嵌入式系统10(外部设备及通信接口).pptx

嵌入式系统是现代电子设备的核心组成部分，它们通常包含了各种外部设备和通信接口，以便与外部世界进行交互。本节内容主要围绕嵌入式系统中的 GPIO（通用输入/输出）、LED、键盘、显示接口以及一些常见的通信协议进行讲解。 GPIO（General-Purpose Input/Output）是微控制器的重要组成部分，它提供了基本的I/O功能。GPIO接口可以作为输入或输出，通过数据和控制寄存器来管理。数据寄存器的每一位直接连接到芯片外部，而控制寄存器则用来设置这些位的信号方向和工作模式。在ARM处理器中，GPIO通常被映射为内存地址，便于程序直接访问，但需要注意的是，对GPIO的读写操作不能像普通内存那样缓冲。硬件设计时需要考虑GPIO的驱动能力，因为不同GPIO的特性可能不同，例如有些具有内部上拉或推挽功能，有些则有高阻状态。 LED（Light Emitting Diode）是GPIO最简单的输出应用，通常用于状态指示。通过GPIO的高低电平控制，可以点亮或关闭LED。而键盘则是最常见的输入设备，分为线性键盘和矩阵键盘两种。线性键盘每个按键直接连接到处理器的I/O口，矩阵键盘则通过行列交叉的方式减少连接线，节省资源。识别矩阵键盘的按键通常需要行扫描法或行反转法，通过软件或硬件方法实现。 旋转编码器是一种特殊的输入设备，用于检测转动方向，通常需要两个I/O口，有的还带有按键功能。电容式、薄膜式和霍耳效应按键是键盘的不同实现技术，各有优缺点。 液晶显示器（LCD）是嵌入式系统常用的显示设备，因其低功耗、体积小等优点而广泛使用。液晶的基本原理是通过电流控制液晶分子的排列，进而改变光的传播方向。液晶单元结合电极和偏振片可以实现开关效果，形成图像显示。 此外，嵌入式系统还常常采用其他通信接口，如SPI（Serial Peripheral Interface）、I2C（Inter-Integrated Circuit）、USB（Universal Serial Bus）、UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）、Ethernet和CAN（Controller Area Network）。这些通信协议各自适用于不同的场合，如SPI和I2C适合短距离、低速通信，USB和Ethernet则更适合高速传输，而CAN常用于汽车等工业环境的可靠通信。 嵌入式系统中的外部设备和通信接口是实现系统功能的关键，理解并掌握这些基本组件的工作原理和接口协议，对于设计和开发高效、可靠的嵌入式系统至关重要。