此类推,逐次逼近。 其特点是,速度快,转换精度高,对N位A/D转换器只需要M个时钟脉冲即可完成,一般可用于测量几十到几百微秒的过渡过程的变化,是目前应用最普遍的转换方法。 (5)A/D转换的重要指标(有可能考一些简单的计算) A、分辨率:反映A/D转换器对输入微小变化响应的能力,通常用数字输出最低位(LSB)所对应的模拟电压的电平值表示。n位A/D转换器能反映1/2n满量程的模拟输入电平。 B、量程:所能转换的模拟输入电压范围,分为单极性和双极性两种类型。 C、转换时间:完成一次A/D转换所需要的时间,其倒数为转换速率。 D、精度:精度与分辨率是两个不同的概念,即使分辨率很高,也可能由于温漂、线性度等原因使其精度不够高。精度有绝对精度和相对精度两种表示方法。通常用数字量的最低有效位LSB的分数值来表示绝对精度,用其模拟电压满量程的百分比来表示相对精度。 例如,满量程10V,10位A/D芯片,若其绝对精度为±1/2LSB,则其最小有效位LSB的量化单位为:10/1024=9.77mv,其绝对精度为9.77mv/2=4.88mv,相对精度为:0.048%。 6、D/A接口基本(1)D/A转换器使将数字量转换为模拟量。 (2)在集成电路中,通常采用T型网络实现将数字量转换为模拟电流,再由运算放大器将模拟电路转换为模拟电压。进行D/A转换实际上需要上面的两个环节。 (3)D/A转换器的分类: A、电压输出型:常作为高速D/A转换器。 B、电流输出型:一般外接运算放大器使用。 C、乘算型:可用作调制器和使输入信号数字化地衰减。 (4)D/A转换器的主要指标:分辨率、建立时间、线性度、转换精度、温度系数。 7、键盘接口(1)键盘的两种形式:线性键盘和矩阵键盘。 (2)识别键盘上的闭合键通常有两种方法:行扫描法和行反转法。 (3)行扫描法是矩阵键盘按键常用的识别方法,此方法分为两步进行: A、识别键盘哪一列的键被按下:让所有行线均为低电平,查询各列线电平是否为低,如果有列线为低,则说明该列有按键被按下,否则说明无按键按下。 B、如果某列有按键按下,识别键盘是哪一行按下:逐行置低电平,并置其余各行为高电平,查询各列的变化,如果列电平变为低电平,则可确定此行此列交叉点处按键被按下。 8、显示接口(1)LCD的基本原理是,通过给不同的液晶单元供电,控制其光线的通过与否,从而达到显示的目的。 (2)LCD的光源提供方式有两种:投射式和反射式。笔记本电脑的LCD显示器为投射式,屏的背后有一个光源,因此外界环境可以不需要光源。一般微控制器上使用的LCD为反射式,需要外界提供电源,靠反射光来工作。电致发光(EL)是液晶屏提供光源的一种方式。 (3)按照液晶驱动方式分类,常见的LCD可以分为三类:扭转向列类(TN)、超扭曲向列型(STN)和薄膜晶体管型(TFT)。 (4)市面上出售的LCD有两种类型:带有驱动电路的LCD显示模块,只要总线方式驱动;没有驱动电路的LCD显示器,使用控制器扫描方式。 (5)通常,LCD控制器工作的时候,通过DMA请求总线,直接通过SDRAM控制器读取SDRAM中指定地址(显示缓冲区)的数据,此数据经过LCD控制器转换成液晶屏扫描数据格式,直接驱动液晶显示器。 (6)VGA接口本质上是一个模拟接口,一般都采用统一的15引脚接口,包括2个NC信号、3根显示器数据总线、5个GND信号、3个RGB色彩分量、1个行同步信号和1个场同步信号。其色彩分量采用的电平标准为EIA定义的RS343标准。 9、触摸屏接口(1)按工作原理分,触摸屏可以分为:表面声波屏、电容屏、电阻屏和红外屏几种。 (2)触摸屏的控制采用专业芯片,例如ADS7843。 10、音频接口(1)基本原理:麦克风输入的数据经音频编解码器解码完成A/D转换,解码后的音频数据通过音频控制器送入DSP或CPU进行相应的处理,然后数据经音频控制器发送给音频编码器,经编码D/A转换后由扬声器输出。 (2)数字音频的格式有多种,最常用的是下面三种: A、采用数字音频(PCM):是CD或DVD采用的数据格式。其采样频率为44.1kHz。精度为16位时,PCM音频数据速率为1.41Mb/s;精度为32位时为2.42 Mb/s。一张700MB的CD可以保存大约60分钟的16位PCM数据格式的音乐。 B、MPEG层3音频(MP3):MP3播放器采用的音频格式。立体声MP3数据速率为112kb/s至128kb/s。 C、ATSC数字音频压缩标准(AC3):数字TV、HDTV和电影数字音频编码标准,立体声AC3编码后的数据速率为192kb/s。 (3)IIS是音频数据的编码或解码常用的串行音频数字接口。IIS总线只处理声音数据,其他控制信号等则需要单独传输。IIS使用了3根串行总线:数据线SD、字段选择线WS、时钟信号线SCK。 (4)当接收方和发送方的数据字段宽度不一样时,发送方不考虑接收方的数据字段宽度。如果发送方发送的数据字段小于系统字段宽度,就在低位补0;如果发送方的数据宽度大于接收方的宽度,则超过LSB的部分被截断。字段选择WS用来选择左右声道,WS=0表示选择左声道;WS=1表示选择右声道。此外,WS能让接收设备存储前一个字节,并准备接收下一个字节。
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