1、1,嵌入式系统原理、设计与应用,5 嵌入式系统的I/O子系统,2,I/O子系统的功能,通过I/O子系统，嵌入式系统装置与外部世界交互 外部世界的信号形式无限多种，基本信号形式两种 模拟信号 数字信号 信号的维数 一维：语音信号 多维：图像-二维 嵌入式系统与（人、物）进行交互,3,内容,复位电路 系统时钟 输入输出模块 译码器系统 定时器/计数器 SPI UART 通用并行口 其它 新型I/O设备简介,4,1复位电路,复位电路的形式 阻容复位电路 手动复位 watchdog复位 专用复位电路 内部复位 软件复位,5,1.1阻容复位电路,6,1.2手动复位,7,1.3 watchdog的使用,m
2、ain() while(1) /* to do: 软件代码 */ reset_watchdog(); /* to do: 其它代码 */ ,while (1) 周期不大于watch dog 计数周期。,8,1.4专用复位电路,电压异常（过低）时，强制复位,9,1.5内部复位,工作原理 利用watchdog复位方式 上电时，程序没有复位watchdog，watchdog timer溢出，完成复位 微控制器不需要reset引脚 例子：philips 的P87LPC76x系列 配置成内部复位的时候，reset引脚可以作为普通的IO使用，节省了引脚,10,1.6软件复位,方法 软件复位的方法是通过软件
3、设置一个特殊功能寄存器的位完成控制器的复位，它的复位结果如同硬件复位一样。 注意：软件复位与程序从复位向量处开始运行不同 从复位向量处开始运行程序，处理器/控制器的状态不会回到复位状态，只是从start处开始运行程序。,11,软件复位vs程序重新运行,软件复位 处理器回到初始状态 程序从复位向量处开始运行,程序重新运行 处理器不回到初始状态 程序从复位向量处开始运行 MCS51: 0000H LJMP 0000H X86: FFFF0H JMP FFFFH:0H,12,2 时钟系统,时钟的种类 RC时钟 石英晶体 石英振荡器 锁相环路倍频时钟 多时钟,13,2.1RC时钟,特点 低成本 时钟频
4、率可控 时钟精度不高,14,2.2石英晶体,15,2.3石英振荡器,可为多个部件提供时钟,差分输出,16,2.4锁相环倍频时钟,电磁兼容性好 为处理器内部提供多路时钟 提供灵活的系统功率控制,17,2.5多路时钟,多路时钟的特点 用于高性能的嵌入式处理器，通常32位及以上 处理器上不同的电路使用不同频率的时钟 时钟具有相关性，主时钟分频/倍频 日历时钟系统与处理器集成 日历时钟32768Hz，倍频得到系统的主时钟。 处理器的日历时钟一直工作，即使系统进入省电状态的时候。 系统不需要外接日历时钟芯片和相关的电路,18,S3C44B0 x (datasheet P.175),19,3输入输出模块,
5、内容 基本结构 信号及作用 寄存器的映射方式 例子：80186的I/O系统,20,3.1输入输出模块的基本结构,21,3.2输入输出模块的信号及作用,数据信息 双向 控制信息/模式设定信息 通常写 状态信息 通常读,22,3.3 I/O寄存器的映射方式,与存储器统一编址 例如： 存储器空间；0xxxxxH; IO空间：xxxxxH+1FFFFFH。 单独编址 例如80X86系列 存储器空间：0FFFFFH IO空间：0FFFFH mov 操作存储器 IN, OUT操作IO,23,3.4 例：80186的I/O空间映射-PCB,24,例：80186的PCB重新定位寄存器,存储器空间 1M byt
6、es IO空间 64k bytes,25,4嵌入式系统的集成译码器,内容 译码器的作用 普通译码器 可编程器件译码器 嵌入式处理器上的集成译码器 例子：80186,26,4.1译码器的功能,对存储器和I/O接口电路分配地址空间 实现方案 普通译码器74xx138 etc. 可编程器件译码器 GAL, PAL, CPLD etc. 嵌入式处理器上的集成译码器,27,4.2普通译码器,28,4.3可编程器件译码器,普通译码器的局限性 不够灵活 无法灵活修改电路 改进：使用可编程器件 PAL, GAL, CPLD, FPGA等,29,4.4嵌入式处理器上的集成译码器,译码器的基本功能？ 高集成度的嵌
7、入式处理器通常把译码器集成在处理器上，为了设计地址空间的灵活性，这些译码器通常是可编程的。 编程方式 起始地址-终止地址方式 起始地址-长度方式,30,4.5例：80186的片上译码系统,特点 10个片选输出； 可编程起始和终止地址 可用于存储器和I/O周期的译码 可编程的等待状态发生器 可编程的等待周期 可禁止译码,31,80186的译码输出,32,例：80186的译码寄存器和译码输出,33,44B0 x的存储空间,34,5定时器/计数器,内容 定时器/计数器的功能 基本结构 工作模式 例：80186的定时器/计数器,35,5.1定时器/计数器的功能,1. 嵌入式操作系统的任务调度；特别是具
8、有时间片轮转调度功能的嵌入式操作系统，必须使用定时器产生时间片； 2. 嵌入式操作系统的软件时钟需要基于硬件定时器产生定时信号； 3. 通信电路的波特率发生器； 4. 实时时钟电路； 5. 一些智能芯片如DMA控制器等； 6. 具有液晶控制器的嵌入式处理器用于液晶的刷新； 7. 处理器监控电路如看门狗等； 8. 集成的片上A/D转换和D/A转换电路等； 9. 集成的动态存储器控制器用于动态存储器的刷新；,36,5.2定时器/计数器的基本结构,37,5.3定时器/计数器的工作模式,1. 门脉冲控制时钟输入。当门脉冲到来时，时钟有效，开始计数；门脉冲结束时，停止计数。 2. 利用门脉冲重新启动计数
9、。 3. 利用门脉冲停止计数。即原来在不停地计数，当门脉冲到来时，停止计数，并使输出端out进入高电平。 4. 单一计数。只要门脉冲有效，计数器就进行计数，计数器计数过程中输出计数信号，计数到“0”时，输出停止。 5. 循环计数。每当计数到0时，给出输出信号，然后从初始值寄存器得到计数的初值，继续开始计数。,38,5.4例：80186的定时器/计数器,39,6 SPI,特点： 三条线完成两个部件之间的高速通信 数据线收、数据线发、时钟 主从方式,40,7 UART,工业标准 SCI,41,UART的工作模式,8bit方式,9bit方式：用于多处理器通信，其它MCS51,7bit方式,其它方式,
10、42,UART的编程和使用,UART的初始化 设置工作方式 设置波特率 启动发送和接收 寄存器 发送寄存器-发送缓冲区 接收寄存器-接收缓冲区 模式寄存器 控制寄存器 状态寄存器,43,8 通用并行I/O,并行端口的种类 双向端口 输入端口 输出端口 开漏输出端口 工作原理-next,44,80186的IO端口结构,45,8.1端口的寄存器及功能,寄存器 端口控制寄存器：设置引脚的功能 控制通用I/O操作还是其它专用操作（A/D, D/A、中断等） 方向寄存器 设定数据输入/输出（方向）-引脚工作于I/O方式时 数据寄存器 输出端口，存放输出的数据；读操作，读端口的数据寄存器而不是引脚 端口状
11、态寄存器 I/O端口的状态,46,8.2 I/O端口的编程-80186,设定工作方式：输入/输出 输出数据时 先把数据写到数据寄存器，然后设置端口的方向-输出方式 如果先设置端口的方向，后写数据会出现问题？ 数据不定 输出方式，读端口读的是数据寄存器，不是引脚 输入时 端口配置成输入方式的时候，读操作-读引脚,47,9 其它IO,以太网 CAN总线 LCD控制器接口 I2C总线接口 中断控制器 DMA控制器 A/D和D/A PWM 语音输入和输出,视频输入和输出 USB PCMCIA DRAM控制器 红外线串行通信接口 其它,48,新型I/O技术与装置,手写输入装置 掌上电脑 PDA等 嵌入式操作系统的支持 Motorola 的PPSM支持,49,新型I/O技术与装置,图像输入技术 CCD器件与CMOS器件 应用：数码相机、数码摄像机 语音信号输入技术 传感器-麦克风 信号处理电路与装置,50,小结,嵌入式处理器的功能取决于集成的I/O的种类和数量 通常嵌入式处理器定位于某一个行业的应用，集成了相应种类的I/O端口 嵌入式处理器的I/O端口通常编程结构 控制、模式寄存器 数据寄存器 状态寄存器,
