接口技術

　　1. Flash存儲器

　　（1）Flash存儲器是一種非易失性存儲器，根據結構的不同可以將其分為NOR Flash和NAND Flash兩種。

　?。?）Flash存儲器的特點：

　　A、區塊結構：在物理上分成若干個區塊，區塊之間相互獨立。

　　B、先擦后寫：Flash的寫操作只能將數據位從1寫成0，不能從0寫成1，所以在對存儲器進行寫入之前必須先執行擦除操作，將預寫入的數據位初始化為1。擦除操作的最小單位是一個區塊，而不是單個字節。

　　C、操作指令：執行寫操作，它必須輸入一串特殊指令（NOR Flash）或者完成一段時序（NAND Flash）才能將數據寫入。

　　D、位反轉：由于Flash的固有特性，在讀寫過程中偶爾會產生一位或幾位的數據錯誤。位反轉無法避免，只能通過其他手段對結果進行事后處理。

　　E、壞塊：區塊一旦損壞，將無法進行修復。對已損壞的區塊操作其結果不可預測。

　?。?）NOR Flash的特點：

　　應用程序可以直接在閃存內運行，不需要再把代碼讀到系統RAM中運行。NOR Flash的傳輸效率很高，在1MB~4MB的小容量時具有很高的成本效益，但是很低的寫入和擦除速度大大影響了它的性能。

　　（4）NAND Flash的特點

　　能夠提高極高的密度單元，可以達到高存儲密度，并且寫入和擦除的速度也很快，這也是為何所有的U盤都使用NAND Flash作為存儲介質的原因。應用NAND Flash的困難在于閃存需要特殊的系統接口。

　　（5）NOR Flash與NAND Flash的區別：

　　A、NOR Flash的讀速度比NAND Flash稍快一些。

　　B、NAND Flash的擦除和寫入速度比NOR Flash快很多

　　C、NAND Flash的隨機讀取能力差，適合大量數據的連續讀取。

　　D、NOR Flash帶有SRAM接口，有足夠的地址引進來尋址，可以很容易地存取其內部的每一個字節。NAND Flash的地址、數據和命令共用8位總線（有寫公司的產品使用16位），每次讀寫都要使用復雜的I/O接口串行地存取數據。

　　E、NOR Flash的容量一般較小，通常在1MB~8MB之間；NAND Flash只用在8MB以上的產品中。因此，NOR Flash只要應用在代碼存儲介質中，NAND Flash適用于資料存儲。

　　F、NAND Flash中每個塊的最大擦寫次數是一百萬次，而NOR Flash是十萬次。

　　G、NOR Flash可以像其他內存那樣連接，非常直接地使用，并可以在上面直接運行代碼；NAND Flash需要特殊的I/O接口，在使用的時候，必須先寫入驅動程序，才能繼續執行其他操作。因為設計師絕不能向壞塊寫入，這就意味著在NAND Flash上自始至終必須進行虛擬映像。

　　H、NOR Flash用于對數據可靠性要求較高的代碼存儲、通信產品、網絡處理等領域，被成為代碼閃存；NAND Flash則用于對存儲容量要求較高的MP3、存儲卡、U盤等領域，被成為數據閃存。

　　2、RAM存儲器

　　（1）SRAM的特點：

　　SRAM表示靜態隨機存取存儲器，只要供電它就會保持一個值，它沒有刷新周期，由觸發器構成基本單元，集成度低，每個SRAM存儲單元由6個晶體管組成，因此其成本較高。它具有較高速率，常用于高速緩沖存儲器。

　　通常SRAM有4種引腳：

　　CE：片選信號，低電平有效。

　　R/W：讀寫控制信號。

　　ADDRESS：一組地址線。

　　DATA：用于數據傳輸的一組雙向信號線。

　?。?）DRAM的特點：

　　DRAM表示動態隨機存取存儲器。這是一種以電荷形式進行存儲的半導體存儲器。它的每個存儲單元由一個晶體管和一個電容器組成，數據存儲在電容器中。電容器會由于漏電而導致電荷丟失，因而DRAM器件是不穩定的。它必須有規律地進行刷新，從而將數據保存在存儲器中。

　　DRAM的接口比較復雜，通常有一下引腳：

　　CE：片選信號，低電平有效。

　　R/W：讀寫控制信號。

　　RAS：行地址選通信號，通常接地址的高位部分。

　　CAS：列地址選通信號，通常接地址的低位部分。

　　ADDRESS：一組地址線。

　　DATA：用于數據傳輸的一組雙向信號線。

　?。?）SDRAM的特點：

　　SDRAM表示同步動態隨機存取存儲器。同步是指內存工作需要同步時鐘，內部的命令發送與數據的傳輸都以它為基準；動態是指存儲器陣列需要不斷的刷新來保證數據不丟失。它通常只能工作在133MHz的主頻。

　?。?）DDRAM的特點

　　DDRAM表示雙倍速率同步動態隨機存取存儲器，也稱DDR。DDRAM是基于SDRAM技術的，SDRAM在一個時鐘周期內只傳輸一次數據，它是在時鐘的上升期進行數據傳輸；而DDR內存則是一個時鐘周期內傳輸兩次次數據，它能夠在時鐘的上升期和下降期各傳輸一次數據。在133MHz的主頻下，DDR內存帶寬可以達到133×64b/8×2＝2.1GB/s。

　　3、硬盤、光盤、CF卡、SD卡

　　4、GPIO原理與結構

　　GPIO是I/O的最基本形式，它是一組輸入引腳或輸出引腳。有些GPIO引腳能夠加以編程改變工作方向，通常有兩個控制寄存器：數據寄存器和數據方向寄存器。數據方向寄存器設置端口的方向。如果將引腳設置為輸出，那么數據寄存器將控制著該引腳狀態。若將引腳設置為輸入，則此輸入引腳的狀態由引腳上的邏輯電路層來實現對它的控制。

　　5、A/D接口

　　（1）A/D轉換器是把電模擬量轉換為數字量的電路。實現A/D轉換的方法有很多，常用的方法有計數法、雙積分法和逐次逼進法。

　　（2）計數式A/D轉換法

　　其電路主要部件包括：比較器、計數器、D/A轉換器和標準電壓源。

　　其工作原理簡單來說就是，有一個計數器，從0開始進行加1計數，每進行一次加1，該數值作為D/A轉換器的輸入，其產生一個比較電壓VO與輸入模擬電壓VIN進行比較。如果VO小于VIN則繼續進行加1計數，直到VO大于VIN，這時計數器的累加數值就是A/D轉換器的輸出值。

　　這種轉換方式的特點是簡單，但是速度比較慢，特別是模擬電壓較高時，轉換速度更慢。例如對于一個8位A/D轉換器，若輸入模擬量為最大值，計數器要從0開始計數到255，做255次D/A轉換和電壓比較的工作，才能完成轉換。

　?。?）雙積分式A/D轉換法

　　其電路主要部件包括：積分器、比較器、計數器和標準電壓源。

　　其工作原理是，首先電路對輸入待測電壓進行固定時間的積分，然后換為標準電壓進行固定斜率的反向積分，反向積分進行到一定時間，便返回起始值。由于使用固定斜率，對標準電壓進行反向積分的時間正比于輸入模擬電壓值，輸入模擬電壓越大，反向積分回到起始值的時間越長。只要用標準的高頻時鐘脈沖測定反向積分花費的時間，就可以得到相應于輸入模擬電壓的數字量，也就完成了A/D轉換。

　　其特點是，具有很強的抗工頻干擾能力，轉換精度高，但轉換速度慢，通常轉換頻率小于10Hz，主要用于數字式測試儀表、溫度測量等方面。

　?。?）逐次逼近式A/D轉換法

　　其電路主要部件包括：比較器、D/A轉換器、逐次逼近寄存器和基準電壓源。

　　其工作原理是，實質上就是對分搜索法，和平時天平的使用原理一樣。在進行A/D轉換時，由D/A轉換器從高位到低位逐位增加轉換位數，產生不同的輸出電壓，把輸入電壓與輸出電壓進行比較而實現。首先使最高位為1，這相當于取出基準電壓的1/2與輸入電壓比較，如果在輸入電壓小于1/2的基準電壓，則最高位置0，反之置1。之后，次高位置1，相當于在1/2的范圍中再作對分搜索，以此類推，逐次逼近。

　　其特點是，速度快，轉換精度高，對N位A/D轉換器只需要M個時鐘脈沖即可完成，一般可用于測量幾十到幾百微秒的過渡過程的變化，是目前應用最普遍的轉換方法。

　?。?）A/D轉換的重要指標（有可能考一些簡單的計算）

　　A、分辨率：反映A/D轉換器對輸入微小變化響應的能力，通常用數字輸出最低位（LSB）所對應的模擬電壓的電平值表示。n位A/D轉換器能反映1/2n滿量程的模擬輸入電平。

　　B、量程：所能轉換的模擬輸入電壓范圍，分為單極性和雙極性兩種類型。

　　C、轉換時間：完成一次A/D轉換所需要的時間，其倒數為轉換速率。

　　D、精度：精度與分辨率是兩個不同的概念，即使分辨率很高，也可能由于溫漂、線性度等原因使其精度不夠高。精度有絕對精度和相對精度兩種表示方法。通常用數字量的最低有效位LSB的分數值來表示絕對精度，用其模擬電壓滿量程的百分比來表示相對精度。

　　例如，滿量程10V，10位A/D芯片，若其絕對精度為±1/2LSB，則其最小有效位LSB的量化單位為：10/1024＝9.77mv，其絕對精度為9.77mv/2＝4.88mv，相對精度為：0.048％。

　　6、D/A接口基本

　?。?）D/A轉換器使將數字量轉換為模擬量。

　?。?）在集成電路中，通常采用T型網絡實現將數字量轉換為模擬電流，再由運算放大器將模擬電路轉換為模擬電壓。進行D/A轉換實際上需要上面的兩個環節。

　　（3）D/A轉換器的分類：

　　A、電壓輸出型：常作為高速D/A轉換器。

　　B、電流輸出型：一般外接運算放大器使用。

　　C、乘算型：可用作調制器和使輸入信號數字化地衰減。

　?。?）D/A轉換器的主要指標：分辨率、建立時間、線性度、轉換精度、溫度系數。

　　7、鍵盤接口

　　（1）鍵盤的兩種形式：線性鍵盤和矩陣鍵盤。

　　（2）識別鍵盤上的閉合鍵通常有兩種方法：行掃描法和行反轉法。

　?。?）行掃描法是矩陣鍵盤按鍵常用的識別方法，此方法分為兩步進行：

　　A、識別鍵盤哪一列的鍵被按下：讓所有行線均為低電平，查詢各列線電平是否為低，如果有列線為低，則說明該列有按鍵被按下，否則說明無按鍵按下。

　　B、如果某列有按鍵按下，識別鍵盤是哪一行按下：逐行置低電平，并置其余各行為高電平，查詢各列的變化，如果列電平變為低電平，則可確定此行此列交叉點處按鍵被按下。

　　8、顯示接口

　?。?）LCD的基本原理是，通過給不同的液晶單元供電，控制其光線的通過與否，從而達到顯示的目的。

　?。?）LCD的光源提供方式有兩種：投射式和反射式。筆記本電腦的LCD顯示器為投射式，屏的背后有一個光源，因此外界環境可以不需要光源。一般微控制器上使用的LCD為反射式，需要外界提供電源，靠反射光來工作。電致發光（EL）是液晶屏提供光源的一種方式。

　?。?）按照液晶驅動方式分類，常見的LCD可以分為三類：扭轉向列類（TN）、超扭曲向列型（STN）和薄膜晶體管型（TFT）。

　?。?）市面上出售的LCD有兩種類型：帶有驅動電路的LCD顯示模塊，只要總線方式驅動；沒有驅動電路的LCD顯示器，使用控制器掃描方式。

　?。?）通常，LCD控制器工作的時候，通過DMA請求總線，直接通過SDRAM控制器讀取SDRAM中指定地址（顯示緩沖區）的數據，此數據經過LCD控制器轉換成液晶屏掃描數據格式，直接驅動液晶顯示器。

　　（6）VGA接口本質上是一個模擬接口，一般都采用統一的15引腳接口，包括2個NC信號、3根顯示器數據總線、5個GND信號、3個RGB色彩分量、1個行同步信號和1個場同步信號。其色彩分量采用的電平標準為EIA定義的RS343標準。

　　9、觸摸屏接口

　?。?）按工作原理分，觸摸屏可以分為：表面聲波屏、電容屏、電阻屏和紅外屏幾種。

　　（2）觸摸屏的控制采用專業芯片，例如ADS7843。

　　10、音頻接口

　　（1）基本原理：麥克風輸入的數據經音頻編解碼器解碼完成A/D轉換，解碼后的音頻數據通過音頻控制器送入DSP或CPU進行相應的處理，然后數據經音頻控制器發送給音頻編碼器，經編碼D/A轉換后由揚聲器輸出。

　?。?）數字音頻的格式有多種，最常用的是下面三種：

　　A、采用數字音頻（PCM）：是CD或DVD采用的數據格式。其采樣頻率為44.1kHz。精度為16位時，PCM音頻數據速率為1.41Mb/s；精度為32位時為2.42 Mb/s。一張700MB的CD可以保存大約60分鐘的16位PCM數據格式的音樂。

　　B、MPEG層3音頻（MP3）：MP3播放器采用的音頻格式。立體聲MP3數據速率為112kb/s至128kb/s。

　　C、ATSC數字音頻壓縮標準（AC3）：數字TV、HDTV和電影數字音頻編碼標準，立體聲AC3編碼后的數據速率為192kb/s。

　?。?）IIS是音頻數據的編碼或解碼常用的串行音頻數字接口。IIS總線只處理聲音數據，其他控制信號等則需要單獨傳輸。IIS使用了3根串行總線：數據線SD、字段選擇線WS、時鐘信號線SCK。

　　（4）當接收方和發送方的數據字段寬度不一樣時，發送方不考慮接收方的數據字段寬度。如果發送方發送的數據字段小于系統字段寬度，就在低位補0；如果發送方的數據寬度大于接收方的寬度，則超過LSB的部分被截斷。字段選擇WS用來選擇左右聲道，WS=0表示選擇左聲道；WS=1表示選擇右聲道。此外，WS能讓接收設備存儲前一個字節，并準備接收下一個字節。

　　11、串行接口

　?。?）串行通信是指，使數據一位一位地進行傳輸而實現的通信。與并行通信相比，串行通信具有傳輸線少、成本低等優點，特別適合遠距離傳送；缺點使速度慢。

　?。?）串行數據傳送有3種基本的通信模式：單工、半雙工、全雙工。

　?。?）串行通信在信息格式上可以分為2種方式：同步通信和異步通信。

　　A、異步傳輸：把每個字符當作獨立的信息來傳輸，并按照一固定且預定的時序傳送，但在字符之間卻取決于字符與字符的任意時序。異步通信時，字符是一幀一幀傳送的，每幀字符的傳送靠起始位來同步。一幀數據的各個代碼間間隔是固定的，而相鄰兩幀數據其時間間隔是不固定的。

　　B、同步傳輸：同步方式不僅在字符之間是同步的，而且在字符與字符之間的時序仍然是同步的，即同步方式是將許多字符******成一字符塊后，在每塊信息之前要加上1～2個同步字符，字符塊之后再加入適當的錯誤檢測數據才傳送出去。

　?。?）異步通信必須遵循3項規定：

　　A、字符格式：起始位＋數據＋校驗位＋停止位（檢驗位可無），低位先傳送。

　　B、波特率：每秒傳送的位數。

　　C、校驗位：奇偶檢驗。

　　a、奇校驗：要使字符加上校驗位有奇數個“1”。

　　b、偶檢驗：要使字符加上校驗位有偶數個“1”。

　?。?）RS－232C的電氣特性：負邏輯。

　　A、在TxD和RxD上：邏輯1為－3V～－15V，邏輯0為3V～15V。

　　B、在TES、CTS、DTR、DCD等控制線上：

　　信號有效（ON狀態）為3V～15V

　　信號無效（OFF狀態）為－3V～－15V

　?。?）TTL標準與RS-232C標準之間的電平轉換利用集成芯片RS232實現。

　?。?）RS-422串行通信接口

　　A、RS-422是一種單機發送、多機接收的單向、平衡傳輸規范，傳輸速率可達10Mb/s。

　　B、RS-422采用差分傳輸方式，也稱做平衡傳輸，使用一對雙絞線。

　　C、RS-422需要一終端電阻，要求其阻值約等于傳輸電纜的特性阻抗。

　?。?）RS-485串行總線接口

　　A、RS-485是在RS-422的基礎上建立的標準，增加了多點、雙向通信能力，通信距離可為幾十米到上千米。

　　B、RS-485收發器采用平衡發送和差分接收，具有抑制共模干擾的能力。

　　C、RS-485需要兩個終端電阻。在近距離（300m一下）傳輸可不需要終端電阻。