從小白到大神—嵌入式系統(tǒng)

1、什么是嵌入式

IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers，美國電氣和電子工程師協(xié)會）對嵌入式系統(tǒng)的定義：“用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機器和設備的裝置”。原文為：Devices Used to Control，Monitor or Assist the Operation of Equipment，Machinery or Plants）。

嵌入式系統(tǒng)是一種專用的計算機系統(tǒng)，作為裝置或設備的一部分。通常，嵌入式系統(tǒng)是一個控制程序存儲在 ROM 中的嵌入式處理器控制板。事實上，所有帶有數(shù)字接口的設備，如手表、微波爐、錄像機、汽車等，都使用嵌入式系統(tǒng)，有些嵌入式系統(tǒng)還包含操作系統(tǒng)，但大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)都是由單個程序實現(xiàn)整個控制邏輯。

從應用對象上加以定義，嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，還可以涵蓋機械等附屬裝置。國內普遍認同的嵌入式系統(tǒng)定義為：以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁剪，適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。

一個嵌入式系統(tǒng)裝置一般都由嵌入式計算機系統(tǒng)和執(zhí)行裝置組成,嵌入式計算機系統(tǒng)是整個嵌入式系統(tǒng)的核心，由硬件層、中間層、系統(tǒng)軟件層和應用軟件層組成。執(zhí)行裝置也稱為被控對象，它可以接受嵌入式計算機系統(tǒng)發(fā)出的控制命令，執(zhí)行所規(guī)定的操作或任務。執(zhí)行裝置可以很簡單，如手機上的一個微小型的電機，當手機處于震動接收狀態(tài)時打開；也可以很復雜，如 SONY 智能機器狗，上面集成了多個微小型控制電機和多種傳感器，從而可以執(zhí)行各種復雜的動作和感受各種狀態(tài)信息。

2、嵌入式系統(tǒng)的組成

一、硬件層
硬件層中包含嵌入式微處理器、存儲器（SDRAM、ROM、Flash 等）、通用設備接口和 I/O 接口（A/D、D/A、I/O 等）。在一嵌入式處理器基礎上添加電源電路、時鐘電路和存儲器電路，就構成了一個嵌入式核心控制模塊。其中操作系統(tǒng)和應用程序都可以固化在ＲＯＭ中。

二、中間層
硬件層與軟件層之間為中間層，也稱為硬件抽象層（Hardware Abstract Layer,HAL）或者板級支持包（Board Support Package,BSP），它半系統(tǒng)上層軟件與底層硬件分離開來，使系統(tǒng)的底層驅動程序與硬件無關，上層軟件開發(fā)人員無需關心底層硬件的具體情況，根據(jù) BSP 層提供的接口即可進行開發(fā)。該層一般包含相關底層硬件的初始化、數(shù)據(jù)的輸入 / 輸出操作和硬件設備的配置功能。 實際上,BSP 是一個介于操作系統(tǒng)和底層硬件之間的軟件層次，包括了系統(tǒng)中大部分與硬件聯(lián)系緊密的軟件模塊。設計一個完整的 BSP 需要完成兩部分工作：嵌入工系統(tǒng)的硬件初始化的 BSP 功能，設計硬件相關的設備驅動。

三、系統(tǒng)軟件層

系統(tǒng)軟件層由實時多任務操作系統(tǒng)（Real-time Operation System,RTOS）、文件系統(tǒng)、圖形用戶接口(Graphic User Interface,GUI)、網(wǎng)絡系統(tǒng)及通用組件模塊組成。RTOS 是嵌入式應用軟件的基礎和開發(fā)平臺。

3、實時系統(tǒng)

(1)定義：能在指定或確定的時間內完成系統(tǒng)功能和對外部或內部、同步或異步時間做出響應的系統(tǒng)。

(2)區(qū)別：通用系統(tǒng)一般追求的是系統(tǒng)的平均響應時間和用戶的使用方便;而實時系統(tǒng)主要考慮的是在最壞情況下的系統(tǒng)行為。

(3)特點：時間約束性、可預測性、可靠性、與外部環(huán)境的交互性。

(4)硬實時(強實時)：指應用的時間需求應能夠得到完全滿足，否則就造成重大安全事故，甚至造成重大的生命財產(chǎn)損失和生態(tài)破壞，如：航天、軍事。

(5)軟實時(弱實時)：指某些應用雖然提出了時間的要求，但實時任務偶爾違反這種需求對系統(tǒng)運行及環(huán)境不會造成嚴重影響，如：監(jiān)控系統(tǒng)、實時信息采集系統(tǒng)。

(6)任務的約束包括：時間約束、資源約束、執(zhí)行順序約束和性能約束。

4、實時系統(tǒng)的調度

(1)調度：給定一組實時任務和系統(tǒng)資源，確定每個任務何時何地執(zhí)行的整個過程。

(2)搶占式調度：通常是優(yōu)先級驅動的調度，如 uCOS。優(yōu)點是實時性好、反應快，調度算法相對簡單，可以保證高優(yōu)先級任務的時間約束;缺點是上下文切換多。

(3)非搶占式調度：通常是按時間片分配的調度，不允許任務在執(zhí)行期間被中斷，任務一旦占用處理器就必須執(zhí)行完畢或自愿放棄，如 WinCE。優(yōu)點是上下文切換少;缺點是處理器有效資源利用率低，可調度性不好。

(4)靜態(tài)表驅動策略：系統(tǒng)在運行前根據(jù)各任務的時間約束及關聯(lián)關系，采用某種搜索策略生成一張運行時刻表，指明各任務的起始運行時刻及運行時間。

(5)優(yōu)先級驅動策略：按照任務優(yōu)先級的高低確定任務的執(zhí)行順序。

(6)實時任務分類：周期任務、偶發(fā)任務、非周期任務。

(7)實時系統(tǒng)的通用結構模型：數(shù)據(jù)采集任務實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的采集，數(shù)據(jù)處理任務處理采集的數(shù)據(jù)、并將加工后的數(shù)據(jù)送到執(zhí)行機構管理任務控制機構執(zhí)行。

5、嵌入式微處理器體系結構

(1)馮諾依曼結構：程序和數(shù)據(jù)共用一個存儲空間，程序指令存儲地址和數(shù)據(jù)存儲地址指向同一個存儲器的不同物理位置，采用單一的地址及數(shù)據(jù)總線，程序和數(shù)據(jù)的寬度相同。例如：8086、ARM7、MIPS…

(2)哈佛結構：程序和數(shù)據(jù)是兩個相互獨立的存儲器，每個存儲器獨立編址、獨立訪問，是一種將程序存儲和數(shù)據(jù)存儲分開的存儲器結構。例如：AVR、ARM9、ARM10…

(3)CISC 與 RISC 的特點比較。

計算機執(zhí)行程序所需要的時間 P 可以用下面公式計算：

P=I×CPI×T

I：高級語言程序編譯后在機器上運行的指令數(shù)。

CPI：為執(zhí)行每條指令所需要的平均周期數(shù)。

T：每個機器周期的時間。

(4)流水線的思想：在 CPU 中把一條指令的串行執(zhí)行過程變?yōu)槿舾芍噶畹淖舆^程在 CPU 中重疊執(zhí)行。

(5)流水線的指標：

吞吐率：單位時間里流水線處理機流出的結果數(shù)。如果流水線的子過程所用時間不一樣長，則吞吐率應為最長子過程的倒數(shù)。
建立時間：流水線開始工作到達最大吞吐率的時間。若 m 個子過程所用時間一樣，均為 t，則建立時間 T=mt。

(6)信息存儲的字節(jié)順序

A、存儲器單位：字節(jié)(8 位)

B、字長決定了微處理器的尋址能力，即虛擬地址空間的大小。

C、32 位微處理器的虛擬地址空間位 232，即 4GB。

D、小端字節(jié)順序：低字節(jié)在內存低地址處，高字節(jié)在內存高地址處。

E、大端字節(jié)順序：高字節(jié)在內存低地址處，低字節(jié)在內存高地址處。

F、網(wǎng)絡設備的存儲順序問題取決于 OSI 模型底層中的數(shù)據(jù)鏈路層。

6、邏輯電路基礎

(1)根據(jù)電路是否具有存儲功能，將邏輯電路劃分為：組合邏輯電路和時序邏輯電路。

(2)組合邏輯電路：電路在任一時刻的輸出，僅取決于該時刻的輸入信號，而與輸入信號作用前電路的狀態(tài)無關。常用的邏輯電路有譯碼器和多路選擇器等。

(3)時序邏輯電路：電路任一時刻的輸出不僅與該時刻的輸入有關，而且還與該時刻電路的狀態(tài)有關。因此，時序電路中必須包含記憶元件。觸發(fā)器是構成時序邏輯電路的基礎。常用的時序邏輯電路有寄存器和計數(shù)器等。

(4)真值表、布爾代數(shù)、摩根定律、門電路的概念。

(5)NOR(或非)和 NAND(與非)的門電路稱為全能門電路，可以實現(xiàn)任何一種邏輯函數(shù)。

(6)譯碼器：多輸入多輸出的組合邏輯網(wǎng)絡。

每輸入一個 n 位的二進制代碼，在 m 個輸出端中最多有一個有效。

當 m=2n 是，為全譯碼;當 m《2n 時，為部分譯碼。

(7)由于集成電路的高電平輸出電流小，而低電平輸出電流相對比較大，采用集成門電路直接驅動 LED 時，較多采用低電平驅動方式。液晶七段字符顯示器 LCD 利用液晶有外加電場和無外加電場時不同的光學特性來顯示字符。

(8)時鐘信號是時序邏輯的基礎，它用于決定邏輯單元中的狀態(tài)合適更新。同步是時鐘控制系統(tǒng)中的主要制約條件。

(9)在選用觸發(fā)器的時候，觸發(fā)方式是必須考慮的因素。觸發(fā)方式有兩種：

方式 1：電平觸發(fā)方式：具有結構簡單的有點，常用來組成暫存器。

方式 2：邊沿觸發(fā)方式：具有很強的抗數(shù)據(jù)端干擾能力，常用來組成寄存器、計數(shù)器等。

7、總線電路及信號驅動

(1)總線是各種信號線的集合，是嵌入式系統(tǒng)中各部件之間傳送數(shù)據(jù)、地址和控制信息的公共通路。在同一時刻，每條通路線路上能夠傳輸一位二進制信號。按照總線所傳送的信息類型，可以分為：數(shù)據(jù)總線(DB)、地址總線(AB)和控制總線(CB)。

(2)總線的主要參數(shù)：

總線帶寬：一定時間內總線上可以傳送的數(shù)據(jù)量，一般用 MByte/s 表示。

總線寬度：總線能同時傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)(bit)，即人們常說的 32 位、64 位等總線寬度的概念，也叫總線位寬。總線的位寬越寬，總線每秒數(shù)據(jù)傳輸率越大，也就是總線帶寬越寬。

總線頻率：工作時鐘頻率以 MHz 為單位，工作頻率越高，則總線工作速度越快，也即總線帶寬越寬。

總線帶寬 = 總線位寬×總線頻率 /8， 單位是 MBps。

常用總線：ISA 總線、PCI 總線、IIC 總線、SPI 總線、PC104 總線和 CAN 總線等。

(3)只有具有三態(tài)輸出的設備才能夠連接到數(shù)據(jù)總線上，常用的三態(tài)門為輸出緩沖器。

(4)當總線上所接的負載超過總線的負載能力時，必須在總線和負載之間加接緩沖器或驅動器，最常用的是三態(tài)緩沖器，其作用是驅動和隔離。

(5)采用總線復用技術可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)總線和地址總線的共用。但會帶來兩個問題：

A、需要增加外部電路對總線信號進行復用解耦，例如：地址鎖存器。

B、總線速度相對非復用總線系統(tǒng)低。

(6)兩類總線通信協(xié)議：同步方式、異步方式。

(7)對總線仲裁問題的解決是以優(yōu)先級(優(yōu)先權)的概念為基礎。

8、電平轉換電路

(1)數(shù)字集成電路可以分為兩大類：雙極型集成電路(TTL)、金屬氧化物半導體(MOS)。

(2)CMOS 電路由于其靜態(tài)功耗極低，工作速度較高，抗干擾能力較強，被廣泛使用。

(3)解決 TTL 與 CMOS 電路接口困難的辦法是在 TTL 電路輸出端與電源之間接一上拉電阻 R，上拉電阻 R 的取值由 TTL 的高電平輸出漏電流 IOH 來決定，不同系列的 TTL 應選用不同的 R 值。

9、嵌入式系統(tǒng)中信息表示與運算基礎

(1)進位計數(shù)制與轉換：這樣比較簡單，也應該掌握怎么樣進行換算，有出題的可能。

(2)計算機中數(shù)的表示：源碼、反碼與補碼。

正數(shù)的反碼與源碼相同，負數(shù)的反碼為該數(shù)的源碼除符號位外按位取反。

正數(shù)的補碼與源碼相同，負數(shù)的補碼為該數(shù)的反碼加一。

例如 -98 的源碼：11100010B

反碼：10011101B

補碼：10011110B

(3)定點表示法：數(shù)的小數(shù)點的位置人為約定固定不變。

浮點表示法：數(shù)的小數(shù)點位置是浮動的，它由尾數(shù)部分和階數(shù)部分組成。

任意一個二進制 N 總可以寫成：N=2P×S。S 為尾數(shù)，P 為階數(shù)。

(4)漢字表示法，搞清楚 GB2318-80 中國標碼和機內碼的變換。

(5)語音編碼中波形量化參數(shù)(可能會出簡單的計算題目哦)

采樣頻率：一秒內采樣的次數(shù)，反映了采樣點之間的間隔大小。

人耳的聽覺上限是 20kHz，因此 40kHz 以上的采樣頻率足以使人滿意。

CD 唱片采用的采樣頻率是 44.1kHz。

測量精度：樣本的量化等級，目前標準采樣量級有 8 位和 16 位兩種。

聲道數(shù)：單聲道和立體聲雙道。立體聲需要兩倍的存儲空間。

10、差錯控制編碼

(1)根據(jù)碼組的功能，可以分為檢錯碼和糾錯碼兩類。檢錯碼是指能自動發(fā)現(xiàn)差錯的碼，例如奇偶檢驗碼;糾錯碼是指不僅能發(fā)現(xiàn)差錯而且能自動糾正差錯的碼，例如循環(huán)冗余校驗碼。

(2)奇偶檢驗碼、海明碼、循環(huán)冗余校驗碼(CRC)。

11、差錯控制編碼嵌入式系統(tǒng)的度量項目

(1)性能指標：

分為部件性能指標和綜合性能指標，主要包括：吞吐率、實時性和各種利用率。

(2)可靠性與安全性:

可靠性是嵌入式系統(tǒng)最重要、最突出的基本要求，是一個嵌入式系統(tǒng)能正常工作的保證，一般用平均故障間隔時間 MTBF 來度量。

(3)可維護性:

一般用平均修復時間 MTTR 表示。

(4)可用性

(5)功耗

(6)環(huán)境適應性

(7)通用性

(8)安全性

(9)保密性

(10)可擴展性

性價比中的價格，除了直接購買嵌入式系統(tǒng)的價格外，還應包含安裝費用、若干年的運行維修費用和軟件租用費。

嵌入式系統(tǒng)的評價方法：測量法和模型法

(1)測量法是最直接最基本的方法，需要解決兩個問題：

A、根據(jù)研究的目的，確定要測量的系統(tǒng)參數(shù)。

B、選擇測量的工具和方式。

(2)測量的方式有兩種：采樣方式和事件跟蹤方式。

(3)模型法分為分析模型法和模擬模型法。分析模型法是用一些數(shù)學方程去刻畫系統(tǒng)的模型，而模擬模型法是用模擬程序的運行去動態(tài)表達嵌入式系統(tǒng)的狀態(tài)，而進行系統(tǒng)統(tǒng)計分析，得出性能指標。

(4)分析模型法中使用最多的是排隊模型，它包括三個部分：輸入流、排隊規(guī)則和服務機構。

(5)使用模型對系統(tǒng)進行評價需要解決 3 個問題：設計模型、解模型、校準和證實模型。

12、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(jù)結構的不同可以將其分為 NOR Flash 和 NAND Flash 兩種。

(2)Flash 存儲器的特點：

A、區(qū)塊結構：在物理上分成若干個區(qū)塊，區(qū)塊之間相互獨立。

B、先擦后寫：Flash 的寫操作只能將數(shù)據(jù)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(zhí)行擦除操作，將預寫入的數(shù)據(jù)位初始化為 1。擦除操作的最小單位是一個區(qū)塊，而不是單個字節(jié)。

C、操作指令：執(zhí)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(shù)據(jù)寫入。

D、位反轉：由于 Flash 的固有特性，在讀寫過程中偶爾會產(chǎn)生一位或幾位的數(shù)據(jù)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(qū)塊一旦損壞，將無法進行修復。對已損壞的區(qū)塊操作其結果不可預測。

(3)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(tǒng) 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(tǒng)接口。

(5)NOR Flash 與 NAND Flash 的區(qū)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(shù)據(jù)的連續(xù)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(jié)。NAND Flash 的地址、數(shù)據(jù)和命令共用 8 位總線(有寫公司的產(chǎn)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(shù)據(jù)。

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(chǎn)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(shù)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(xù)執(zhí)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(shù)據(jù)可靠性要求較高的代碼存儲、通信產(chǎn)品、網(wǎng)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(shù)據(jù)閃存。

2、RAM 存儲器
(1)SRAM 的特點：

SRAM 表示靜態(tài)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(fā)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(shù)據(jù)傳輸?shù)囊唤M雙向信號線。

(2)DRAM 的特點：

DRAM 表示動態(tài)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(shù)據(jù)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(wěn)定的。它必須有規(guī)律地進行刷新，從而將數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)傳輸?shù)囊唤M雙向信號線。

(3)SDRAM 的特點：

SDRAM 表示同步動態(tài)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(fā)送與數(shù)據(jù)的傳輸都以它為基準;動態(tài)是指存儲器陣列需要不斷的刷新來保證數(shù)據(jù)不丟失。它通常只能工作在 133MHz 的主頻。

(4)DDRAM 的特點

DDRAM 表示雙倍速率同步動態(tài)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(shù)據(jù)，它是在時鐘的上升期進行數(shù)據(jù)傳輸;而 DDR 內存則是一個時鐘周期內傳輸兩次次數(shù)據(jù)，它能夠在時鐘的上升期和下降期各傳輸一次數(shù)據(jù)。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(shù)據(jù)寄存器和數(shù)據(jù)方向寄存器。數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)寄存器將控制著該引腳狀態(tài)。若將引腳設置為輸入，則此輸入引腳的狀態(tài)由引腳上的邏輯電路層來實現(xiàn)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(shù)字量的電路。實現(xiàn) A/D 轉換的方法有很多，常用的方法有計數(shù)法、雙積分法和逐次逼進法。

(2)計數(shù)式 A/D 轉換法

其電路主要部件包括：比較器、計數(shù)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(shù)器，從 0 開始進行加 1 計數(shù)，每進行一次加 1，該數(shù)值作為 D/A 轉換器的輸入，其產(chǎn)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(xù)進行加 1 計數(shù)，直到 VO 大于 VIN，這時計數(shù)器的累加數(shù)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(shù)器要從 0 開始計數(shù)到 255，做 255 次 D/A 轉換和電壓比較的工作，才能完成轉換。

(3)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(shù)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(shù)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(shù)字式測試儀表、溫度測量等方面。

(4)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(shù)，產(chǎn)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(xiàn)。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。

(5)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(shù)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(shù)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(shù)字量的最低有效位 LSB 的分數(shù)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

(1)D/A 轉換器使將數(shù)字量轉換為模擬量。

(2)在集成電路中，通常采用 T 型網(wǎng)絡實現(xiàn)將數(shù)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(huán)節(jié)。

(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(shù)字化地衰減。

(4)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(shù)。

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。

(3)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?yōu)榈碗娖?，則可確定此行此列交叉點處按鍵被按下。

8、顯示接口

(1)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。

(2)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(huán)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(fā)光(EL)是液晶屏提供光源的一種方式。

(3)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)。

(4)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。

(5)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(qū))的數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)經(jīng)過 LCD 控制器轉換成液晶屏掃描數(shù)據(jù)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(tǒng)一的 15 引腳接口，包括 2 個 NC 信號、3 根顯示器數(shù)據(jù)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

(1)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(yè)芯片，例如 ADS7843。

10、音頻接口
(1)基本原理：麥克風輸入的數(shù)據(jù)經(jīng)音頻編解碼器解碼完成 A/D 轉換，解碼后的音頻數(shù)據(jù)通過音頻控制器送入 DSP 或 CPU 進行相應的處理，然后數(shù)據(jù)經(jīng)音頻控制器發(fā)送給音頻編碼器，經(jīng)編碼 D/A 轉換后由揚聲器輸出。

(2)數(shù)字音頻的格式有多種，最常用的是下面三種：

A、采用數(shù)字音頻(PCM)：是 CD 或 DVD 采用的數(shù)據(jù)格式。其采樣頻率為 44.1kHz。精度為 16 位時，PCM 音頻數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)速率為 112kb/s 至 128kb/s。

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

(3)IIS 是音頻數(shù)據(jù)的編碼或解碼常用的串行音頻數(shù)字接口。IIS 總線只處理聲音數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)線 SD、字段選擇線 WS、時鐘信號線 SCK。

(4)當接收方和發(fā)送方的數(shù)據(jù)字段寬度不一樣時，發(fā)送方不考慮接收方的數(shù)據(jù)字段寬度。如果發(fā)送方發(fā)送的數(shù)據(jù)字段小于系統(tǒng)字段寬度，就在低位補 0;如果發(fā)送方的數(shù)據(jù)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(jié)，并準備接收下一個字節(jié)。

11、串行接口
(1)串行通信是指，使數(shù)據(jù)一位一位地進行傳輸而實現(xiàn)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(yōu)點，特別適合遠距離傳送;缺點使速度慢。

(2)串行數(shù)據(jù)傳送有 3 種基本的通信模式：單工、半雙工、全雙工。

(3)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(shù)據(jù)的各個代碼間間隔是固定的，而相鄰兩幀數(shù)據(jù)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?shù)腻e誤檢測數(shù)據(jù)才傳送出去。

(4)異步通信必須遵循 3 項規(guī)定：

A、字符格式：起始位+數(shù)據(jù)+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(shù)。

C、校驗位：奇偶檢驗。

a、奇校驗：要使字符加上校驗位有奇數(shù)個“1”。

b、偶檢驗：要使字符加上校驗位有偶數(shù)個“1”。

(5)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(tài))為 3V～15V

信號無效(OFF 狀態(tài))為 -3V～-15V

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

(7)RS-422 串行通信接口

A、RS-422 是一種單機發(fā)送、多機接收的單向、平衡傳輸規(guī)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。

(8)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(fā)器采用平衡發(fā)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。

12、并行接口
(1)并行接口的數(shù)據(jù)傳輸率比串行接口快 8 倍，標準并行接口的數(shù)據(jù)傳輸率為 1Mb/s，一般用來連接打印機、掃描儀等，所以又稱打印口。

(2)并行接口可以分為 SPP(標準并口)、EPP(增強型并口)和 ECP(擴展型并口)。

(3)并行總線分為標準和非標準兩類。常用的并行標準總線有 IEEE 488 總線和 ANSI SCSI 總線。MXI 總線是一種高性能非標準的通用多用戶并行總線。

13、PCI 接口
(1)PCI 總線是地址、數(shù)據(jù)多路復用的高性能 32 位和 64 位總線，是微處理器與外圍控制部件、外圍附加板之間的互連機構。

(2)從數(shù)據(jù)寬度上看，PCI 定義了 32 位數(shù)據(jù)總線，且可擴展為 64 位。從總線速度上分，有 33MHz 和 66MHz 兩種。

(3)與 ISA 總線相比，PCI 總線的地址總線與數(shù)據(jù)總線分時復用，支持即插即用、中斷共享等功能。

14、USB 接口
(1)USB 總線的主要特點：

A、使用簡單，即插即用。

B、每個 USB 系統(tǒng)中都有主機，這個 USB 網(wǎng)絡中最多可以連接 127 個設備。

C、應用范圍廣，支持多個設備同時操作。

D、低成本的電纜和連接器，使用統(tǒng)一的 4 引腳插頭。

E、較強的糾錯能力。

F、較低的協(xié)議開銷帶來了高的總線性能，且適合于低成本外設的開發(fā)。

G、支持主機與設備之間的多數(shù)據(jù)流和多消息流傳輸，且支持同步和異步傳輸類型。

H、總線供電，能為設備提供 5V/100mA 的供電。

(2)USB 系統(tǒng)由 3 部分來描述：USB 主機、USB 設備和 USB 互連。

(3)USB 總線支持的數(shù)據(jù)傳輸率有 3 種：高速信令位傳輸率為 480Mb/s;全速信令位傳輸率為 12Mb/s;全速信令位傳輸率為 1.5Mb/s。

(4)USB 總線電纜有 4 根線：一對雙絞信號線和一對電源線。

(5)USB 是一種查詢總線，由主控制器啟動所有的數(shù)據(jù)傳輸。USB 上所掛接的外設通過由主機調度的、基于令牌的協(xié)議來共享 USB 帶寬。

(6)大部分總線事務涉及 3 個包的傳輸：

A、令牌包：指示總線上要執(zhí)行什么事務，欲尋址的 USB 設備及數(shù)據(jù)傳送方向。

B、數(shù)據(jù)包：傳輸數(shù)據(jù)或指示它沒有數(shù)據(jù)要傳輸。

C、握手包：指示傳輸是否成功。

(7)主機與設備端點之間的 USB 數(shù)據(jù)傳輸模型被稱作管道。管道有兩種類型：流和消息。消息數(shù)據(jù)具有 USB 定義的結構，而數(shù)據(jù)流沒有。

(8)事務調度表允許對某些流管道進行流量控制，在硬件級，通過使用 NAK(否認)握手信號來調節(jié)數(shù)據(jù)傳輸率，以防止緩沖區(qū)上溢或下溢產(chǎn)生。

(9)USB 設備最大的特點是即插即用。

(10)工作原理：USB 設備插入 USB 端點時，主機都通過默認地址 0 與設備的端點 0 進行通信。在這個過程中，主機發(fā)出一系列試圖得到描述符的標準請求，通過這些請求，主機得到所有感興趣的設備信息，從而知道了設備的情況以及該如何與設備通信。隨后主機通過發(fā)出 Set Address 請求為設備設置一個唯一的地址。以后主機就通過為設備設置好的地址與設備通信，而不再使用默認地址 0。

15、SPI 接口
(1)SPI 是一個同步協(xié)議接口，所有的傳輸都參照一個共同的時鐘，這個同步時鐘有主機產(chǎn)生，接收數(shù)據(jù)的外設使用時鐘來對串行比特流的接收進行同步化。

(2)在多個設備連接到主機的同一個 SPI 接口時，主機通過從設備的片選引腳來選擇。

(3)SPI 主要使用 4 個信號：主機輸出 / 從機輸入(MOSI)，主機輸入 / 從機輸出(MISO)、串行時鐘 SCLK 和外設片選 CS。

(4)主機和外設都包含一個串行移位寄存器，主機通過向它的 SPI 串行寄存器寫入一個字節(jié)來發(fā)起一次數(shù)據(jù)傳輸。寄存器通過 MOSI 信號線將字節(jié)傳送給外設，外設也將自己移位寄存器中的內容通過 MISO 信號線返回給主機，這樣，兩個移位寄存器中的內容就被交換了。

(5)外設的寫操作和讀操作時同步完成的，因此 SPI 成為一個很有效的協(xié)議。

(6)如果只是進行寫操作，主機只需忽略收到的字節(jié);反過來，如果主機要讀取外設的一個字節(jié)，就必須發(fā)送一個空字節(jié)來引發(fā)從機的傳輸。

16、IIC 接口
(1)IIC 總線是具備總線仲裁和高低速設備同步等功能的高性能多主機總線。

(2)IIC 總線上需要兩條線：串行數(shù)據(jù)線 SDA 和串行時鐘線 SCL。

(3)總線上的每個器件都有唯一的地址以供識別，而且各器件都可以作為一個發(fā)送器或者接收器(由器件的功能決定)。

(4)IIC 總線有 4 種操作模式：主發(fā)送、主接收、從發(fā)送、從接收。

(5)IIC 在傳送數(shù)據(jù)過程******有 3 種類型信號：

A、開始信號：SCL 為低電平時，SDA 由高向低跳變。

B、結束信號：SCL 為低電平時，SDA 由低向高跳變。

C、應答信號：接收方在收到 8 位數(shù)據(jù)后，在第 9 個脈沖向發(fā)送方發(fā)出特點的低電平。

(6)主器件發(fā)送一個開始信號后，它還會立即送出一個從地址，來通知將與它進行數(shù)據(jù)通信的從器件。1 個字節(jié)的地址包括 7 位地址信息和 1 位傳輸方向指示位，如果第 7 位為 0，表示要進行一個寫操作，如果為 1，表示要進行一個讀操作。

(7)SDA 線上傳輸?shù)拿總€字節(jié)長度都是 8 位，每次傳輸種字節(jié)的數(shù)量沒有限制的。在開始信號后面的第一個字節(jié)是地址域，之后每個傳輸字節(jié)后面都有一個應答位(ACK)，傳輸中串行數(shù)據(jù)的 MSB(字節(jié)高位)首先發(fā)送。

(8)如果數(shù)據(jù)接收方無法再接收更多的數(shù)據(jù)，它可以通過將 SCL 保持低電平來中斷傳輸，這樣可以迫使數(shù)據(jù)發(fā)送方等待，直到 SCL 被重新釋放。這樣可以達到高低速設備同步。

(9)IIC 總線的工作過程：SDA 和 SCL 都是雙向的?？臻e的時候，SDA 和 SCL 都是高電平，只有 SDA 變?yōu)榈碗娖?，接?SCL 再變?yōu)榈碗娖?，IIC 總線的數(shù)據(jù)傳輸才開始。SDA 線上被傳輸?shù)拿恳晃辉?SCL 的上升沿被采樣，該位必須一直保持有效到 SCL 再次變?yōu)榈碗娖?，然?SDA 就在 SCL 再次變?yōu)楦唠娖街皞鬏斚乱粋€位。最后，SCL 變回高電平，接著 SDA 也變?yōu)楦唠娖?，表示?shù)據(jù)傳輸結束。

17、以太網(wǎng)接口
(1)最常用的以太網(wǎng)協(xié)議是 IEEE802.3 標準。

(2)傳輸編碼(06 和 07 年都有******)：曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼。

A、曼徹斯特編碼：每位中間有一個電平跳變，從高到底的跳變表示“0”，從低到高的跳變表示為“1”。

B、差分曼徹斯特編碼：每位中間有一個電平跳變，利用每個碼元開始時有無跳變來表示“0”或“1”，有跳變?yōu)椤?”，無跳變?yōu)椤?”。

(3)相比之下，曼徹斯特編碼編碼簡單，差分曼徹斯特編碼提供更好的噪聲抑制性能。

(4)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸特點：

A、所有數(shù)據(jù)位的傳輸由低位開始，傳輸?shù)奈涣鲿r用曼徹斯特編碼。

B、以太網(wǎng)是基于沖突檢測的總線復用方法，由硬件自動執(zhí)行。

C、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)長度，目的地址 DA+源地址 SA+類型字段 TYPE+數(shù)據(jù)段 DATA+填充位 PAD，最小為 60B，最大為 1514B。

D、通常以太網(wǎng)卡可以接收 3 種地址的數(shù)據(jù)：廣播地址、多播地址、自己的地址。

E、任何兩個網(wǎng)卡的物理地址都不一樣，是世界上唯一的，網(wǎng)卡地址由專門機構分配。

(5)嵌入式以太網(wǎng)接口有兩種實現(xiàn)方法：

A、嵌入式處理器+網(wǎng)卡芯片(例如：RTL8019AS、CS8900 等)

B、帶有以太網(wǎng)接口的處理器。

(6)TCP/IP 是一個分層協(xié)議，分為：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、傳輸層和應用層。每層實現(xiàn)一個明確的功能，對應一個或幾個傳輸協(xié)議，每層相對于它的下層都作為一個獨立的數(shù)據(jù)包來實現(xiàn)。每層上的協(xié)議如下：

A、應用層：BSD 套接字。

B、傳輸層：TCP、UDP。

C、網(wǎng)絡層：IP、ARP、ICMP、IGMP

D、數(shù)據(jù)鏈路層：IEEE802.3 Ethernet MAC

E、物理層：二進制比特流。

(7)ARP(地址解析協(xié)議)

A、網(wǎng)絡層用 32 位的地址來標識不同的主機(即 IP 地址)，而鏈路層使用 48 位的物理地址(MAC)來標識不同的以太網(wǎng)或令牌網(wǎng)接口。

B、ARP 功能：實現(xiàn)從 IP 地址到對應物理地址的轉換。

(8)ICMP(網(wǎng)絡控制報文協(xié)議)

A、IP 層用它來與其他主機或路由器交換錯誤報文和其他重要控制信息。

B、ICMP 報文是在 IP 數(shù)據(jù)包內被傳輸?shù)摹?/p>

C、網(wǎng)絡診斷工具 ping 和 traceroute 其實就是 ICMP 協(xié)議。

(9)IP(網(wǎng)際協(xié)議)

A、IP 工作在網(wǎng)絡層，是 TCP/IP 協(xié)議族中最為核心的協(xié)議。

B、所有的 TCP、UDP、ICMP 及 IGMP 數(shù)據(jù)都以 IP 數(shù)據(jù)包格式傳輸。

C、TTL(生存時間字段)：指定了 IP 數(shù)據(jù)包的生存時間(數(shù)據(jù)包可以經(jīng)過的路由器數(shù))。

D、IP 提供不可靠、無連接的數(shù)據(jù)包傳送服務，高效、靈活。

a、不可靠：它不能保證數(shù)據(jù)包能成功到達目的地，任何要求的可靠性必須由上層來提供(如 TCP)。如果發(fā)生某種錯誤，IP 有一個簡單的錯誤處理算法 -- 丟棄該數(shù)據(jù)包，然后發(fā)送 ICMP 消息報給信源端。

b、無連接：IP 不維護任何關于后續(xù)數(shù)據(jù)包的狀態(tài)信息。每個數(shù)據(jù)包的處理都是相互獨立的。IP 數(shù)據(jù)包可以不按順序接收，

(10)TCP(傳輸控制協(xié)議)

TCP 協(xié)議是一個面向連接的可靠的傳輸層協(xié)議，它為兩臺主機提供高可靠性的端到端數(shù)據(jù)通信。

(11)UDP(用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議)

UDP 協(xié)議是一種無連接不可靠的傳輸層協(xié)議，它不保證數(shù)據(jù)包能到達目的地，可靠性有應用層來提供。UDP 協(xié)議開銷少，和 TCP 相比更適合于應用在低端的嵌入式領域中。

(12)端口：TCP 和 UDP 采用 16 位端口號來識別上層的用戶，即應用層協(xié)議，例如 FTP 服務的 TCP 端口號都是 21，Telnet 服務的 TCP 端口號都是 23，TFTP 服務的 UDP 端口號都是 69。

18、CAN 總線接口

(1)CAN(Control Area Network，控制器局域網(wǎng))總線是一種多主方式的串行通信總線，是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一，最初被用于汽車環(huán)境中的電子控制網(wǎng)絡。一個 CAN 總線構成的單一網(wǎng)絡中，理想情況下可以掛接任意多個節(jié)點，實際應用中節(jié)點數(shù)據(jù)受網(wǎng)絡硬件的電氣特性所限制。

(2)總線信號使用差分電壓傳送。兩條信號線被稱為 CAN_H 和 CAN_L，靜態(tài)是均為 2.5V 左右，此時狀態(tài)表示邏輯 1，也可以叫做“隱性”。用 CAN_H 比 CAN_L 高表示邏輯 0，稱為“顯性”，此時，通常電壓值為 CAN_H=3.5V 和 CAN_L=1.5V。

(3)當“顯性”和“隱性”位同時發(fā)送的時候，最后總線數(shù)值將為“顯性”這種特性為 CAN 總線的仲裁奠定了基礎。

(4)CAN 總線的一個位時間可以分成 4 個部分：同步段、傳播時間段、相位緩沖段 1 和相位緩沖段 2。

(5)CAN 總線的數(shù)據(jù)幀有兩種格式：標準格式和擴展格式。包括：幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場、CRC 場、ACK 場和幀結束。

(6)CAN 總線硬件接口包括：CAN 總線控制器和 CAN 收發(fā)器。CAN 控制器主要完成時序邏輯轉換等工作，例如菲利普的 SJA1000。CAN 收發(fā)器是 CAN 總線的物理層芯片，實現(xiàn) TTL 電平到 CAN 總線電平特性的轉換，例如 TJA1050。

19、xDSL 接口
(1)xDSL(數(shù)字用戶線路)技術是，在現(xiàn)有用戶電話線兩側同時接入專用的 DSL 調制解調設備，在用戶線上利用數(shù)字數(shù)字信號高頻帶寬較寬的特性直接采用數(shù)字信號傳輸，省去中間的 A/D 轉換，突破了模擬信號傳輸極限速率為 56KB/s 的閑置。

(2)DSL 技術主要分為對稱和非對稱兩大類。

(3)對成 xDSL 更適合于企業(yè)點對點連接應用，例如文件傳輸、視頻會議等收發(fā)數(shù)據(jù)量大致相同的工作。

(4)ASDL 是近年發(fā)展的另一種寬帶接入技術，是利用雙絞銅線向用戶提供兩個方向上速率不對稱的寬帶信息業(yè)務。

(5)ADSL 在一對電話線上同時傳送一路高速下行數(shù)據(jù)、一路較低速率上行數(shù)據(jù)、一路模擬電話。各信號之間采用頻分復用方式占用不同頻帶，低頻段傳送話音;中間窄頻帶傳送上行信道數(shù)據(jù)及控制信息;其余高頻段傳送下行信道數(shù)據(jù)、圖像或高速數(shù)據(jù)。

20、WLAN 接口

(1)WLAN(Wireless Local Area Network)是利用無線通信技術在一定的局部范圍內建立的，是計算機網(wǎng)絡與無線通信技術相結合的產(chǎn)物，它以無線多址通道作為傳輸媒介，提供有線局域網(wǎng)的功能。

(2)WLAN 的標準：主要是針對物理層和媒質訪問控制層(MAC 層)，涉及到所有使用的無線頻率范圍、控制接口通信協(xié)議等技術規(guī)范與技術標準。

A、IEEE 802.11：定義了物理層和 MAC 層規(guī)范，工作在 2.4～2.4835GHz 頻段，最高速率為 2Mb/s，是 IEEE 最初制定的一個無線局域網(wǎng)標準。

B、IEEE 802.11b：工作在 2.4～2.4835GHz 頻段，最高速率為 11Mb/s，傳輸距離 50～150inch。采用點對點模式和基本模式兩種運行模式。在數(shù)據(jù)傳輸速率方面可以根據(jù)實際情況在 11Mb/s、5.5Mb/s、2 Mb/s、1 Mb/s 的不同速率間自動切換。

C、IEEE 802.11a：工作在 5.15～8.825GHz 頻段，最高速率為 54Mb/s/72Mb/s，傳輸距離 10～100m。

D、IEEE 802.11g：混合標準，擁有 EEE 802.11a 的傳輸速率，安全性較 EEE 802.11b 好，采用兩種調制方式，做到與 EEE 802.11a 和 EEE 802.11b 兼容。

(3)WLAN 有兩種網(wǎng)絡類型：對等網(wǎng)絡和基礎機構網(wǎng)絡。

21、藍牙接口

(1)藍牙技術的目的：使特定的移動電話、便鞋式電腦以及各種便攜通信設備的主機之間近距離內實現(xiàn)無縫的資源共享。

(2)藍牙技術的實質內容是要建立通用的無線空中接口及其控制軟件的公開標準。其工作頻段為全球通用的 2.4GHz ISM(即工業(yè)、科學、醫(yī)學)頻段，其數(shù)據(jù)傳輸速率為 1Mb/s，采用時分雙工方案來實現(xiàn)全雙工傳輸，其理想的連接范圍為 10cm～10m。

(3)藍牙基帶協(xié)議是電路交換和分組交換的結合。

(4)藍牙技術特點：

A、傳輸距離短，工作距離在 10m 以內。

B、采用跳頻擴頻技術。

C、采用時分復用多路訪問技術，有效地避免了“碰撞”和“隱藏終端”等問題。

D、網(wǎng)絡技術。

E、語言支持。

F、糾錯技術，其采用的是 FEC(前向糾錯)方案。

(5)藍牙接口由 3 大單元組成：無線單元、基帶單元、鏈路管理與控制單元。

22、1394 接口
(1)1394 作為一種標準總線，可以在不同的工業(yè)設備之間架起一座溝通的橋梁，在一條總線上可以接入 63 個設備。

(2)IEEE 1394 的特點：

A、支持多種總線速度，適應不同應用要求。

B、即插即用，支持熱插拔。

C、支持同步和異步兩種傳輸方式。

D、支持點到點通信模式，IEEE 1394 是多主總線。

E、遵循 ANSI IEEE 1212 控制及狀態(tài)寄存器(CSR)標準，定義了 64 位的地址空間，可尋址 1024 條總線的 63 個節(jié)點，每個節(jié)點可包含 256TB 的內存空間。

F、支持較遠距離的傳輸。

G、支持公平仲裁原則，為每一種傳輸方式保證足夠的傳輸帶寬。

H、六線電纜具有電源線，可傳輸 8～40V 的直流電壓。

(3)IEEE 1394 的協(xié)議棧由 3 層組成：物理層、鏈路層和事務層，例外還有一個管理層。物理層和鏈路層由硬件構成，而事務層主要由軟件實現(xiàn)。

A、物理層提供 IEEE 1394 的電氣和機械接口，功能是重組字節(jié)流并將它們發(fā)送到目的節(jié)點上去。

B、鏈路層提供了給事務層確認的數(shù)據(jù)服務，包括：尋址、數(shù)據(jù)組幀和數(shù)據(jù)校驗。

C、事務層為應用提供服務。

D、管理層定義了一個管理節(jié)點所使用的所有協(xié)議、服務以及進程。

23、電源接口

(1)DC-DC 轉換器有三種類型：

A、線性穩(wěn)壓器：產(chǎn)生較輸入電壓低的電壓。

B、開關穩(wěn)壓器：能升高電壓、降低電壓或翻轉輸入電壓。

C、充電泵：可以升高、降低或翻轉輸入電壓，但電流驅動能力有限。

(2)任何變壓器的轉換過程都不具有 100%的效率，穩(wěn)壓器本省也使用電流(靜態(tài)電流)，這個電流來自輸入電流。靜態(tài)電流越大，穩(wěn)壓器功耗越大。

(3)線性穩(wěn)壓器輸入輸出使用退耦電容來過濾，電容除了有助于平穩(wěn)電壓以外，還有利于去除電源中的瞬間短時脈沖波形干擾。

(4)電壓與功耗之間的平方關系意味著理想高效的方法是在要求較低電壓的較低時鐘速率上執(zhí)行代碼，而不是先以最高的時鐘速率執(zhí)行代碼然后再轉為空閑休眠。

(5)電源通常被認為是整個系統(tǒng)的“心臟”，絕大多數(shù)電子設備 50%～80%的節(jié)能潛力在于電源系統(tǒng)，研制開發(fā)新型開關電源是節(jié)能的主要舉措之一。

(6)降低功耗的設計技術：

A、采用低功耗器件，例如選用 CMOS 電路芯片。

B、采用高集成度專用器件，外部設備的選擇也要盡量支持低功耗設計。

C、動態(tài)調整處理器的時鐘頻率和電壓，在允許的情況下盡量使用低頻率器件。

D、利用“節(jié)電”工作方式。

E、合理處理器件空余引腳：

a、大多數(shù)數(shù)字電路的輸出端在輸出低電平時，其功耗遠遠大于輸出高電平時的功耗，設計時應該注意控制低電平的輸出時間，閑置時使其處于高電平輸出狀態(tài)。

b、多余的非門、與非門的輸入端應接低電平，多余的與門、或門的輸入端應接高電平。

c、ROM 或 RAM 及其他有片選信號的器件，不要將“片選”引腳直接接地，避免器件長期被接通，而應該與“讀 / 寫”信號結合，只對其進行讀寫操作時才選通。

F、實現(xiàn)電源管理，設計外部器件電源控制電路，控制“耗電大戶”的供電情況。

審核編輯 黃昊宇