第六讲 嵌入式系统的IO模块.pptVIP

陈慈发 2008年春夏 6．1 复位电路 6．2 时钟 6．3 I/O模块 6．4 译码器 6．5 定时器/计数器 6．6 SPI 6．7 UART 6．8 通用并行接口 6．9 其它I/O 嵌入式处理器上通常集成了大量的I/O电路。开发嵌入式系统时，可根据系统需求选择嵌入式处理器，而不是选择了嵌入式处理器后再另外配合设计I/O电路。目前，嵌入式处理器上集成的I/O功能完全满足应用的需求，基本上无需扩展。 嵌入式处理器种类很多，但集成的I/O接口基本上是标准化的，只是不同厂家的产品可能编程方法上有所差异。 6．1 复位电路 复位电路用于完成硬件的初始化，一般有阻容复位电路、专用复位电路、手动复位电路等。 6．1．1 阻容（RC）复位电路 6．1．2 手动复位电路 手动复位通常配合自动复位电路工作。通常的设计是手动复位开关产生的复位信号接在复位电路上，而不是直接接在处理器的复位信号输入端上，防止手动复位开关的抖动。 嵌入式系统应用软件的主框架如下： 6．1．4 专用复位电路 RC复位电路成本低，简单，但功能较差。专用复位电路是一种专用IC，其输出就是复位信号（高电平复位信号、低电平复位信号或两者同时具备）。有的还将电压监视、电池电量监视等功能集成在一起成为处理器监视电路。 6．1．5 软件复位 软件复位是通过软件设置一个特殊功能寄存器的相应位完成处理器的复位，其复位结果同硬件复位的效果完全一样。软件复位后，程序从复位向量处开始运行。 注意：软件复位同程序直接跳转到复位向量处执行的效果是不一样的。软件复位后，系统所有寄存器会被重新初始化，而直接跳转不会初始化硬件寄存器。 6．2 时钟 时钟电路用于产生处理器工作的时钟信号。通用计算机通常使用分离的时钟电路，如8284时钟芯片。嵌入式系统为了节省电路，通常把时钟电路集成在处理器内部，外部只需要接晶体即可。嵌入式系统的时钟电路有RC时钟、石英晶体、石英振荡器、锁相倍频时钟、多时钟源等几种形式。 6．2．1 RC时钟 RC时钟源通常用于MCU，其振荡频率的稳定性较低，但功耗较低，在家用电路的控制方面用途较广。 6．2．2 石英晶体 石英晶体时钟电路，其振荡电路集成在处理器内部，处理器外部引出2个引脚，分别是放大器的输入和输出，石英晶体接在2个引脚上。 6．2．3 石英振荡器 石英振荡器是把石英晶体和振荡电路集成在一起，形成石英振荡器电路，直接输出时钟信号供给处理器，其输出的时钟信号接在处理器的输入引脚上。 6．2．4 锁相倍频时钟 MCU可采用上述时钟电路，高性能的嵌入式处理器上采用锁相倍频电路，防止高频工作时产生电磁干扰。 6．2．5 多时钟源 高性能的嵌入式处理器（如32位）功能强大，芯片上集成了众多的智能电路，需要不同频率的时钟源；并且，出于节能考虑，不同I/O电路的工作状态可以由处理器的编程控制，因此需要多种时钟源，包括CPU内核、实时时钟电路、各I/O电路时钟等。 多时钟源的时钟频率通常具有相关性，是由处理器的时钟电路通过分频和倍频得到的。 6．3 I/O模块 6．3．1 I/O接口的基本结构 嵌入式处理器通常集成了大量I/O模块，因此I/O接口可被认为是处理器的一部分。I/O接口电路与嵌入式处理器之间通过内部总线交换信息。从编程结构看，I/O模块可分为数据输入寄存器、数据输出寄存器、控制寄存器、状态寄存器、模式寄存器等。 模式寄存器：只写，用于设置I/O接口的工作方式； 控制寄存器：只写，用于控制I/O接口的工作； 状态寄存器：只读，用于获取I/O接口的工作状态； 数据输入寄存器：只读，用于获取外设数据； 数据输出寄存器：只写，用于向外设输出数据； 不同I/O接口，寄存器数量和功能也不相同，复杂的接口可能具有更多的寄存器。 6．3．3 I/O接口寄存器的映射方式 嵌入式处理器操作I/O接口是通过I/O接口的寄存器来实现的，因此这些寄存器必须有一个地址（I/O地址）。不同处理器有不同的编址方式，一是与存储器统一编址，二是有独立的I/O地址空间。 （1）统一编址。指I/O地址与内存储器统一编址，位于内存地址空间内，将存储器空间的一部分用于I/O地址空间，访问寄存器与访问存储器使用相同的指令。两种方案： （2）独立编址。独立编址方式设计了存储器地址空间和I/O地址空间，它们之间相互独立，采用不同的指令进行访问。I/O寄存器的实际地址也是基地址加上偏移量。如80X86系列处理器。存储器访问采用类似MOV这样的指令，I/O接口访问采用IN/OUT指令访问。