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  • 外设接口

    2021-06-17 07:49:43
    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...或者两种机器之间通过...

    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

    编辑

    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

    编辑

    语音

    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

    编辑

    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

    编辑

    语音

    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

    展开全文
  • 1.2.6.外设与内部外设

    2020-12-28 23:24:30
    常用开发工具Keil uVision软件的使用、模拟单步调试方法、ISP下载方式与原理讲解,针对51单片机编程的零基础C语言讲解、学习单片机同时入门C语言,单片机和嵌入式系统常用基本外设(如LED、蜂鸣器、数码管、按键、DS...

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  • 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。 ...

    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。

    image.png

    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。

    image.png

    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。

    image.png

    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。

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  • 单片机外设有哪些,外设功能是什么?

    千次阅读 2020-12-19 04:25:18
    单片机外设有哪些?单片机内部的外设一般包括:串口控制模块,SPI模块,I2C模块,A/D模块,PWM模块,CAN模块,EEPROM,比较器...外设通过单片机的I/O,SPI,I2C等总线控制。51单片机的外设实验:实验1:外部中断0...

    单片机外设有哪些?

    单片机内部的外设一般包括:串口控制模块,SPI模块,I2C模块,A/D模块,PWM模块,CAN模块,EEPROM,比较器模块,等等,它们都集成在单片机内部,有相对应的内部控制寄存器,可通过单片机指令直接控制。

    外设指的是单片机外部的外围功能模块,比如键盘控制芯片,液晶,A/D转换芯片,等等。外设可通过单片机的I/O,SPI,I2C等总线控制。

    51单片机的外设实验:

    实验1:外部中断0的实验

    实验步骤:将一根杜邦线的一端接到P3^2口上,另一端接电源或者地

    实验程序:

    #include

    sbit led = P1^0;

    void mian(void)

    { while(1){

    if(IE0){

    led = 0;

    }

    else{

    led = 1;

    }

    }

    }

    实验结果:当杜邦线另一端接电源时,led灭;当接地时,led就亮

    结论:无论配置与否,51单片机的外部中断这个外设都在工作着,不可能禁止

    实验2:定时器0的实验

    实验程序:

    #include

    sbit led = P1^0;

    void main(void)

    {

    TR0 =1;

    while(1){

    if(TF0 == 1){

    led = 0;

    }

    }

    }

    实验结果:观察到led被点亮

    结论:51单片机CPU控制定时/计数器0就靠的是TR0,当TR0为1时,工作;为0时,停止。

    当溢出时,就置TF0为1;反之,就为0。

    外设就是CPU之外的一种设备,它帮助CPU充分实现它的功能。

    单片机的外设功能:

    正如过去连载的“单片机入门”系列中所介绍的那样,对电子产品进行控制的单片机是由CPU、内存及外设功能等部分组成的(图1)。CPU根据指令(程序),执行运算、数据的读写以及进行条件判断等,而内存则用来保存该程序(记忆)。

    外设功能是指为了使单片机便于使用的各种功能。例如,CPU为了与外部的传感器及开关等进行信号交换,就需要“输入/输出端口(I/O端口)”这种外设功能。

    而且,将模拟输入信号转换为数字值的“A/D转换器”以及反过来将数字值转换为模拟输出信号的“D/A转换器”则是单片机对各种信号进行处理时不可或缺的外设功能。

    另外,还有为了正确测量时间所用的“定时器”以及提供日期和时计的“实时时钟(RTC)”,用于进行与时间相关的处理,此外还有将并行信号(parallel signal)和串行信号(serial signal)进行互相交换的“UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter,通用异步收发器)”等,以便进行通信。

    了解数字信号的输入/输出端口---“GPIO”

    在“输入/输出端口(I/O端口)”中,数字信号的输入/输出端口即“GPIO(General Purpose Input/Output)”也被称为“通用I/O端口”,是一种用于数字信号输入/输出的非常方便的端口。用于将数字输出的传感器值和开关的ON/OFF值传送到单片机的输入端及通过LED来显示单片机的运算结果,以及输出用于驱动电机运行的信号等等。

    GPIO被称为通用端口是其引脚既可以用于输入也可以用于输出。在早期的单片机中,引脚都被固定用于输入或输出,但是现在很多单片机中都可以自由地将其设定为输入或输出端口。假设GPIO端子有8个引脚,则可以将4个引脚用于输入,另4个引脚用于输出,也可以将1个引脚用于输入,剩下的7个引脚用于输出。

    在GPIO中,为了使CPU和外部设备之间进行数据交换,要相互执行通过程序处理的数字值(0或1)与信号(电压的LOW电平或HIGH电平)的转换。下面是作为RX63N单片机的GPIO端口基础的寄存器(※1)的作用(图2)。

    (※1)寄存器(Register):存在于单片机的CPU和外设功能内部中的记忆回路。用于运算和保持CPU的执行状态。由于是作为CPU及外设功能的内部回路,所以在对内存进行写入和读取时速度很快,但容量却非常小,既有可以用于各种用途的寄存器(通用寄存器),又有用于某些限定的功能和用途的特殊寄存器。

    端口方向寄存器(PDR)

    决定引脚方向的寄存器,也称为“方向寄存器”。

    端口输入数据寄存器(PIDR)

    输入时反映所使用的引脚状态的寄存器。从引脚输入LOW电平或者HIGH电平时会将之转换为0或1的值并读取该转换结果。随着引脚的变化数值也将发生变化。所以不会保持读取时的值。

    端口输出数据寄存器(PODR)

    此寄存器保存用作输出引脚的输出数据。将0或1的值转换为LOW电平或HIGH电平信号并从引脚输出。由于可以与内存一样保持改写前的值,所以在改写前来自引脚的输出电压也将保持不变。

    展开全文
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