外设指除了主机箱、显示屏、键盘以外的设备。接口是指MD产品输入输出的地方。那么外设接口就是连接外围设备的接口。
 
中文名
 
外设接口
 
外文名
 
Peripheral Interface
 
英文简写
 
PI定    义
 
计算机连接外设的接口
 
用    途
 
计算机与外围设备交换信息
 
领    域
 
计算机学科
 
外设接口概念
 
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语音
 
外设接口(Interface)是计算机的CPU、存储器与外围设备，或者两种外围设备之间，或者两种机器之间通过系统总线进行连接的逻辑电路(逻辑部件)，它是CPU与外界进行信息交换的中转站。
 
外设接口的基本功能：
 
一是为信息传输操作选择外围设备；
 
二是在选定的外围设备和主机之间交换信息，保证外围设备用计算机系统特性所要求的形式发送或接收信息。
 
接口由接口电路、连接电缆和接口软件组成。[1]
 
外设接口功能
 
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外设接口在微型计算机和外围设备之间起着桥梁的作用，主要有以下功能：
 
1.寻址功能：选择多个I/O接口中的其中一个端口 ；
 
2.数据的寄存和缓冲功能；
 
3.数据转换功能；
 
4.联络功能；
 
5.中断管理或DMA管理功能；
 
6.命令控制。[1]
 
外设接口传送信息
 
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语音
 
计算机CPU与外围设备之间传送的信息有三种：
 
1.数据信息：是CPU和外围设备传送的基本信息，它可分为数字量、模拟量和开关量三种。
 
2.状态信息：反映外围设备的工作状态，由外围设备通过接口传送给微型计算机。
 
3.控制信息：由CPU传送给外设，用来设置外围设备的各种方式，产生相应的输入输出控制信号。
 
I/O接口有相应的端口存放数据信息、状态信息和控制信息 。[1]
 
外设接口接口及指令
 
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语音
 
CPU与外设之间的信息传送是通过I/O接口的端口来实现的，对I/O接口的访问方式取决于这些端口的编址方式，通常端口有两种编址方式：存储器影像的I/O编址方式和独立的I/O编址方式。
 
1.存储器影像的I/O编址方式：用这种编址方式访问端口和访问存储器单元相同，它用访问存储器的指令访问I/O端口，用访问存储器的控制信号存储器读和存储器写作为I/O端口的读写控制信号。
 
2.独立的I/O编址方式：CPU有专门的指令访问I/O端口，与之对应，有专门的I/O读和I/O写作为I/O读写控制信号，I/O的地址空间和存储器的地址空间可以重叠。[1]
 
外设接口外设接口类型
 
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外设接口的类型如下：
 
分类标准接口名称
 
传送方式并口串口
 
功能选择可编程接口不可编程接口
 
通用性通用接口专用接口
 
操作同步性同步接口异步接口
 
控制方式程序式接口DMA式接口
 
下面会介绍几种接口。
 
外设接口串行接口
 
数据以串行(逐位进行传送)的方式传送的接口叫串行接口。串行接口是广泛应用于微型计算机系统的一种通用接口。串行接口用于连接慢速的外围设备(CRT显示器、调制解调器、打印机、扫描仪、键盘、鼠标等)到计算机的总线上，其设备的一端按位串行传送，计算机一端并行传送。
 
串行接口部件内部有4个主要寄存器：控制寄存器、状态寄存器、数据输入寄存器和数据输出寄存器。
 
控制寄存器：用来容纳CPU送给此接口的各种控制信息，从而决定了接口的工作方式。
 
状态寄存器：用来指示传输过程中当前的传输状态或者某一种错误。
 
数据输入寄存器：总是和串行输入并行输出移位寄存器配对使用的。在输入过程中，数据一位一位的从外围设备进入接口的移位寄存器，当接收完1个字节以后，数据就从移位寄存器送到数据输出寄存器，再等待CPU来取走。
 
数据输出寄存器：总是和并行输入串行输出移位寄存器配对使用的。
 
串行数据的传送方式分成3种基本的传送方式 ：
 
1.单工传送方式：数据在通信链路上只能朝一个固定的方向进行传送操作；
 
2.半双工传送方式：在半双工通信链路中，使用同一根通信线分时地进行数据的发送和接收；
 
3.全双工传送方式：数据可以在两个方向上同时进行传送操作。[2]
 
外设接口并行接口
 
并行接口的引线包括数据信号线，控制信号线以及状态信号线。
 
控制信号线：
 
选通(STB)：低电平有效，用于主机对打印机的数据选通。
 
自动走纸(AUTO LF)：低电平有效，打印完后自动走纸换行。
 
初始化(INIT)：低电平有效，使打印机的控制器初始化信号。
 
选择输入(SLCT IN)：低电平有效，使打印机处于联机状态。
 
状态信号线：
 
应答信号 (ACK)：低电平有效，表示打印机准备好，可以接收数据。
 
忙信号 (BUSY)：高电平有效，表示打印机处于忙状态。
 
无纸 (PE)：高电平有效，表示打印机缺纸。
 
联机 (SLCT)：高电平有效，表示打印机为联机状态。
 
出错 (ERROR)：低电平有效，表示打印机出错，包括无纸、脱机、错误状态。
 
并行接口有如下一些操作：
 
1.经过并行接口把数据送入CPU的操作过程
 
①外围设备将数据发送给接口，且使状态线的“输入数据准备就绪”信号变成高电平。
 
②在并行接口把数据送到数据缓冲寄存器的同时，作为对外围设备的响应信息，将“输入数据回答”信号线变成高电平。
 
③当外围设备接收到这个信号后，便将“输入数据准备就绪”信号和数据撤消掉。
 
④当数据到达并行接口之后，将接口状态寄存器中“输入准备就绪”状态位置位，以供CPU查询，或向CPU发出一个中断请求。
 
⑤当CPU从并行接口读取到数据后，并行接口会自动将状态寄存器中的“输出准备就绪”状态位清零，并使数据总线处于高阻抗状态。[2]
 
外设接口IDE接口
 
IDE(Integrated Device Electronics，电子集成驱动器)是专门为硬盘子系统连接而设计的接口，也适用于软盘驱动器和光驱的连接 。IDE也叫ATA(AT Attachment)接口。
 
IDE接口通过40芯扁平电缆将主机和磁盘子系统或光盘子系统相连，采用16位并行传输，其中，除了数据线外，还有一组DMA请求和应答信号、1个中断请求信号、I/O读信号、I/O写信号，以及复位信号和地信号等。同时，IDE另用1个4芯电缆将主机的电源送往外设子系统。
 
1个IDE接口可以连接2个硬盘 。
 
IDE接口优点：价格低廉、兼容性强、性价比高。
 
IDE接口缺点：数据传输速度慢、线缆长度过短、连接设备少。[1]
 
外设接口SCSI接口
 
SCSI(Small Computer System Interface)意为小型计算机系统接口，原是小型计算机的标准外设接口，用于连接磁盘机、磁带机等高速外围设备。已广泛应用于微型计算机系统以及许多工作站，是外围设备接口中比较成功的一种接口。主要用于高档服务器系统连接硬盘、光盘驱动器、磁带机等。和IDE接口相比，SCSI接口速度快，可连接的设备多，但造价高。
 
在系统中应用SCSI必须要有专门的SCSI控制器，也就是一块SCSI控制卡，才能支持SCSI设备。[1]
 
外设接口USB接口
 
通用串行总线USB(Universal Serial Bus)接口是近几年推出的一种全新的外围设备接口。它是一种高速的通信接口，它的性能比系统所采用的标准串行接口和并行接口都要好。
 
USB支持热插拔，即插即用的优点，所以USB接口已经成为MP3的最主要的接口方式。USB有两个规范，即USB1.1和USB2.0。
 
USB1.1是较为普遍的USB规范，其高速方式的传输速率为12Mb/s 。
 
USB2.0规范是由USB1.1规范演变而来的。它的传输速率达到了480Mb/s，即60MB/s，可以满足大多数外设的速率要求。
 
USB是一种全新的，高速、灵活、通用、方便、可靠的接口。主要特点有:
 
1.物理接口是一个通过4线连接的接口。
 
2.可以连接外设、复合设备和集线器。它采用的是分层的、星形的拓扑结构。最多可以连接5级集线器，可连接的外围设备能多达127台。
 
3.传输速率高。USB1.1的最高位速率为12Mb/s ，USB2.0的最高传输速率为480Mb/s，USB3.0的理论速度甚至高达5Gb/s。
 
4.可靠性高。由于USB采用平衡传输方式，抗干扰性好；同时USB带硬件纠错能力，可完成对软件透明的检错和重发。[1]
 
参考资料
 
1.
 
袁新燕 著．计算机外设与接口技术：高等教育出版社，2009
 
2.
 
李朝青 著．单片机原理及串行外设接口技术： 北京航空航天大学出版社，2008

命名：
 
外设，peripheral。
 
总线，bus。
 
接口，interface。
 
 
 
本文对这几个容易混淆的概念进行辨析，以便于更好地理解嵌入式系统。
 
 
 
外设在个人电脑等领域是指主机以外的一些设备，如显示器、键盘、鼠标、打印机等。
 
 
 
总线的概念一般都使用了其字面意思，比较好理解，先不细说。
 
 
 
一般的软件开发，接口说的是函数、类等与外界对接的门面。像互联网开发、企业应用、PC 软件开发，说到接口时指的是这个含义。而嵌入式系统的开发，常常会伴随着硬件设备的使用。描述硬件时接口（英文表达还是 interface）有着不同的含义。
 
 
 
下面将这三个嵌入式系统中的概念放在一起来讲。
 
 
要想明确地区分与辨别三个概念，可以参照上图。在 SoC 芯片与硬件板卡的抽象模型中，外设 <-> 总线 <-> 接口是线性连接的关系。总线连接了另外的两个东西。
 
 
 
下面举例子来讲。
 
 
上图是 TI（德州仪器）的 OMAP-L138 芯片的功能框图，红色箭头所在的整个黑色加粗方框，左上角就是 Peripherals，这些都是外设，是相对于上方三个黑框核心部件之外的功能模块。外设名称里的“外”可理解为外围，是芯片上相对于核心部件的外围。
 
 
上图是广州创龙开发设计的基于 OMAP-L138 芯片的硬件板卡，红框中三个“接口”分别为 RS232、RS232、RS485。板卡上走线都为 UART，连接到芯片上的 UART 外设。当板卡这个接口连接了上位机等其他设备时，我们说 OMAP-L138 通过 UART “总线”进行相连，使用 UART “总线”进行通信。

 
串行外设接口SPI学习笔记
 
SPI简介
SPI 特征
SPI接口
  
SPI功能描述
SPI概述
举例说明
  
  
SPI内部结构简明图
SPI工作原理

 
SPI简介
 
SPI 是英语 Serial Peripheral interface 的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。是 Motorola首先在其 MC68HCXX 系列处理器上定义的。 SPI 接口主要应用在 EEPROM， FLASH，实时时钟， AD 转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。 SPI 是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为 PCB 的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议。
 串行外设接口(SPI)允许芯片与外部设备以半/全双工、同步、串行方式通信。此接口可以被配置成主模式，并为外部从设备提供通信时钟(SCK)。接口还能以多主配置方式工作。它可用于多种用途，包括使用一条双向数据线的双线单工同步传输，还可使用CRC校验的可靠通信。
 
SPI 特征
 
● 3线全双工同步传输
 ● 带或不带第三根双向数据线的双线单工同步传输
 ● 8或16位传输帧格式选择
 ● 主或从操作
 ● 支持多主模式
 ● 8个主模式波特率预分频系数(最大为fPCLK/2)
 ● 从模式频率 (最大为fPCLK/2)
 ● 主模式和从模式的快速通信
 ● 主模式和从模式下均可以由软件或硬件进行NSS管理：主/从操作模式的动态改变
 ● 可编程的时钟极性和相位
 ● 可编程的数据顺序， MSB在前或LSB在前
 ● 可触发中断的专用发送和接收标志
 ● SPI总线忙状态标志
 ● 支持可靠通信的硬件CRC
 ─ 在发送模式下， CRC值可以被作为最后一个字节发送
 
SPI接口
 
─ 在全双工模式中对接收到的最后一个字节自动进行CRC校验
 ● 可触发中断的主模式故障、过载以及CRC错误标志
 ● 支持DMA功能的1字节发送和接收缓冲器：产生发送和接受请求
 
SPI功能描述
 
SPI概述
 
SPI框图见下图：
 
 通常SPI通过4个引脚与外部器件相连：
 ● MISO：主设备输入/从设备输出引脚。该引脚在从模式下发送数据，在主模式下接收数据。
 ● MOSI：主设备输出/从设备输入引脚。该引脚在主模式下发送数据，在从模式下接收数据。
 ● SCK：串口时钟，作为主设备的输出，从设备的输入
 ● NSS：从设备选择。这是一个可选的引脚，用来选择主/从备。它的功能是用来作为“片选引脚”，让主设备可以单独地与特定从设备通讯，避免数据线上的冲突。从设备的NSS引脚可以由主设备的一个标准I/O引脚来驱动。一旦被使能(SSOE位)， NSS引脚也可以作为输出引脚，并在SPI处于主模式时拉低；此时，所有的SPI设备，如果它们的NSS引脚连接到主设备的NSS引脚，则会检测到低电平，如果它们被设置为NSS硬件模式，就会自动进入从设备状态。当配置为主设备、 NSS配置为输入引脚(MSTR=1， SSOE=0)时，如果NSS被拉低，则这个SPI设备进入主模式失败状态：即MSTR位被自动清除，此设备进入从模式 。
 
举例说明
 
下图是一个单主和单从设备互连原理 ：
 
 1. 这里NSS引脚设置为输入
 MOSI脚相互连接， MISO脚相互连接。这样，数据在主和从之间串行地传输(MSB位在前)。通信总是由主设备发起。主设备通过MOSI脚把数据发送给从设备，从设备通过MISO引脚回传数据。这意味全双工通信的数据输出和数据输入是用同一个时钟信号同的；时钟信号由主设备通过SCK脚提供。
 2.从选择(NSS)脚管理
 有2种NSS模式：
 ● 软件NSS模式：可以通过设置SPI_CR1寄存器的SSM位来使能这种模式(见图211)。在这种模式下NSS引脚可以用作它用，而内部NSS信号电平可以通过写SPI_CR1的SSI位来驱动
 ● 硬件NSS模式，分两种情况：
 ─ NSS输出被使能：当STM32F10xxx工作为主SPI，并且NSS输出已经通过SPI_CR2寄存器的SSOE位使能，这时NSS引脚被拉低，所有NSS引脚与这个主SPI的NSS引脚相连并配置为硬件NSS的SPI设备，将自动变成从SPI设备。当一个SPI设备需要发送广播数据，它必须拉低NSS信号，以通知所有其它的设备它是主
 设备；如果它不能拉低NSS，这意味着总线上有另外一个主设备在通信，这时将产生一个硬件失败错误(Hard Fault)。
 ─ NSS输出被关闭：允许操作于多主环境。
 注意事项：
 
在改变CPOL/CPHA位之前，必须清除SPE位将SPI禁止。
主和从必须配置成相同的时序模式。
SCK的空闲状态必须和SPI_CR1寄存器指定的极性一致(CPOL为’1’时，空闲时应上拉SCK为
 高电平； CPOL为’0’时，空闲时应下拉SCK为低电平)。
数据帧格式(8位或16位)由SPI_CR1寄存器的DFF位选择，并且决定发送/接收的数据长度
 数据时序图：
 
SPI内部结构简明图
 

 SPI接口一般使用4条线通信：
 1、MISO 主设备数据输入，从设备数据输出。
 2、MOSI 主设备数据输出，从设备数据输入。
 3、SCLK时钟信号，由主设备产生。
 4、CS从设备片选信号，由主设备控制。
 
SPI工作原理
 
① 硬件上为4根线。
 ② 主机和从机都有一个串行移位寄存器，主机通过向它的SPI串行寄存器写入一个字节来发起一次传输。
 ③ 串行移位寄存器通过MOSI信号线将字节传送给从机，从机也将自己的串行移位寄存器中的内容通过MISO信号线返回给主机。这样，两个移位寄存器中的内容就被交换。
 ④ 外设的写操作和读操作是同步完成的。如果只进行写操作，主机只需忽略接收到的字节；反之，若主机要读取从机的一个字节，就必须发送一个空字节来引发从机的传输。
 
 
 
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树莓派的接口
 
IO口：Input Ouput 对于主控芯片来说
Input:人体红外传感器，烟雾传感器，火焰传感器，震动传感器
Output： 继电器，蜂鸣器
PWM：电机调速，调整灯光明亮度
串口uart
SPI
IIS
其他特定硬件接口：flash
其他芯片：
Nanopi:Linux
S3c2410,2440,6410
Tiny210 tiny4412
海思方案，瑞芯微方案，移远方案
C51，STM32,Arduino,WemosD1:没有OS（Linux） 纯裸机开发