1、0中南大学电子信息技术进展课程报告指导老师： 丁家峰课题名称： 通信接口电信 1005 班 艾 娟 1404100718电信 1005 班 郭 阳 1404100721电信 1005 班 张景迪 1404100513电信 1004 班 崔 彬 1404100507电信 1005 班 杨素利 1404100709电信 1005 班 何艳红 14041007281序言通信接口（communication interface ）是指中央处理器和标准通信子系统之间的接口。 如：RS232 接口。RS232 接口就是串口，电脑机箱后方的 9 芯插座，旁边一般有 “|O|O|“ 样标识。一般机箱有两个，新
2、机箱有可能只有一个。笔记本电脑有可能没有。 有很多工业仪器将它作为标准通信端口。通信的内容与格式一般附在仪器的用户说明书中。 计算机与计算机或计算机与终端之间的数据传送可以采用串行通讯和并行通讯二种方式。由于串行通讯方式具有使用线路少、成本低，特别是在远程传输时，避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用。 在串行通讯时，要求通讯双方都采用一个标准接口，使不同 的设备可以方便地连接起来进行通讯。 RS-232-C 接口（又称 EIA RS-232-C）是目前最常用的一种串行通讯接口。它是在1970 年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统、 调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通
3、讯的标 准。它的全名是“数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间 串行二进制数据交换接口技术标准”该标准规定采用一个 25 个脚的 DB25 连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信 号的电平加以规定。以往，PC 与智能设备通讯多借助 RS232、RS485、以太网等方式，主要取决于设备的接口规范。但 RS232、RS485 只能代表通讯的物理介质层和链路层，如果要实现数据的双向访问，就必须自己编写通讯应用程序，但这种程序多数都不能符合 ISO/OSI 的规范，只能实现较单一的功能，适用于单一设备类型，程序不具备通用性。在 RS232 或 RS485 设备联成的设备网
4、中，如果设备数量超过2 台，就必须使用 RS485 做通讯介质，RS485 网的设备间要想互通信息只有通过“主（Master） ”设备中转才能实现，这个主设备通常是 PC，而这种设备网中只允许存在一个主设备，其余全部是从（Slave）设备。而现场总线技术是以ISO/OSI 模型为基础的，具有完整的软件支持系统，能够解决总线控制、冲突检测、链路维护等问题.。本文主要介绍了通信接口的设备有 RS-232 接口（串口 UART） 、USB 接口（通用串行总线接口） 、IrDA（Infra Red Data Association红外线接口） 、2SPI（串行外围设备接口） 、I2C、CAN 总线接口
5、、蓝牙接口（Bluetooth） 、WiFi、Ethernet（以太网接口） 、IEEE1394 接口和通用可编程接口 GPIO。通过简要介绍这些接口设备的基本概念、特点和应用，体现各接口在计算机领域的应用和发展。3目录序言 .1目录 .2第一章 RS-232 接口（串口 UART） .101.1 RS232 接口定义及引脚介绍 .101.2 RS232 工作原理 .121.3 RS232 接口设置 .131.4 RS232 的缺点 .15第二章 USB 接口（通用串行总线接口） 152.1 USB 接口定义 .152.2 发展历程 162.3 接口引脚介绍 172.4 USB 种类 .182
6、.5 USB 优点 .20第三章 IrDA(红外线接口） .203.1 IrDA 接口定义 203.2 IrDA 协议分析 213.3 IrDA 建立连接的过程 223.4 IrLAP 协议分析 .243.5 红外通讯电路标准方案 24第四章 SPI（串行外围设备接口） .254.1 SPI 接口的定义 254.2 SPI 简介 264.3 SPI 的特点 264.4 SPI 的通信原理 274.5 原理图 294.6 工作模式 294.7 例子 30第五章 I2C、 CAN 总线接口 315.1 I2C 的作用 315.2 I2C 总线特点 3145.3 I2C 总线工作原理总线的构成及信号
7、类型 325.4 I2C 总线操作 335.5 USB2 I2C 功能特点 .345.6 CAN 简介 355.7 CAN 的基本概念 355.8 CAN 的优势 355.9 特点 365.10 数据错误检测 385.11 CAN 错误处理 39第六章 蓝牙接口（Bluetooth）、WiFi 426.1 蓝牙的诞生 426.2 蓝牙通信技术特点 436.3 蓝牙技术协议 446.4 Wi-Fi 简介 .466.5 Wi-Fi 定义 .466.6 Wi-Fi 模块 .476.7 Wi-Fi 特性 .48第七章 Ethernet（以太网接口） .537.1 MII 接口分析 537.2 RMII
8、 接口分析 637.3 SMII 接口分析 667.4 GMII 接口分析 687.5 RGMII 接口分析 .747.6 TBI 接口分析 75第八章 IEEE1394 接口和通用可编程接口 GPIOGPIO 808.1 IEEE1394 概述 808.2 IEEE 1394 总线的主要技术特征 808.3 IEEE1394 总线技术应用特点 838.4 IEEE1394 接口的物理特质 848.5 IEEE1394 的版本 .858.6 IEEE 1394 总线的应用 .868.7 IEEE1394 总线技术应用的缺点 .8758.8 USB 与 IEEE1394 接口的比较 878.9
9、GPIO 接口简介 .888.10 GPIO 接口的定义 .888.11 GPIO 应用开发方法 .908.12 GPIO 接口开发实例 .92结束语 .956第一章 RS-232 接口（串口 UART）RS232 接口是 1970 年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。它的全名是“数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标准” 。 该标准规定采用一个 25 个脚的 DB25 连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。随着设备的不断改进，出现了代替 DB25
10、 的 DB9 接口，现在都把 RS232 接口叫做 DB9。1.1RS232 接口定义及引脚介绍DB25 引脚说明（左上角为 1，右下角为 25）：引脚号 引脚说明 引脚号 引脚说明1 屏蔽地线 11 数据发送(-)2 TXD 发送数据 12-17 未定义3 RXD 接收数据 18 数据接收(+)4 RTS 请求发送 19 未定义5 CTS 允许发送 20 数据终端准备好 DTR6 DSR 数据准备好 21 未定义7 SG 信号地 22 振铃 RI8 DCD 载波检测 23-24 未定义9 发送返回(+) 25 接收返回(-)标准的细节10 未定义DB9 引脚说明（左上角为 1，右下角为 9）
11、：7引脚号 引脚号1 DCD 载波检测 6 DSR 数据准备好2 RXD 接收数据 7 RTS 请求发送3 TXD 发送数据 8 CTS 允许发送4 DTR 数据终端准备好 9 RI 振铃提示5 SG 信号地DB25 转 DB9 接口方式25 芯接口 2 3 4 5 6 7 8 20 229 芯接口 3 2 7 8 6 5 1 4 91.2 RS232 工作原理在 RS-232 标准中，字符是以一串行的比特串来一个接一个的串行（serial）方式传输，优点是传输线少，配线简单，传送距离可以较远。最常用的编码格式是异步起停（asynchronous start-stop）格式，它使用一个起始比特
12、后面紧跟 7 或 8 个数据比特（bit） ，然后是可选的奇偶校验比特，最后是一或两个停止比特。所以发送一个字符至少需要 10 比特，带来的一个好的效果是使全部的传输速率，发送信号的速率以 10 划分。一个最平常的代替异步起停方式的是使用高级数据链路控制协议（HDLC） 。在 RS-232 标准中定义了逻辑 1 和逻辑 0 电压级数，以及标准的传输速率和连接器类型。信号大小在正的和负的 315v 之间。RS-232 规定接近 0 的电平是无效的，逻辑 1 规定为负电平，有效负电平的信号状态称为传号 marking，8它的功能意义为 OFF，逻辑 0 规定为正电平，有效正电平的信号状态称为空号s
13、pacing，它的功能意义为 ON。根据设备供电电源的不同，5、10、12 和15 这样的电平都是可能的。mark 和 space 是从电传打字机中来的术语。电传打字机原始的通信是一个简单的中断直流电路模式，类似与圆转盘电话拨号的中的信号。Marking 状态是指电路是断开的，spacing 状态就是指电路是接通的。一个 space 就表明有一个字符要开始发送了，相应的停止的时候，停止位就是 marking。当线路中断的时候，电传打字机不打印任何有效字符，周期性的连续收到全 0 信号RS-232 设计之初是用来连接调制解调器做传输之用，也因此它的脚位意义通常也和调制解调器传输有关。RS-232
14、 的设备可以分为数据终端设备（DTE，Data Terminal Equipment, For example, PC）和数据通信设备（DCE，Data Communication Equipment）两类，这种分类定义了不同的线路用来发送和接受信号。一般来说，计算机和终端设备有 DTE 连接器，调制解调器和打印机有 DCE 连接器。但是这么说并不是总是严格正确的，用配线分接器测试连接，或者用试误法来判断电缆是否工作，常常需要参考相关的文件说明。RS-232 指定了 20 个不同的信号连接，由 25 个 D-sub（微型 D 类）管脚构成的 DB-25 连接器。很多设备只是用了其中的一小部分管
15、脚，出于节省资金和空间的考虑不少机器采用较小的连接器，特别是 9 管脚的 D-sub 或者是 DB-9 型连接器被广泛使用绝大多数自 IBM 的 AT 机之后的 PC 机和其他许多设备上。DB-25 和 DB-9 型的连接器在大部分设备上是雌型，但不是所有的都是这样。最近，8 管脚的 RJ-45 型连接器变得越来越普遍，尽管它的管脚分配相差很大。EIA/TIA 561 标准规定了一种管脚分配的方法，但是由 Dave Yost 发明的被广泛使用在 Unix 计算机上的 Yost 串连设备配线标准（“Yost Serial Device Wiring Standard“）以及其他很多设备都没有采用
16、上述任一种连线标准。1.3 RS232 接口设置串行通信在软件设置里需要做多项设置，最常见的设置包括波特率（Baud Rate） 、奇偶校验（Parity Check）和停止位（Stop Bit） 。1、波特率（又称鲍率）：是指从一设备发到另一设备的波特率，即每秒钟多少比特 bits per second (bit/s)。典型的波特率是 300, 1200, 2400, 9600, 915200, 19200 等 bit/s。一般通信两端设备都要设为相同的波特率，但有些设备也可以设置为自动检测波特率。2、奇偶校验（Parity）：是用来验证数据的正确性。奇偶校验一般不使用，如果使用，那么既可以
17、做奇校验（Odd Parity）也可以做偶校验（Even Parity） 。奇偶校验是通过修改每一发送字节（也可以限制发送的字节）来工作的。如果不作奇偶校验，那么数据是不会被改变的。在偶校验中，因为奇偶校验位会被相应的置 1 或 0（一般是最高位或最低位） ，所以数据会被改变以使得所有传送的数位（含字符的各数位和校验位）中“1”的个数为偶数；在奇校验中，所有传送的数位（含字符的各数位和校验位）中“1”的个数为奇数。奇偶校验可以用于接受方检查传输是否发送生错误如果某一字节中“1”的个数发生了错误，那么这个字节在传输中一定有错误发生。如果奇偶校验是正确的，那么要么没有发生错误要么发生了偶数个的错误
18、。如果用户选择数据长度为 8位，则因为没有多余的比特可被用来作为同比特，因此就叫做“无位元（Non Parity） ”。3、停止位：是在每个字节传输之后发送的，它用来帮助接受信号方硬件重同步。RS-232 在传送数据时，并不需要另外使用一条传输线来传送同步信号，就能正确的将数据顺利传送到对方，因此叫做“异步传输” ，简称UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter)，不过必须在每一笔数据的前后都加上同步信号，把同步信号与数据混和之后，使用同一条传输线来传输。比如数据 11001010 被传输时，数据的前后就需加入 Start(Low)以及St
19、op(High)等两个比特，值得注意的是，Start 信号固定为一个比特，但 Stop停止比特则可以是 1、1.5 或者是 2 比特，由使用 RS-232 的传送与接收两方面自行选择，但需注意传送与接受两者的选择必须一致。在串行通信软件设置中D/P/S 是常规的符号表示。8/N/1（非常普遍）表明 8bit 数据，没有奇偶校验，1bit 停止位。数据位可以设置为 7、8 或者 9，奇偶校验位可以设置为无（N） 、奇（O）或者偶（E） ，奇偶校验可以使用数据中的比特（bit） ，所以 8/E/1 就表示一共 8 位数据位，其中一位用来做奇偶校验位。停止位可以是 1、1.5 或者 2位的（1.5
20、是用在波特率为 60wpm 的电传打字机上的） 。104、流量控制：当需要发送握手信号或数据完整性检测时需要制定其他设置。公用的组合有 RTS/CTS, DTR/DSR 或者 XON/XOFF（实际中不使用连接器管脚而在数据流内插入特殊字符） 。接受方把 XON/XOFF 信号发给发送方来控制发送方何时发送数据，这些信号是与发送数据的传输方向相反的。XON 信号告诉发送方接受方准备好接受更多的数据，XOFF 信号告诉发送方停止发送数据直到知道接受方再次准备好。XON/XOFF 一般不赞成使用，推荐用 RTS/CTS 控制流来代替它们。 XON/XOFF 是一种工作在终端间的带内方法，但是必须两
21、端都支持这个协议，而且在突然启动的时候会有混淆的可能。 XON/XOFF 可以工作于 3 线的接口。RTS/CTS 最初是设计为电传打字机和调制解调器半双工协作通信的，每次它只能一方调制解调器发送数据。终端必须发送请求发送信号然后等到调制解调器回应清除发送信号。尽管 RTS/CTS 是通过硬件达到握手，但它有自己的优势。ASR（Automatic Send Receive）电传打字机有一个纸带读卡机。当读卡机读数据的时候字符被发提交去。ASR 电传打字机里收到一个 XOFF 字符就关掉纸带读卡机收到一个 XON 字符就启动纸带读卡机。当远端系统有必要降低发送放的速率时就发出 XOFF。在原始的
22、系统中，消息要用纸带事先准备好，传送的时间才能被缩短。那时的带宽非常有限并且昂贵，有时候传输不得不推迟到晚上进行，这也正推动了简明电报表达的发展。在有些早期的小型机中，ASR 纸带读卡机和纸带穿孔器也是唯一的恢复程序的方法。1.4 RS232 的缺点（1）接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片。RS232 接口任何一条信号线的电压均为负逻辑关系。即：逻辑“1”为-3 -15V；逻辑“0”：+3 +15V ，噪声容限为 2V。即要求接收器能识别高于+3V 的信号作为逻辑“0” ，低于-3V 的信号作为逻辑“1” ，TTL 电平为 5V 为逻辑正，0 为逻辑负 。与 TTL 电平不兼容故需使用
23、电平转换电路方能与 TTL 电路连接。（2）传输速率较低，在异步传输时，波特率为 20Kbps；（3）接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。（4）传输距离有限，最大传输距离标准值为 50 英尺，实际上也只能用在 15 米11左右。第二章 USB 接口（通用串行总线接口）2.1 USB 接口定义通用串行总线（英文：Universal Serial Bus，简称 USB）是连接外部装置的一个串口汇流排标准，在计算机上使用广泛，但也可以用在机顶盒和游戏机上，补充标准 On-The-Go（OTG）使其能够用于在便携装置之间直接交换资料
24、。USB 是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。USB 接口即插即用和热插拔功能。USB 接口可连接 127 种外设，如鼠标和键盘等。USB是在 1994 年底由英特尔等多家公司联合在 1996 年推出后，已成功替代串口和并口，已成为当今电脑与大量智能设备的必配接口。USB 版本经历了多年的发展，到如今已经发展为 3.0 版本。2.2 发展历程2.2.1 USB 1.0USB 1.0 是在 1996 年出现的，速度只有 1.5Mb/s(位每秒)； 1998 年升级为USB 1.1，速度也大大提升到 12Mb/s，在部分旧设备上还能看 到这种标准的接口。USB1.1 是较为普遍
25、的 USB 规范，其高速方式的传输速率为 12Mbps，低速方式的传输速率为 1.5Mbps（b 是 Bit 的意思） ，b/s 一般表示位传输速度，bps 表示位传输速率，数值上相等。B/s 与 b/s，BPS(字节每秒)与bps（位每秒）不能混淆。1MB/s（兆字节/秒）=8Mbps（兆位/秒） ，12Mbps=1.5MB/s，大部分 MP3 为此类接口类型。22.2.2 USB2.0USB2.0 规范是由 USB1.1 规范演变而来的。它的传输速率达到了 480Mbps，折算为 MB 为 60MB/s，足以满足大多数外设的速率要求。 USB 2.0 中的“增强主机控制器接口” （EHCI
26、）定义了一个与 USB 1.1 相兼容的架构。它可以用 USB 2.012的驱动程序驱动 USB 1.1 设备。也就是说，所有支持 USB 1.1 的设备都可以直接在 USB 2.0 的接口上使用而不必担心兼容性问题，而且像 USB 线、插头等等附件也都可以直接使用。使用 USB 为打印机应用带来的变化则是速度的大幅度提升，USB 接口提供了12Mbps 的连接速度，相比并口速度提高达到 10 倍以上，在这个速度之下打印文件传输时间大大缩减。USB 2.0 标准进一步将接口速度提高到 480Mbps，是普通 USB 速度的 20 倍，更大幅度降低了打印文件的传输时间。2.2.3 USB 3.0
27、由 Intel、微软、惠普、德州仪器、NEC、ST-NXP 等业界巨头组成的 USB 3.0Promoter Group 宣布，该组织负责制定的新一代 USB 3.0 标准已经正式完成并公开发布。USB 3.0 也被认为是 SuperSpeed USB 为那些与 PC 或音频/高频设备相连接的各种设备提供了一个标准接口。从键盘到高吞吐量磁盘驱动器，各种器件都能够采用这种低成本接口进行平稳运行的即插即用连接，用户基本不用花太多心思在上面。新的 USB 3.0 在保持与 USB 2.0 的兼容性的同时，还提供了下面的几项增强功能： 极大提高了带宽 高达 5Gbps 全双工（USB2.0 则为 48
28、0Mbps 半双工） 实现了更好的电源管理 能够使主机为器件提供更多的功率，从而实现 USB充电电池、LED 照明和迷你风扇等应用。 能够使主机更快地识别器件 新的协议使得数据处理的效率更高USB 3.0 可以在存储器件所限定的存储速率下传输大容量文件（如 HD 电影） 。例如，一个采用 USB 3.0 的闪存驱动器可以在 15 秒钟将 1GB 的数据转移到一个主机，而 USB 2.0 则需要 43 秒。2.3 接口引脚介绍USB 是一种常用的 pc 接口，他只有 4 根线，两根电源两根信号，故信号是串行传输的，usb 接口也称为串行口，usb2.0 的速度可以达到 480Mbps。可以13满
29、足各种工业和民用需要.USB 接口的输出电压和电流是： +5V 500mA 实际上有误差，最大不能超过+/-0.2V 也就是 4.8-5.2V 。usb 接口的 4 根线一般是下面这样分配的，需要注意的是千万不要把正负极弄反了，否则会烧掉 usb 设备或者电脑的南桥芯片：黑线：gnd 红线：vcc 绿线：data+ 白线：data-USB 接口定义图USB 接口定义 （颜色）一般的排列方式是：红白绿黑从左到右定义：红色USB 电源： 标有VCC、Power、5V、5VSB 字样白色USB 数据线：（负）DATA-、USBD-、PD-、USBDT-绿色 USB 数据线：（正）DATA+、USBD
30、+、PD+、USBDT+黑色地线： GND、Ground2.4 USB 种类随着各种数码设备的大量普及，特别是 MP3 和数码相机的普及，我们周围的 USB 设备渐渐多了起来。然而这些设备虽然都是采用了 USB 接口，但是这些设备的数据线并不完全相同。这些数据线在连接 PC 的一端都是相同的，但是在连接设备端的时候，通常出于体积的考虑而采用了各种不同的接口。下面简单介绍 Mini 类型sub 接口的各种应用。2.4.1 Mini B 型 5Pin这种接口可以说是最常见的一种接口了，这种接口由于防误插性能出众，体积也比较小14巧，所以正在赢得越来越多的厂商青睐，如今这种接口广泛出如今读卡器、MP
31、3、数码相机以及移动硬盘上。2.4.2 Mini B 型 4Pin这种接口常见于以下品牌的数码产品：奥林巴斯的 C 系列和 E 系列，柯达的大部分数码相机，三星的 MP3 产品(如 Yepp)，SONY 的 DSC 系列，康柏的 IPAQ 系列产品Mini B 型 4Pin 还有一种形式，那就是 Mini B 型 4Pin Flat。顾名思义，这种接口比 Mini B型 4Pin 要更加扁平，在设备中的应用也比较广泛。2.4.3 Mini B 型 8Pin Round这种接口和前面的普通型比起来，就是将原来的 D 型接头改成了圆形接头，并且为了防止误插在一边设计了一个凸起。这种接头可以见于一些
32、 Nikon 的数码相机，CoolPix 系列比较多见。虽然 Nikon 一直坚持用这种接口，但是在一些较新的机型中，例如D100 和 CP2000 也都采用了普及度最高的 Mini B 型 5Pin 接口。2.4.4 Mini B 型 8Pin 24这种接口也是一种比较常见的接口了，例如我们熟悉的 iRiver 的著名的 MP3 系列，其中号称“铁三角”的 180TC，以及该系列的很多其他产品采用的均是这种接口。这种接口的应用范围也还算是广，不过从 iRiver 自 3XX 系列全面换成 Mini B 型 5Pin 的接口后，这种规格明显没有 Mini B 型 5Pin 抢眼了。2.4.5
33、Micro USBMicro USB 是 USB 2.0 标准的一个便携版本，比部分手机使用的 Mini USB15接口更小，Micro-USB4是 Mini-USB 的下一代规格，由 USB 标准化组织美国USB Implementers Forum（USB-IF）于 2007 年 1 月 4 日制定完成。Micro-USB 支持 OTG，和 Mini-USB 一样，也是 5pin 的。Micro 系列的定义包括标准设备使用的 Micro-B 系列插槽；OTG 设备使用的 Micro-AB 插槽；Micro-A 和 Micro-B插头，还有线缆。Micro 系列的独特之处是他们包含了不锈钢外
34、壳，万次插拔不成问题。2009 年 10 月 26 日在瑞士日内瓦举办的国际电联 ITU-T 第五研究组(SG5)全会上完成了“通用移动终端及其它 ICT 设备的电源适配器和充电器方案“框架标准讨论并通过，并申请进入报批程序。这实际意味着全球都将统一手机充电器标准。2.5 USB 优点1、可以热插拔。就是用户在使用外接设备时，不需要关机再开机等动作，而是在电脑工作时，直接将 USB 插上使用。2、携带方便。USB 设备大多以“小、轻、薄”见长，对用户来说，随身携带大量数据时，很方便。当然 USB 硬盘是首要之选了。3、标准统一。大家常见的是 IDE 接口的硬盘，串口的鼠标键盘，并口的打印机扫描
35、仪，可是有了 USB 之后，这些应用外设统统可以用同样的标准与个人电脑连接，这时就有了 USB 硬盘、USB 鼠标、USB 打印机等等。4、可以连接多个设备。USB 在个人电脑上往往具有多个接口，可以同时连接几个设备，如果接上一个有四个端口的 USB HUB 时，就可以再连上；四个USB 设备，以此类推，尽可以连下去，将你家的设备都同时连在一台个人电脑上而不会有任何问题(注：最高可连接至 127 个设备)。16第三章 IrDA(红外线接口）3.1 IrDA 接口定义IrDA 是红外数据组织（Infrared Data Association）的简称，目前广泛采用的 IrDA 红外连接技术就是由
36、该组织提出的.到目前为止，全球采用 IrDA 技术的设备超过了5000万部。 IrDA 已经制订出物理介质和协议层规格，以及2个支持 IrDA 标准的设备可以相互监测对方并交换数据。 初始的 IrDA1.0标准制订了一个串行，半双工的同步系统，传输速率为2400bps 到115200bps，传输范围1 m，传输半角度为15度到30度。最近 IrDA 扩展了其物理层规格使数据传输率提升到4Mbps。PXA27x 就是使用了这种扩展了的物理层规格。3.2 IrDA 协议分析IrDA 数据协议由物理层，链路接入层和链路管理层三个基本层协议组成，另外，为满足各层上的应用的需要，IrDA 栈支持 IrL
37、AP, IrLMP, IrIAS, IrIAP, IrLPT, IrCOMM,IrOBEX 和 IrLAN 等。3.2.1 IrDA 红外串行物理层协议：IrPHY 定义了4Mb/s 以下速率的半双工连接标准。在 IrDA 物理层中，将数据通信按发送速率分为三类：SIR、MIR 和 FIR。串行红外（SIR）的速率覆盖了RS-232端口通常支持的速率（9600bps1152Kbps） 。MIR 可支持0.576Mbps 和1.152Mbps 的速率；高速红外（FIR）通常用于4Mbps 的速率，有时也可用于高于 SIR 的所有速率。4Mb/s 连接使用4PPM 编码，1.152Mb/s 连接使
38、用归零 OOK编码，编码脉冲的占空比为0.25。115.2kb/s 以及以下速率的连接使用占空比为0.1875的归零 OOK 编码。173.2.2 IrLAP 红外链路接入协议：IrLAP 定义了链路初始化、设备地址发现、建立连接（其中包括比特率的统一） 、数据交换、切断连接、链路关闭以及地址冲突解决等操作过程。它是从异步数据通信标准高级数据链路控制（HDLC）协议演化而来的。IrLAP 使用了HDLC 中定义的标准祯类型，可用于点对点和点对多的应用。IrLAP 的最大特点是，由一种协商机制来确定一个设备为主设备，其他设备为从设备。主设备探测它的可是范围，寻找从设备，然后从那些相应它的设备中选
39、择一个并试图建立连接。在建立连接的过程中，两个设备彼此协调，按照它们共同的最高通信能力确定最后的通信速率。以上所说的寻找和协调过程都是在9.6kbps 的波特率下进行的。3.2.3 IrLMP 红外链路管理协议：IrLMP 是 IrLAP 之上的一层链路管理协议，主要用于管理 IrLAP 所提供的链路连接中的链路功能和应用程序以及评估设备上的服务，并管理如数据速率、BOF 的数量（帧的开始）及连接转换向时间等参数的协调、数据的纠错传输等。3.2.4 IrIAS,IrLPT,IrCOMM,IrOBEX,IrLAN 是建立在 IrLAP 之上的应用。3.3 IrDA 建立连接的过程当 IrDA 被
40、建立时,它为自己设置下列目标：“建立可互操作的，廉价的红外线资料互连标准能维持无连接的， 定向无线电传送的使用者模型，能适应活动的宽带的的要连接到外围设备和主机的应用。 ”IrDA 选择短射程的、无连接的、点对点定向的红外线通信模型有两主要的原因。1. 第一,它初始的目标市场为支持 IrDA 的设备将是可移动的2. 第二, IrDA 选择这个通信模型因为它最低的价格。18IrDA 建立连接通信分四个阶段1. 设备发现和地址解析发现过程是 IrDA 设备查明在通讯范围是否有其它设备的过程。 在此情况下，发现范围内所有设备的地址，也就是 IrLAP 操控的设备序号， 也有的是由IrLMP 层指定的
41、。哪个设备的发现程序占有时间槽， 那个设备就控制发现过程。当范围内有多个设备时，这种分槽的办法减少了冲突的可能性。在等待560ms后（普通断开方式规则） ，初始设备在每个时间槽的头部开始发现过程， 并广播帧标记。当听到初始发现槽时， 设备将随机选择一个响应。当设备接收到它选择槽的帧标记时，传送一个发现响应帧。 在发现过程中所有的帧都采用HDLC 的无编号的交换标识（XID）类型。如果参加发现过程的设备有重复的地址，那就需启动地址解析过程。 地址解析过程与发现过程相似，它用探测地址冲突来启动过程，仅解析有冲突的地址。 初始设备向冲突的地址传送地址解析XID 命令，这个地址的设备选择另一个随机地址
42、和槽响应。 初始这像以前一样传送槽标记，而原先地址冲突的设备选择恰当的槽响应。 一旦过程结束，每个设备将有唯一地址。如果仍有冲突，此过程反复进行。2. 链接建立一旦发现和地址解析过程完成后，应用层可以决定它希望连接到哪一个被发现的设备。 应用层将发一个连接请求，它最终选择调用适当的 IrLAP 服务原语。 IrLAP 层连接远程设备是采用发送带轮换查询位（poll bit）的设置正常响应模式（SNRM）的命令帧。 假设远程的设备能接受连接，它将发送一个带中止位的无编号应答响应帧， 指示连接已经被接受。在正常环境下，启动连接的设备（发送 SNRM）是主设备，其它设备是从设备。3. 信息交换和链接
43、复位信息交换过程的操作实在主从模式下进行的，就是主设备控制从设备的访问。 主设备发出命令帧，从设备响应。为了保证在同一时间里只有一个设备能传送帧， 一个传送许可令牌在主、从设备间交换。一个传送许可令牌在主、从19设备间交换。 主设备通过发送带轮换查询位的控制帧传递一个传送许可令牌给从设备， 从设备通过带结束位的响应帧返回令牌。传送数据时，从设备保留令牌， 一旦数据传输结束或达到最长转换时间，它必须将令牌返回主设备。 当然，主设备也受最长传送时间的限制，但没有数据传送时，主设备允许保留令牌。4. 链接终止一旦数据传输完，主、从设备之一将断开链接。如果主设备希望断开链接，它将发送带轮询位的断开命令
44、给从设备。从设备返回带终止位的未编号确认帧应答。 两个设备将都处于正常断开模式，采用其参数（9600bps） 。一旦两个设备处于正常中断模式，传输媒介对于任何设备都是空闲的，都可以开始设备发现，地址解析，连接建立过程。3.4 IrLAP 协议分析IrDA 提供的服务分为两大类，即面向连接的服务和无连接的服务。具体分为4种：Request 由上层协议送达，用来激活服务Indication 用于将服务初始化请求通知上层应用Response 上层协议用于接受服务请求Confirm IrLAP 层报告服务结果另外也是 Infra Red Data Association 的缩写，即红外线接口3.5 红
45、外通讯电路标准方案红外发射电路由红外线发射管 L2 和限流电阻 R2 组成。当主板红外接口的20输出端 I RTX 输出调制后的电脉冲信号时，红外线发射管将电脉冲信号转化为红外线光信号发射出去。电阻 R2 起限制电流的作用，以免过大的电流将红外管损坏。当 R2 的阻值越小，通过红外管的电流就越大，红外管的发射功率也随电流的增大而增大，发射距离就越远，但 R2 的阻值不能过小，否则会损坏红外管或主板红外接口！红外通信电路标准方案红外接收电路由红外线接收管 L1 和取样电阻 R1 组成。当红外接收管接收到红外线光信号时，其反向电阻会随光信号的强弱变化而相应变化，根据欧姆定律可以得知通过红外接收管
46、L1 和电阻 R1 的电流也会相应变化，而在取样电阻两端的电压也随之变化，此变化的电压经主板红外接口的输入端 IRRX 输入主机。由于不同的红外接收管的电气参数不同，所以取样电阻 R1 的阻值要根据实际情况作一定范围的调整。21第四章 SPI（串行外围设备接口）4.1 SPI 接口的定义SPI(Serial Peripheral Interface-串行外设接口) 总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使 MCU 与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。SPI 有三个寄存器分别为：控制寄存器 SPCR，状态寄存器 SPSR，数据寄存器 SPDR。外围设备包括 FLASHRAM、网络控制器、
47、LCD 显示驱动器、 A/D 转换器和 MCU等。SPI 总线系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件直接接口，该接口一般使用 4 条线：串行时钟线（SCLK） 、主机输入 /从机输出数据线 MISO、主机输出/从机输入数据线 MOSI 和低电平有效的从机选择线 NSS(有的 SPI 接口芯片带有中断信号线 INT、有的 SPI 接口芯片没有主机输出/从机输入数据线 MOSI)。4.2 SPI 简介SPI 接口的全称是“Serial Peripheral Interface“，意为串行外围接口, 是Motorola 首先在其MC68HCXX 系列处理器上定义的。SPI 接口主要应用在 EEP
48、ROM、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 接口是在 CPU 和外围低速器件之间进行同步串行数据传输，在主器件的移位脉冲下，数据按位传输，高位在前，低位在后，为全双工通信，数据传输22速度总体来说比 I2C 总线要快，速度可达到几 Mbps。4.3 SPI 的特点SPI 一共有 11 位有用信号，每位信号差分成两个信号用来提高传输抗干扰性，在物理连接上用标准 25 芯 D 型插头座（DB25) 传输，因此连线多且复杂，传输距离短，容易出现故障。而 ASI(异步串行接口）用串行传输，只需要一根同轴电缆线，连线简单，传输距离长。（1）MOSI 主器
49、件数据输出，从器件数据输入（2）MISO 主器件数据输入，从器件数据输出（3）SCLK 时钟信号，由主器件产生,最大为 fPCLK/2，从模式频率最大为fCPU/2（4）NSS 从器件使能信号，由主器件控制, 有的 IC 会标注为 CS(Chip select)在点对点的通信中，SPI 接口不需要进行寻址操作，且为全双工通信，显得简单高效。在多个从器件的系统中，每个从器件需要独立的使能信号，硬件上比 I2C系统要稍微复杂一些。SPI 接口在内部硬件实际上是两个简单的移位寄存器，传输的数据为 8 位，在主器件产生的从器件使能信号和移位脉冲下，按位传输，高位在前，低位在后。如下图所示，在 SCLK 的上升沿上数据改变，同时一位数据被存入 移位寄存器。23多个从器件硬件连接示意图通讯时序图4.4 SPI 的通信原理SPI 的通信原理很简单，它以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少 4 根线，事实上 3 根也可以（单向传输时） 。也是所有基于 SPI 的设备共有的，它们是 SDI（数据输入） ，SDO（数据输出
