嵌入式系統基礎及知識及接口技術總結
(3)雙積分式A/D轉換法
其電路主要部件包括:積分器、比較器、計數器和標準電壓源。
其工作原理是,首先電路對輸入待測電壓進行固定時間的積分,然后換為標準電壓進行固定斜率的反向積分,反向積分進行到一定時間,便返回起始值。由于使用固定斜率,對標準電壓進行反向積分的時間正比于輸入模擬電壓值,輸入模擬電壓越大,反向積分回到起始值的時間越長。只要用標準的高頻時鐘脈沖測定反向積分花費的時間,就可以得到相應于輸入模擬電壓的數字量,也就完成了A/D轉換。
其特點是,具有很強的抗工頻干擾能力,轉換精度高,但轉換速度慢,通常轉換頻率小于10Hz,主要用于數字式測試儀表、溫度測量等方面。
(4)逐次逼近式A/D轉換法
其電路主要部件包括:比較器、D/A轉換器、逐次逼近寄存器和基準電壓源。
其工作原理是,實質上就是對分搜索法,和平時天平的使用原理一樣。在進行A/D轉換時,由D/A轉換器從高位到低位逐位增加轉換位數,產生不同的輸出電壓,把輸入電壓與輸出電壓進行比較而實現。首先使最高位為1,這相當于取出基準電壓的1/2與輸入電壓比較,如果在輸入電壓小于1/2的基準電壓,則最高位置0,反之置1。之后,次高位置1,相當于在1/2的范圍中再作對分搜索,以此類推,逐次逼近。
其特點是,速度快,轉換精度高,對N位A/D轉換器只需要M個時鐘脈沖即可完成,一般可用于測量幾十到幾百微秒的過渡過程的變化,是目前應用最普遍的轉換方法。
(5)A/D轉換的重要指標(有可能考一些簡單的計算)
A、分辨率:反映A/D轉換器對輸入微小變化響應的能力,通常用數字輸出最低位(LSB)所對應的模擬電壓的電平值表示。n位A/D轉換器能反映1/2n滿量程的模擬輸入電平。
B、量程:所能轉換的模擬輸入電壓范圍,分為單極性和雙極性兩種類型。
C、轉換時間:完成一次A/D轉換所需要的時間,其倒數為轉換速率。
D、精度:精度與分辨率是兩個不同的概念,即使分辨率很高,也可能由于溫漂、線性度等原因使其精度不夠高。精度有絕對精度和相對精度兩種表示方法。通常用數字量的最低有效位LSB的分數值來表示絕對精度,用其模擬電壓滿量程的百分比來表示相對精度。
例如,滿量程10V,10位A/D芯片,若其絕對精度為±1/2LSB,則其最小有效位LSB的量化單位為:10/1024=9.77mv,其絕對精度為9.77mv/2=4.88mv,相對精度為:0.048%。
6、D/A接口基本
(1)D/A轉換器使將數字量轉換為模擬量。
(2)在集成電路中,通常采用T型網絡實現將數字量轉換為模擬電流,再由運算放大器將模擬電路轉換為模擬電壓。進行D/A轉換實際上需要上面的兩個環節。
(3)D/A轉換器的分類:
A、電壓輸出型:常作為高速D/A轉換器。
B、電流輸出型:一般外接運算放大器使用。
C、乘算型:可用作調制器和使輸入信號數字化地衰減。
(4)D/A轉換器的主要指標:分辨率、建立時間、線性度、轉換精度、溫度系數。
7、鍵盤接口
(1)鍵盤的兩種形式:線性鍵盤和矩陣鍵盤。
(2)識別鍵盤上的閉合鍵通常有兩種方法:行掃描法和行反轉法。
(3)行掃描法是矩陣鍵盤按鍵常用的識別方法,此方法分為兩步進行:
A、識別鍵盤哪一列的鍵被按下:讓所有行線均為低電平,查詢各列線電平是否為低,如果有列線為低,則說明該列有按鍵被按下,否則說明無按鍵按下。
B、如果某列有按鍵按下,識別鍵盤是哪一行按下:逐行置低電平,并置其余各行為高電平,查詢各列的變化,如果列電平變為低電平,則可確定此行此列交叉點處按鍵被按下。
8、顯示接口
(1)LCD的基本原理是,通過給不同的液晶單元供電,控制其光線的通過與否,從而達到顯示的目的。
(2)LCD的光源提供方式有兩種:投射式和反射式。筆記本電腦的LCD顯示器為投射式,屏的背后有一個光源,因此外界環境可以不需要光源。一般微控制器上使用的LCD為反射式,需要外界提供電源,靠反射光來工作。電致發光(EL)是液晶屏提供光源的一種方式。
(3)按照液晶驅動方式分類,常見的LCD可以分為三類:扭轉向列類(TN)、超扭曲向列型(STN)和薄膜晶體管型(TFT)。
(4)市面上出售的LCD有兩種類型:帶有驅動電路的LCD顯示模塊,只要總線方式驅動;沒有驅動電路的LCD顯示器,使用控制器掃描方式。
(5)通常,LCD控制器工作的時候,通過DMA請求總線,直接通過SDRAM控制器讀取SDRAM中指定地址(顯示緩沖區)的數據,此數據經過LCD控制器轉換成液晶屏掃描數據格式,直接驅動液晶顯示器。
(6)VGA接口本質上是一個模擬接口,一般都采用統一的15引腳接口,包括2個NC信號、3根顯示器數據總線、5個GND信號、3個RGB色彩分量、1個行同步信號和1個場同步信號。其色彩分量采用的電平標準為EIA定義的RS343標準。
9、觸摸屏接口
(1)按工作原理分,觸摸屏可以分為:表面聲波屏、電容屏、電阻屏和紅外屏幾種。
(2)觸摸屏的控制采用專業芯片,例如ADS7843。
10、音頻接口
(1)基本原理:麥克風輸入的數據經音頻編解碼器解碼完成A/D轉換,解碼后的音頻數據通過音頻控制器送入DSP或CPU進行相應的處理,然后數據經音頻控制器發送給音頻編碼器,經編碼D/A轉換后由揚聲器輸出。
(2)數字音頻的格式有多種,最常用的是下面三種:
A、采用數字音頻(PCM):是CD或DVD采用的數據格式。其采樣頻率為44.1kHz。精度為16位時,PCM音頻數據速率為1.41Mb/s;精度為32位時為2.42 Mb/s。一張700MB的CD可以保存大約60分鐘的16位PCM數據格式的音樂。
B、MPEG層3音頻(MP3):MP3播放器采用的音頻格式。立體聲MP3數據速率為112kb/s至128kb/s。
C、ATSC數字音頻壓縮標準(AC3):數字TV、HDTV和電影數字音頻編碼標準,立體聲AC3編碼后的數據速率為192kb/s。
(3)IIS是音頻數據的編碼或解碼常用的串行音頻數字接口。IIS總線只處理聲音數據,其他控制信號等則需要單獨傳輸。IIS使用了3根串行總線:數據線SD、字段選擇線WS、時鐘信號線SCK。
(4)當接收方和發送方的數據字段寬度不一樣時,發送方不考慮接收方的數據字段寬度。如果發送方發送的數據字段小于系統字段寬度,就在低位補0;如果發送方的數據寬度大于接收方的寬度,則超過LSB的部分被截斷。字段選擇WS用來選擇左右聲道,WS=0表示選擇左聲道;WS=1表示選擇右聲道。此外,WS能讓接收設備存儲前一個字節,并準備接收下一個字節。
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