外设接口有什么作用
外设接口究竟有什么作用呢?它能给我们带来什么好处呢?以下就是小编做的整理，希望对你们有用!
外设接口的概念
外设接口-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。那么外设接口就很好理解了,就是连接外设的接口。
外设接口耳朵作用
UART
Universal Asynchronous Receiver/Transmitter
的缩写，又称为通用异步串行通信接口
特点
– 数据传送以字符为单位
– 相邻两字符间的间隔是任意长
– 字符间异步，字符内部各位同步
异步串行通信时序
起始位
– 逻辑“1” —>逻辑“0”;
– 持续一个比特时间的逻辑“0”;
数据位
– 数据位为5-8位 ;
– 传送时，低位在前，高位在后;
校验位
– 仅占一位，奇校验、偶校验、无校验;
– 奇校验：字符的各数位和校验位, “1” 的个数为奇数
– 偶校验：字符的各数位和校验位, “1” 的个数为偶数
停止位
– 停止位为1位、1.5位或2位，可有软件设定 ;
– 一定是逻辑“1”电平 ;
空闲
– 线路上为逻辑“1”电平 ;
– 空闲位可以没有，效率为最高 ;
异步串行数据接收
接收过程：
1) 检测到线路由空闲的“1”变为“0”时，开始检查是否为有效起始位
2) 开启采样定时器，定时时间为Tc=Td/4
3) 当采样定时器超时，在“采样点1”开始采样，并记录1;
4) 当采样定时器再次超时，在“采样点2”开始采样，并记录2;
5) 当采样定时器再次超时，在“采样点3”开始采样，并记录3;
6) 比较三次记录，若其中2次及以上都为“0”，表示起始位有效;
7) 等待采样定时器再超时1次后，开始采样数据位BIT0，方法同上;
8) 最后采样到结束位有效后，一次信息帧采样完毕;
特性
– 波特率
串行通信的传输速度 ，1秒钟能够传输的BIT位;
300、600、1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600、115200 ;
– 数据位
传输的数据的位数 ，5~8位;
– 校验位
奇/偶校验或无校验
– 停止位
结束保持位，可以有1位、1.5位、2位
功能信号
– TXD：发送数据
– RXD：接收数据
– GND：地
– CTS(Clear To Send)：允许发送
– RTS(Request To Send)：请求发送
– DTR：数据终端就绪
– DSR：数据装置就绪
– DCD：传输检测
– RI：振铃指示
信号连接方法
应用及接口电路
MCU控制UART信号的输入输出为TTL电平，扩展电路中往往是其他标准电平，因此电平信号一般会需要进行转换或隔离转换。
应用举例：
a) 扩展RS232接口电路
b) 扩展RS485接口电路
c) 扩展GPRS模块接口电路
I2C
Inter-Integrated Circuit的缩写，PHILIPS公司
开发的两线式串行总线
I2C总线的特点
– 通信总线只有2条线路：一条串行数据线(SDA)，一条串行时钟线(SCL)
– 多主机总线，但在同一时间点，只允许一个主机和多个从机
– 总线上的器件都有唯一的地址识别
– 由主机提供时钟SCL信号，并通过命令寻址操作从机
– 串行的8 位双向数据传输位速率在标准模式下可达100kbit/s 快速模式下可达400kbit/s 高速模式下可达3.4Mbit/s。
I2C总线器件连接
I2C总线的传输格式
起始与停止条件
– 起始(重新开始)条件：SCL 线是高电平时SDA 线从高电平向低电平切换;
– 结束条件：当SCL 是高电平时SDA 线由低电平向高电平切换
数据传输有效性
– SDA 线上的数据必须在时钟的高电平周期保持稳定
– 数据线的高或低电平状态只有在SCL 线的时钟信号是低电平时才能改变
字节传输
– 发送到SDA 线上的每个字节必须为8 位,每次传输字节数量不限;
– 传输时，高位在前，低位在后;
– 从机要完成一些其他功能后才能接收下一个完整的数据字节，可以使时钟线SCL 保持低电平，迫使主机进入等待状态，当从机准备好接收下一个数据字节并释放时钟线SCL 后，数据传输继续。
握手响应
– 数据传输必须带响应，响应时钟脉冲由主机产生，在响应的时钟脉冲期间主机发送器释放SDA 线(高);
– 响应期间若从机认为正常，拉低数据线;
– 若从机认为异常，数据线保持高电平，主机然后产生一个停止条件终止传输或者产生重复起始条件开始新的传输 ;
从机地址
– 7位地址
• 起始位开始后，发送一字节地址位
• 前7位为从机地址
• 第8位是数据方向位R/W ：0表示发送(写);1表示请求数据(读)
应用及接口电路
– RTC时钟
– EEPROM
– FRAM
SPI
Serial Peripheral interface ，串行外围设备接口 ，同步串行通讯方式
SPI总线的特点
– 主要应用在 EEPROM，FLASH，实时时钟，AD转换器等
– 以主从方式工作，有一个主设备和一个或多个从设备
– 全双工通信方式，可同时发送和接收8(16)位数据
– 高速通信，一般可以达到几百k~几十Mbps
– 4根信号线：SDI(数据输入)，SDO(数据输出)，SCK(时钟)，CS(片选)
– 一个缺点：没有指定的流控制，没有应答机制确认
器件连接
信号线
– SDO：主设备数据输出，从设备数据输入
– SDI：主设备数据输入，从设备数据输出
– SCK (SCLK)：时钟信号，由主设备产生
– CS：从设备使能信号，由主设备控制
传输协议
– 数据是一位一位的传输的
– SCK提供脉冲时钟，SDI、SDO则基于此脉冲完成数据传输
– 数据输出通过 SDO线，数据在时钟上升沿或下降沿时改变，在紧接着的下降沿或上升沿被读取
– 在至少8次时钟信号的改变(上沿和下沿为一次)，就可以完成8位数据的传输
4种传输模式
– 串行同步时钟极性和相位影响SPI的通信
• 时钟极性CPOL=0时，总线空闲状态为低电平
• 时钟极性CPOL=1时，总线空闲状态为高电平
• 时钟相位CPHA=0时，在串行同步时钟的第一个跳变沿 (上升或下降)数据被采样
• 时钟相位CPHA=1时，在串行同步时钟的第二个跳变沿(上升或下降)数据被采样
传输时序
应用及接口电路
– FLash存储器电路
GPIO
General Purpose Input Output ，通用输入输出接口 ，可编程输入输出管脚接口
GPIO的特点
– 控制方便、使用灵活、应用广泛
• 用于输出控制，例如指示灯控制
• 可用于读取输入信息，例如键盘
• 模拟各种通讯接口，例如UART、I2C、SPI等
– 不同的MCU，功能与性能有所不同
• 低端一点的，其IO只有输入输出功能
• 高端的，则可能会有IO速度配置、IO口线中断等功能
四种主要配置
– 准双向输入输出
• 特点：可用作输出和输入功能，而不需要重新控制字切换方向
• 输出为逻辑高电平时驱动能力很弱，允许外部装置将其拉低
• 输出为低时，它的驱动能力很强，可吸收相当大的电流
– 开漏输出
• 必须有外部上拉，一般通过电阻外接到Vcc
• 具有很好的电气兼容性
– 推挽式输出
• 无论输出高电平还是低电平都能驱动较大的电流
• 下拉结构与开漏输出以及准双向口的下拉结构相同
• 引脚只能作为输出，不能作为输入
– 输入高阻
• I/O口只能作为输入使用，比较高的输入阻抗
• 方式与前3种模式的输入方式相同
– 其他
• 输入输出方向
• IO管脚中断
• IO管脚复用
• 驱动能力
应用及接口电路
– 指示灯电路
– 键盘电路
– 模拟SPI接口电路
以太网
Ethernet，局域网规范
工作方式
– 工作在OSI七层协议模型中的物理层和数据链路层
• 物理层
• 数据链路层
工作原理框图
MAC、PHY、MII/RMII
– MAC，媒体访问控制子层协议
• 以太网中的数据链路层
– PHY，物理接口收发器
• 以太网中的物理层
• 带网络冲突检测功能
– MII/RMII，MAC与PHY间的通讯接口
• MII：媒体独立接口 ，工作频率25MHz ，支持网速10Mbps或100Mbps，接口信号由16根线组成 ;
• RMII，简化的MII接口，工作频率50MHZ，支持网速10Mbps或100Mbps，接口信号由8根线组成
使用方法
– 一般情况下，不需要对以太网驱动进行编写，芯片会有支持
– 以太网一般通过TCP/IP网络方式进行应用，协议也无须自己开发，芯片或厂商会有支持
– 收发数据使用socket
USB
Universal Serial BUS，通用串行总线，外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。是应用在PC领域的接口技术。
特点
– 支持设备的即插即用和热插拔功能
– 传输速度快：USB1.1是12Mbps，USB2.0是480Mbps, USB3.0是5 Gbps
– USB接口可用于连接多达127个外设
接口分类
– USB-HOST
– USB-DEVICE
– USB-OTG
接口信号定义
半双工
差分信号
触点 功能(主机) 功能(设备)
1 VBUS (4.75-5.25 V) VBUS (4.4-5.25 V)
2 D- D-
3 D+ D+
4 GND GND
应用及接口电路
智能卡接口
电路信号接口定义
触点 功能分配
C1 电源VCC
C2 复位RST
C3 时钟CLK(4M~5M)
C4 预留
C5 地GND
C6 编程电压VPP
C7 输入/输出IO
C8 预留
工作方式
– 激活与冷复位
数据传输
– 基本时间单元，ETU = 372个时钟周期
– 传输时序
• 理解上，结合了UART和I2C的部分特性
a) 字符为单位进行传输
b) 起始：位逻辑“1”—>逻辑“0”启动
c) 低位在前，高位在后
d) 握手应答
通讯协议
– 对智能卡复位后，智能卡会主动发送一个复位信息给MCU，包含了传输特性、厂商信息等
– 传输命令