總結嵌入式系統基礎—下篇
第四章 外圍設備
——>通過I/O口控制外部設備絕不像有些讀者想像的去驅動一組發光二極管那么簡單。在單片機的后向通道控制系統中，常用斷電器控制器件功率
——>測量和控制是單片機系統一個非常重要的應用領域。典型的應用模式是通過傳感器采集現場的微弱信號參數，經過數據處理后再通過A/D模數轉換送到單片機系統進行各種工業調節和控制。
——>在單片機系統中，與傳感器的接口通常稱之為前向通道接口
——>繼電器：單片機應用中，開關量都通過單片機I/O口或擴展I/O口輸出來的，這些I/O口的驅動電流往往不足以驅動一些功率開關往往需要用到一些特殊的設備來控制大功率的器件
——>繼電器：一種器件，它們響應小的電流或者電壓變化，激活電路中的開關或者其他設備。可以用于遠程地切換信號或電源
——>繼電器分為機械繼電器和固態繼電器
——>機械繼電器：驅動器的選擇要根據繼電器的吸合電流而定，即驅動器的電流一定要大于繼電器的吸合電流。繼電器的選擇是根據的需要，結合負載電流，負載功率選擇合適的繼電器
——>固態繼電器：固態繼電器是一種新型的無觸點電子繼電器，輸入端只需極小的控制電流，輸出則用雙向的晶閘管控制負載，輸入、輸出均通過內部光電耦合器隔離;具有外界元器件少、控制電壓低、電流小、搞干擾性強、易于與單片機接口的特點
——>繼電器的實際使用中，我們需要注意的關鍵問題主要有兩點：一是功率驅動，二是抗干擾
——>A/D轉換器：傳感器將自然界獲得的模擬信號轉換成MCU能識別的電信號，也就是我們常說的AD轉換;除了要選合適的傳感器以外，還要將傳感器采集來的微弱的信號放大
——>設計軟件的時候要注意：片選(CS)脈沖要在每次的開始處，或者在轉換時序的開始處變化一次后保持CS為低，直到時序結束
——>信號量可以分為模擬信號量和數字信號量。模擬信號量是連續變化的信號，在自然界中，存在著大量的信號量
——>傳感器：能夠感知外界的信息并能按照一定的規律將這些轉換成可用的信號裝置。簡單地說就是一種將物理量或化學量轉化成可利用的電信號器件
——>MCU相當于人的大腦，傳感器就相當于人的各式各樣的感覺器官。傳感器將從自然界中獲取到的信息傳給“大腦”。然后大腦進行“分析、判斷、決斷”
——>自然界中物體只要它本身溫度高于絕對零度又低于500度，就會成為紅外線輻射源;許多物質對可見光是透明體，但對有些紅外光是不透明體，反過來也一樣。
——>紅外傳感器：紅外傳感器主要用來檢測是否有障礙物，一般由兩只紅外管構成的，一只發射，一只接收
——>灰度傳感器：所謂灰度也可認為是亮度，簡單的說就是色彩的深淺程度。根據反射光的強度，可以判斷出物體的灰級程度
——>亮度傳感器：亮度傳感器可以是一個簡單的光敏電阻，其原理與熱敏電阻類似，阻值隨著外界亮度的不同而發生變化，使用時也必須事先確定阻值和亮度的對應關系;只要這個傳感器可以“看到”LED，就表示一切正常，一旦光被擋住，你就可以知道有人或別的物體從傳感器和LED之間經過
——>超聲波傳感器：按其工作原理可分為壓電式、磁致伸縮式、電磁式等，以壓電式最為常用
——>溫度傳感器：溫度傳感器的應用范圍很廣，最顯著的例子就是環境監控或氣象站，不過也可以拿來感應室內的溫度，并對加熱或制冷系統進行適當的控制，將其和數據記錄儀相連，你就擁有一個溫度記錄器
——>最常用的電阻溫度傳感器，電阻的阻值隨著溫度的變化而變化
——>根據原理的不同主要分為半導體熱電偶傳感器、PN結溫度傳感器和集成溫度傳感器
——>熱電偶傳感器主要原理是：兩種不同的材質連在一起，對這個連接點進行加熱，在它們的不加熱部位就會出現電位差，而這種電位差與它們在不加熱點的溫度和它們的材質有關
——>PN結溫度傳感器利用半導體材料和器件的某些性能參數的溫度依賴性，實現對溫度的檢測，控制和補償的功能
——>隨著外界溫度的不同，熱敏電阻的阻值會發生相應變化，這時輸入MCU的A/D轉換通道的電壓值也跟著發生變化;熱敏電阻只能作為精度不高的溫度測試工具
——>溫度傳感器：最簡單的溫度傳感器為濕敏電阻或者濕敏電阻
——>濕敏電阻的特點是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時，元件的電阻率和電阻值都發生變化，利用這一特性即可測量溫度。而濕敏電容一般是高分子薄膜電容制成的，當環境發生改變時，濕敏電容的介電常數發生變化，使其電容量也發生變化，其電容變化量與相對溫度成正比
——>磁卡(Magnetic Card)是一種卡片狀的磁性記錄介質，與各種讀卡器配合作用
——>以前在磁卡上應用的安全技術，如水印技術、全息技術、精密磁記錄技術等，隨著時間的推移其相對安全性已大為降低
——>IC卡(芯片型智能卡的一種)則是通過芯片上寫有的密鑰參數進行識別的。IC卡在使用時，必須要通過與讀寫設備間特有的雙向密鑰認證。
——>把適合的存儲卡當作一個可移動存儲器，從而可以通過讀卡器讀寫存儲卡
——>按所兼容存儲卡的各類分可以分為CF卡讀卡器、SM卡讀卡呂、PCMICA卡讀卡器以及記憶棒讀寫器等
——>液晶顯示器(Liquid Crystal Display，LCD)基本特點
1.低電壓微功耗，液晶顯示器件為電池供電的電子設備的首先顯示器件
2.平板型結構
3.使用壽命長
4.被動顯式。對LCD來說，環境光線越強顯示內容越清晰。人眼所感受的外部信息90%以上是外部物體對光的反射，而不是物體本身發光，所以被動顯式更適合人的視覺習慣，更不容易引起疲勞。這在信息量大、顯示密度高、觀看時間長的場合顯得更重要
5.顯示信息量大且易于彩色化
6.無電磁輻射
——>從程序員角度來說，LCD的顯示接口與編程是面向HD44780的，只在了解HD44780的編程結構即可進行LCD的顯示編程
——>鍵盤是由若干個熱鍵組成的開關矩陣，它是最簡單的MCU的數字量輸入設備。鍵盤的基本電路為接觸開關
——>獨立方式：獨立方式是指將每個按鍵按一對一的方式直接拉到I/O輸入線上;讀鍵值時直接讀I/O口，每一個鍵的狀態通過讀入鍵值來反映，所以也稱這種方式為一維直讀方式，按習慣稱為獨立式;這種方式查鍵實現簡單，但占用I/O資源較多，一般在鍵的數量較少時候使用
——>矩陣方式：矩陣方式是用n條I/O線組成行輸入口，m條I/O線組成列輸出口，在行列線的每一個交點上設置一個按鍵;這種方式占用I/O線較少，在實際應用系統中采用較多
——>設計鍵盤的時候，通常小于4個按鍵的應用，可以使用獨立式接口。如果多于4個按鍵，為了減少處理器的I/O端口的占用，可以使用矩陣式鍵盤
——>鍵的識別：若鍵盤上閉合鍵的識別由專用硬件實現，稱為編碼鍵盤;而靠軟件實現的稱為未編碼鍵盤
——>識別是否有鍵被按下，主要有查詢法、定時掃描法與中斷法等。而要識別鍵盤上哪個鍵被按下主要有行掃描法與行反轉法
——>抖動問題：當手按下鍵時，會出現所按的鍵在閉合位置和斷開位置之間跳幾下才穩定到閉合狀態的情況，當釋放一個按鍵時也會出現類似情況，這就是抖動問題
——>在軟件上，解決抖動的方法通常是延遲等待抖動的消失或多次識別判定
——>重鍵問題：所謂重鍵問題就是有兩個及兩個以上按鍵同時處于閉合狀態的處理問題，在軟件上，處理重鍵問題通常有連鎖法與巡回法
——>當鍵盤上某一個閉合時，則該所對應的行線與列線短路
——>把列線n1~n4拉到MCU的輸入口，行線m1~m4拉到MCU的輸出口
——>逐行逐列檢查鍵盤狀態的過程稱為對鍵盤的一次掃描。
——>CPU可隨時響應鍵輸入請求。也可以采用中斷方式，當鍵盤上有鍵閉合時，向CPU請求中斷
第五章 總線
——>異步傳輸標準接口。通常RS-232接口以9個接腳(DB-9)或是25個接腳(DB-25)的型態出現，一般個人計算機上會有兩級RS-232接口，分別稱為COM1和COM2;RS是英文“推薦標準”的縮寫
——>RS232C傳輸的數據位的電壓電平是相對于本地的地，它的高電平是負電壓，而低電平是正電壓
——>目前幾乎所有計算機上的串行口都是9芯接口
——>精簡的RS-232通信，通信時僅使用3根線：RxD(接收線)、TxD(發送線)和GND(地線)
——>若用RS-232C總線進行串行通信，則需外接電路實現電平轉換
——>RS-485接口具有良好的抗噪聲干擾性，長的傳輸距離和多站能力等優點使其成為首選的串行接口
——>USB是一種高速總線。設備能夠自動向計算機主機表明身份，而且可以熱切換
——>USB網絡的基本拓撲結構是星型的，一個USB系統由一個或多個USB設備(外設)、一個或多個集線器(hub)和一個主機(控制計算機)組成。計算機主機有時又叫做主控制器，在一個USB網絡中只能有一個主機;集線器用來擴展USB網絡
——>每個USB連接頭內擁有4個引腳：其中2個用作傳遞差動數據，另2個為USB設備提供電源
——>LIN(Local Interconnect Network 局域互連網絡)是一種低成本的總線網絡。主要用于汽車中某些對通信速率需要不高的場合，能夠解決汽車內因導線過多所帶來的許多問題
——>RJ45接口(又稱水晶頭)常用于數據傳輸，共有八芯做成
——>做水晶頭時，使水晶頭的彈片朝外，入線口朝下，從左到右，遵循上面的線序，充分插入線，然后用駁線鉗夾一下，就可以了
——>成對扭絞的作用是盡可能減少電磁輻射與外部電磁干擾的影響
——>在數據的傳輸中，為了減少和抑制外界的干擾，發送和接收的數據均以差分方式傳輸，即每一對線互相扭在一起傳輸一路差分信號(這也是雙絞線名稱的由來)
——>所謂的差分信號：是指一根線以正電平方式傳輸，另外一根線以負電平方式傳輸同一信號，當線路中出現干擾信號時，其對兩根線的影響是相同的，因而在接收端還原差分信號時就可以屏蔽掉該干擾信號
——>每對線進行雙絞的目的是為了抑制干擾信號，提高傳輸質量;因而我們的制作雙絞線的接頭時，一定不要將傳輸差分信號的一對線分開，否則將大大影響網絡的傳輸質量
第六章 規范
——>從本質上講，在一個電路原理圖上有兩類對象：元件和網標(net)。網標表明元件之間是如何連接的。有元件名和元件類型;注意：在電路原理圖在元件的元件類型可省，但元件名不能省略并且不可重名
——>對同種類型的元件命名時常用的做法是冠以同前綴。例如，電阻的前綴為R，電容的前綴為C，電感的前綴為L，二極管的前綴為D，晶體管為O，連接器和跳線器為J，半導體的前綴通常為U，但也常用元件名來直接命名
——>電源部分：在計算電源總功率時要考慮一定的余量，可取2倍;考慮使用電源模塊還是外接電源的方式提供工作電源
——>開關量輸入：開關量輸入一定要保證高低電壓分明，理想情況下高電平就是電源電壓，低電平就是地的電平
——>開關量輸出：開關量輸出的基本原則是保證輸出高電平接近電源電壓，低電平接近在電平
——>繪制原理圖的基本要求
1.A4紙
2.不使用網格，底色為白色
3.每個模塊獨立畫出，用虛線框框好，分清輸入輸出，左側輸入右側輸出
4.每個模塊要標注模塊名
5.MCU最小系統不能做任何更改，各系統中的相同MCU的最小系統保持一致
6.以MCU為中心擴展其它模塊，形成分級結構
7.對外接口的設計，盡可能采用防止反插的接口
8.每個電路板都應該設計有電源指示燈，運行指示燈，故障指示燈等表達電路的運行狀態
9.電路繪制完成后，不要忘記要填寫版權框中的有關信息
——>PCB(Printed Circuit Board)，中文名稱為印刷線路板，簡稱印制板
——>電路板最佳形狀是矩形，長寬比為3：2或4：3
——>元件封裝:是指實際的電子元器件或集成電路的外型尺寸、管腳的直徑及管腳的距離等，它是使元件引腳和印刷電路板上的焊盤一致的保證
——>元件放置的順序：先放置與結構有緊密配合的固定位置的元器件;接著放置線路上的特殊元件和大的元器件;最后放置小器件
——>平放：當電路元件數量不多，而且電路板尺寸較大的情況下，一般是采用平放比較好
——>豎放：當電路元件較多時，而且電路板尺寸不大的情況下，一般采用豎放
——>集成電路座應該盡可能將定位槽放置方向一致
6.4 面向硬件構件底層驅動程序要求
——>獨立編程的實體就是硬件構件，硬件構件分為內部構件和外部構件，內部構件如系統初始化、定時器、Flash、串口等，外部構件如LED、形狀、按鈕、電機等
——>對每個硬件構件編寫獨立的驅動程序：每個構件對應一個頭文件和源文件，如果構件是外部構件，則要在頭文件中用宏定義構件接在哪個腳上，頭文件只聲明供外部調用的功能函數;也就是說，其他人只要看頭文件函數聲明就知道如何使用此構件而無需去看源文件去閱讀代碼
——>一般函數的命名規則是：構件_功能
——>如果一個函數只供構件功能函數內部調用，則此函數在源文件里面聲明和實現，不出現在頭文件里，并聲明為static函數
——>如果一個全局變量只供某模塊使用，則可以把此全局變量定義為static
——>模塊函數就實現此模塊要實現的功能，模塊內部之間不能相互調用;可以通過返回值告訴高端，讓高端根據返回值來決定是否調用串口子程序
——>返回值問題：如果只返回一個基本類型的返回值，則用返回值返回此值也可;如果返回一個復雜類型的返回值，比如一個struct結構體，則用返回值返回的話要進行復制，開銷很大，此時用傳地址方式返回;如果返回的值很多，可以把這些值定義在一個struct里面，通過指針形式返回
——>函數命名要合理，所有的函數代碼編寫方式有一個統一的風格，注意對齊
——>盡量用效率高的方式編碼，比如乘除可以用移位來實現
——>驅動程序一般在兩個地方調用：一個是main函數，一個是中斷處理函數
——>變量分為全局變量、堆棧變量、函數內靜態變量、文件內靜態變量和寄存器變量
——>寄存器變量是當某個變量頻繁使用很多次的時候為了避免每次從內在中讀它，而把它放在寄存器中來改變性能
——>如果一個變量只有函數中使用，并且要一直存在，則命名為函數內靜態變量，如果一個函數只在某個源文件中使用，此源文件各個函數通過此變量來通信，則此變量命名為文件內靜態變量
——>全局變量前面加前綴g，靜態變量前面加前綴s，寄存器變量前面加前綴r;不管使用何種命名寫法，全局要統一一致，不能兩種混合使用
6.5 硬件驅動模塊的測試要求
——>對于已經設計好的驅動模塊，必須經過嚴格的測試后才能使用;同時，測試過程要以目錄的形式保留下來，用于備案
——>對于有可視結果的模塊先行測試
——>測試只能證明錯誤的存在，而不能證明錯誤的不存在
——>不能簡單的直接在無可視執行結果的模塊的測試中直接修改
——>用于測試驅動模塊的工程中，必須要有一個用于記錄測試信息的文本文件，記錄的內容包括測試人，測試時間、測試結果及意見等相關信息
——>通過把測試用例放到靜態變量中，然后不斷修改靜態變量，實現了自動對測試用例的覆蓋測試
——>可使用輔助測試工具測試
編輯：admin 最后修改時間：2018-05-19
