SPI接口的一个缺点:没有指定的流控制,没有应答机制确认是否接收到数据。
CAN总线CAN(Controller Area Network)是ISO国际标准化的串行通信协议。广泛应用于汽车、船舶等。具有已经被大家认可的高性能和可靠性。
CAN控制器通过组成总线的2根线(CAN-H和CAN-L)的电位差来确定总线的电平,在任一时刻,总线上有2种电平:显性电平和隐性电平。
“显性”具有“优先”的意味,只要有一个单元输出显性电平,总线上即为显性电平,并且,“隐性”具有“包容”的意味,只有所有的单元都输出隐性电平,总线上才为隐性电平。(显性电平比隐性电平更强)。
总线上执行逻辑上的线“与”时,显性电平的逻辑值为“0”,隐性电平为“1”。
下图显示了一个典型的CAN拓扑连接图。
连接在总线上的所有单元都能够发送信息,如果有超过一个单元在同一时刻发送信息,有最高优先级的单元获得发送的资格,所有其它单元执行接收操作。
CAN总线协议具有下面的特点:
1) 多主控制。当总线空闲时,连接到总线上的所有单元都可以启动发送信息,这就是所谓的多主控制的概念。先占有总线的设备获得在总线上进行发送信息的资格。这就是所谓的CSMA/CR(Carrier Sense Mul
tipleAccess/Collosion Avoidance)方法。如果多个设备同时开始发送信息,那么发送最高优先级ID消息的设备获得发送资格。
2) 信息的发送。在CAN协议中,所有发送的信息要满足预先定义的格式。当总线没有被占用的时候,连接在总线上的任何设备都能起动新信息的传输,如果两个或更多个设备在同时刻启动信息的传输,通过ID来决定优先级。ID并不是指明信息发送的目的地,而是指示信息的优先级。如果2个或者更多的设备在同一时刻启动信息的传输,在总线上按照信息所包含的ID的每一位来竞争,赢得竞争的设备(也就是具有最高优先级的信息)能够继续发送,而失败者则立刻停止发送并进入接收操作。因为总线上同一时刻只可能有一个发送者,而其它均处于接收状态,所以,并不需要在底层协议中定义地址的概念。
3) 系统的灵活性。连接到总线上的单元并没有类似地址这样的标识,所以,添加或去除一个设备,无需改变软件和硬件,或其它设备的应用层软件。
4) 通信速度。可以设置任何通讯速度,以适应网络规模。对一个网络,所有单元必须有相同的通讯速度,如果不同,就会产生错误,并妨碍网络通讯,然而,不同网络间可以有不同的通讯速度。
5) 远程数据请求。可以通过发送“遥控帧”,请求其他单元发送数据。
6) 错误检测、错误通知、错误恢复功能。所有单元均可以检测出错误(错误检测功能)。检测到错误的单元立刻同时通知其它所有的单元(错误通知功能)。如果一个单元发送信息时检测到一个错误,它会强制终止信息传输,并通知其它所有设备发生了错误,然后它会重传直到信息正常传输出去(错误恢复功能)。
7) 错误隔离。在CAN总线上有两种类型的错误:暂时性的错误(总线上的数据由于受到噪声的影响而暂时出错);持续性的错误(由于设备内部出错(如驱动器坏了、连接有问题等)而导致的)。CAN能够区别这两种类型,一方面降低常出错单元的通讯优先级以阻止对其它正常设备的影响,另一方面,如果是一种持续性的错误,将这个设备从总线上隔离开。
8) 连接。CAN总线允许多个设备同时连接到总线上且在逻辑上没有数目上的限制。然而由于延迟和负载能力的限制,实际可连接得设备还是有限制的,可以通过降低通讯速度来增加连接的设备个数。相反,如果连接的设备少,通讯的速度可以增加。
USB总线连接计算机外设的串行数据总线,其技术的发展一直非常缓慢。1969年EIA推出的RS-232C串行总线至今仍是连接计算机外设的主流串行总线。尽管在20世纪70年代和80年代陆续推出了RS-422A、RS-449、RS-485和RS-530等串行总线(其中RS-449的设计初衷是想取代 RS-232C,而RS-530则是想取代RS-449),但由于种种原因都没有改变RS-232C先入为主的主导地位。因此,长期以来,串行总线只用于连接慢速外设或用作低速网络的总线。
通用串行总线(Universal Serial Bus,USB)是1995年Microsoft、Compaq、IBM等公司联合制定的一种新的计算机串行通信协议。USB协议得到各PC厂商、芯片制造商和PC外设厂商的广泛支持。从当初的0.7、0.8版本到现在广泛采用的1.0、1.1版本,甚至到正在逐步推广的2.0版本,USB本身也在不断地发展和完善。
通用串行总线是一种将USB外围设备连接到主机的外部总线结构,它通过PCI总线和PC的内部系统数据线连接,实现数据传送。USB同时又是一种通信协议,它支持主系统和USB外围设备之间的数据传送,通过一个4针的标准插头,采用菊花链形式把所有的外设连接起来。
USB主要具有以下优点:
(1) 支持热插拔(hot plug)和即插即用(Plug-and-Play),即在不关机的情况下可以安全地插上或断开USB设备,动态加载驱动程序。
(2) 为所有的USB外设提供单一的、易于操作的标准连接类型,排除了外设对系统资源的需求,因此减少了硬件的复杂性和对端口的占用,整个USB系统只有一个端口和一个中断,节省了系统资源。
(3) USB1.1提供全速12 Mb/s和低速1.5 Mb/s的模式,USB2.0提供高达480 Mb/s的传输速率。
(4) 为了适应各种不同类型外设的要求,USB提供了四种不同的数据传输类型。
(5) 易于扩展,理论上最多可支持127个设备。
液晶控制板大平面显示器通常由LCD构成。其中每个像素都由一个液晶体构成。LCD显示器到系统的接口独具特点,这主要因为LCD像素阵列能够被随机访问。早期的液晶显示控制板被称为被动矩阵,它依靠一个二维的电线网络来编址像素。现代液晶显示控制板显示器使用一种主动矩阵系统,它给每个像素配置转发器,以此来控制、访问LCD显示器。主动矩阵显示器提供了更高的对比度和显示质量。
触摸屏触摸屏是覆盖在输出设备上的输入设备,用来记录触摸位置。把触摸屏覆盖在显示器上,使用者可以对显示的信息作出反应。
触摸屏按其工作原理不同分为表面声波屏、电容屏、电阻屏和红外屏等。其中常见的触摸屏是电阻式触摸屏。电阻式触摸屏用二维电压表来探测位置。触摸屏由两层被许多细小的透明隔离球隔开的导电薄层组成。当手指或笔触摸屏幕时,平常互相绝缘的导电层在触摸点位置有了一个接触。在顶层的导电层上加上电压,它的电阻就在穿过该层时产生电势差;然后顶层在接触点对电压采样;最后用模/数转换器来测量电压,以此得出位置。
网络设备以太网接口以太网是最广泛应用的局域网络技术,实现了在小区域(如一个办公室)范围内连接计算机。以太网数据速率为10 Mb/s,而快速以太网(Fast Ethernet)数据速率为100 Mb/s。最常用的以太网协议是IEEE 802.3标准,媒体的存取规则采用CSMA/CD(载波检测多路存取/冲突检测)。现代的操作系统均能同时支持这些协议标准,因此对嵌入式系统的应用来说,考虑系统精简因素,只需要支持这一种就够了,除非有特殊需要,否则没有必要支持太多协议。
以太网的数据传输有以下特点:
(1) 所有数据位的传输由低位开始,传输的位流采用曼彻斯特编码。
(2) 以太网传输的数据段长度最小为60字节,最大为1514字节。
(3) 通常以太网卡可以接收来自三种地址的数据,即广播地址、多播地址(在嵌入式系统中很少使用)和它自己的地址。但有时用于网络分析和监控,网卡也可以设置为接收任何数据包。
(4) 任何两个网卡的物理地址都是不一样的。网卡地址由专门结构分配,不同厂家使用不同地址段,同一厂家的任意两个网卡的地址也是唯一的。
蓝牙蓝牙,是一种无线个人局域网(Wireless PAN),最初由爱立信创制,后来由蓝牙技术联盟订定技术标准。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。利用“蓝牙”技术,能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信,也能够成功地简化设备与因特网Internet之间的通信,从而数据传输变得更加迅速高效,为无线通信拓宽道路。蓝牙采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术,支持点对点及点对多点通信,工作在全球通用的2.4GHz ISM(即工业、科学、医学)频段。其数据速率为1Mbps。采用时分双工传输方案实现全双工传输。
WIFIWIFI一般指Wi-Fi,Wi-Fi是一种可以将个人电脑、手持设备(如pad、手机)等终端以无线方式互相连接的技术,事实上它是一个高频无线电信号。无线保真是一个无线网络通信技术的品牌,由Wi-Fi联盟所持有。目的是改善基于IEEE 802.11标准的无线网路产品之间的互通性。有人把使用IEEE 802.11系列协议的局域网就称为无线保真。甚至把无线保真等同于无线网际网路(Wi-Fi是WLAN的重要组成部分)关于"Wi-Fi”这个缩写词的发音,根据英文标准韦伯斯特词典的读音注释,标准发音为/ˈwaɪ.faɪ/因为Wi-Fi这个单词是两个单词组成的,所以书写形式最好为WI-FI,这样也就不存在所谓专家所说的读音问题,同理有HI-FI(/haɪ.faɪ/)。
标准串行通信接口标准异步串行通信接口主要有以下几类:RS-232C、RS-422和RS-485。RS-232C是美国电子工业协会(EIA)正式公布的、在异步串行通信中应用最广的标准总线,适合短距离或带调制解调器的通信场合。为了提供数据传输速率和通信距离,EIA又公布了RS-422和RS-485串行总线接口标准。
RS-232C是美国电子工业协会(Electronic Industry Association,EIA)制定的在数据终端设备(Data Terminal Equipment,DTE)和数据通信设备(Data Communication Equipment,DCE)之间进行串行二进制数据交换的接口。RS是英文“推荐标准”的缩写,232为标识号,C表示修改次数。RS-232C标准是一种硬件协议,规定了21个信号和25个引脚,用于连接DTE和DCE两种设备。
RS-232C标准规定的数据传输速率为50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200 b/s等;驱动器允许有不超过2500 pF的电容负载,通信距离将受此电容限制。例如,当信号传输速率为20 kb/s时,最大传输距离为15 m。传输距离短的另一个原因是RS-232C属于单端信号传送,存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题,因此一般用于短距离通信。
RS-232C接口的缺点主要表现在两个方面:数据传输速率慢和传输距离短。RS-232C规定的20 kb/s的传输速率虽然能够满足异步通信要求(通常异步通信速率限制在19.2 kb/s以下),但对某些同步系统来说不能满足传输速率要求。此外,RS-232C接口的一般设备之间电缆长度为15 m,最长也不会超过60 m。
RS-422是EIA公布的“平衡电压数字接口电路的电气特性”标准,是为改善RS-232C标准的电气特性、又考虑与RS-232C兼容而制定的。RS-422与RS-232C的关键差别在于把单端输入改为双端差分输入,双方的信号地不再共用。
RS-422给出了对电缆、驱动器的要求,规定了双端电气接口形式,并使用双绞线传送信号。与RS-232C相比,RS-422传输信号距离长、速度快。传输率最大为10 Mb/s,在此速率下,电缆允许长度为120 m。如果采用较低传输速率,如90 kb/s,则最大距离可达1200 m。
RS-485是RS-422的变型,RS-422是全双工的,可以同时发送与接收;而RS-485是半双工的,在某一时刻,只能一个发送另一个接收。
RS-485是一种多发送器的电路标准,它扩展了RS-422的性能,允许双线总线上驱动32个负载设备。负载设备可以是被动发送器、接收器或二者组合而成的收发器。当用于多点互连时,可节省信号线,便于高速远距离传送。许多智能仪器设备配有RS-485总线接口,便于将它们进行联网。
UART提供了RS-232C数据终端设备接口,这样计算机就可以和调制解调器或其他使用RS-232C接口的串行设备进行通信。作为接口的一部分,UART还提供了以下功能:将计算机外部传来的串行数据转换为字节,供计算机内部使用并行数据的器件使用;将由计算机内部传送过来的并行数据转换为输出的串行数据;在输出的串行数据流中加入奇偶校验位,并对从外部接收的数据流进行奇偶校验;在输出的数据流中加入“起”、“止”标记,并从接收数据流中删除“起”、“止”标记;处理计算机与外部串行设备的同步管理问题;处理由键盘或鼠标发出的中断信号(键盘和鼠标也是串行设备)。
相对于微处理器,一台UART是作为一个甚至多个存储点或I/O端口的。UART一般包括一个或多个状态寄存器,用于验证数据传输和接收时的状态、进程。微处理器能够判断何时已收到一个字节、何时已发送一个字节、是否产生通信错误等。UART还可以通过一个或多个控制寄存器进行配置,配置内容包括波特率的设置、终止位数量的设置以及在发送字节时产生中断等。异步通信在UART上几乎是透明地运行,为了收、发数据,只需运行程序,简单地在UART上执行读/写操作。