第5章 嵌入式系统输入输出设备接口

嵌入式系统的输入输出技术嵌入式系统是指以特定应用为目的的计算机系统，它通常包含有限的资源和严格的时间约束。

嵌入式系统普遍应用于消费电子、医疗设备、交通运输、工业控制、航空航天等领域，其计算性能、功耗和体积等特征都需要满足特定的要求。

在嵌入式系统中，输入输出技术是一项非常关键的技术，它涉及到与外界交互的各种方式，例如键盘、显示器、传感器、执行器等等。

本文将介绍嵌入式系统的输入输出技术，包括串口、GPIO、SPI、I2C、USB等几种主要的技术。

串口技术串口是一种基于异步通信的通信方式，它采用了串行传输的方式，通常用于连接嵌入式设备和其他设备。

串口技术属于基础技术，它的优点是通用性强，成本低，使用简单。

常见的串口包括RS232、RS485、UART等等。

在嵌入式系统中，串口通常用于进行调试、控制和数据传输等。

GPIO技术GPIO是英文General Purpose Input/Output的缩写，它是数字电路的基本组成部分，主要用于控制和监测系统中的外设。

GPIO技术的优点是通用性强，支持多种操作方式，可以灵活的连接各种外设。

在嵌入式系统中，GPIO技术常被用于LED指示灯、开关、按钮、蜂鸣器等设备的驱动和输入输出。

SPI技术SPI是英文Serial Peripheral Interface的缩写，它是一种同步串行通信的方式，一般用于连接主控器和芯片外设，如存储器、传感器、显示器等。

SPI技术的优点是速度快，支持全双工通信，可以连接多个外设。

在嵌入式系统中，SPI技术常用于连接各种存储器、数字信号处理器、传感器等设备。

I2C技术I2C是英文Inter-Integrated Circuit的缩写，它是一种同步串行通信的方式，通常用于连接微控制器、EEPROM、实时时钟、传感器等芯片。

I2C技术的优点是速度比SPI慢，但是设备可以带有独立地址和多控制器书写能力，可以连接多个外设。

在嵌入式系统中，I2C技术被广泛应用于连接各种传感器、存储器、IO扩展器等设备。

输入输出设备及接口技术1. 概述输入输出设备和接口技术是计算机系统中必不可少的组成部分，它们负责将用户输入的指令和数据传递给计算机系统，并将计算机系统处理的结果输出给用户。

本文将介绍常见的输入输出设备以及它们所使用的接口技术。

2. 输入设备2.1 键盘键盘是计算机最常见的输入设备之一，它通过按键输入字符和控制命令。

键盘通常使用PS/2或USB接口与计算机主机相连。

PS/2接口在过去常用于连接键盘，而现在USB接口已经成为主流。

2.2 鼠标鼠标是计算机常用的指针输入设备，通过移动鼠标来控制屏幕上的光标位置。

鼠标通常使用PS/2或USB接口与计算机主机相连。

现在许多计算机还配备了触摸板或触摸屏，用于替代鼠标进行输入操作。

2.3 扫描仪扫描仪是一种将纸质文档转换成数字化图像的设备。

它通常使用USB接口与计算机主机连接，可以直接将扫描的图像文件保存到计算机或传输到其他设备。

2.4 麦克风麦克风是计算机中常用的音频输入设备，它可以将声音转换为电信号，并输入到计算机中进行处理。

麦克风通常使用3.5mm音频接口或USB接口与计算机主机相连。

3. 输出设备3.1 显示器显示器是计算机中最常见的输出设备之一，它用于显示计算机处理的图像和文本信息。

显示器通常使用VGA、HDMI、DisplayPort等接口与计算机主机相连。

3.2 打印机打印机是一种将电子文档转换为纸质文档的输出设备。

常见的打印机有喷墨打印机、激光打印机等，它们通常使用USB接口或网络接口与计算机主机相连。

3.3 音箱/耳机音箱和耳机是用于输出计算机产生的音频信号的设备。

它们通常使用3.5mm音频接口或USB接口与计算机主机相连。

3.4 显卡显卡是计算机系统中负责控制显示器输出的重要组成部分。

显卡通常使用PCIe接口与计算机主机连接，并通过显卡接口将信号传递给显示器。

4. 接口技术4.1 USB接口USB（Universal Serial Bus）是现代计算机系统中最常用的接口之一。

嵌入式系统原理与应用课后答案1. 第一章答案：a. 嵌入式系统是嵌入到其他系统中的小型电子系统，一般具有特定的功能和任务。

它以硬件和软件的结合形式存在。

b. 嵌入式系统具有实时性、可靠性和可扩展性的要求，并且一般运行在资源受限的环境中。

c. 嵌入式系统可分为实时嵌入式系统和嵌入式控制系统两种类型。

d. 实时嵌入式系统需要按照严格的时间要求完成任务，可以分为硬实时和软实时系统。

2. 第二章答案：a. 嵌入式系统的硬件平台由微处理器、存储器、总线、输入输出设备等组成。

b. 嵌入式系统的硬件平台性能指标包括：处理器的主频、存储器的容量和带宽、总线的带宽和响应时间、输入输出设备的性能等。

c. 嵌入式系统的软件平台由操作系统、应用软件和驱动程序等组成。

d. 实时操作系统是嵌入式系统的核心软件，它可以提供任务调度、资源管理、中断处理等功能。

3. 第三章答案：a. 嵌入式系统的开发流程包括需求分析、系统设计、硬件设计、软件设计、系统集成和测试等阶段。

b. 嵌入式系统开发中常用的设计工具包括仿真工具、编译工具、调试工具和测试工具等。

c. 嵌入式系统的设计方法可以分为自顶向下设计和自底向上设计两种。

d. 自顶向下设计是先定义系统的整体结构，再逐步详细设计每个组件的功能和接口。

e. 自底向上设计是先设计每个组件的功能和接口，再逐步将它们组合起来形成系统。

4. 第四章答案：a. 嵌入式系统的程序设计语言可以分为汇编语言、高级语言和特定领域语言三种。

b. 汇编语言是一种低级语言，使用机器指令来编写程序，可以直接控制硬件。

c. 高级语言是一种抽象层次较高的语言，使用类似自然语言的语法来编写程序，更易理解和维护。

d. 嵌入式系统常用的高级语言包括C语言和C++语言。

e. 特定领域语言是一种专门为某种特定应用领域设计的语言，具有特定领域的特性和功能。

5. 第五章答案：a. 嵌入式系统的编程模型可以分为裸机编程和操作系统编程两种。

1、熟悉 GPIO 内部结构和工作模式、2、掌握基于库函数的开发方法3、掌握 GPIO 输入输出控制STM32 固件库向下实现与寄存器的直接相关操作， 向上为用户提供配置寄存 器的标准接口。

Typedef struct {U16 GPIO_Pin;GPIOSpeed_TypeDef GPIOMode_TypeDef } GPIO_InitTypeDef; GPIO_SetBits GPIO_Speed; GPIO_Mode;1LCDGPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_8); //PA8=1 ，背光灯亮；GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_8); //PA8=0 ，背光灯灭。

（1）复制创建的工程模板文件夹到桌面，并将文件夹改名为“LCD 背光控制”。

将原工程模板编译一下，直到没有错误和警告为止。

（2）在main.c 文件中输入如下源程序，对GPIO 管脚进行初始化，给PA.8 引脚赋值控制LCD 背光亮灭。

编译工程，如没有错误，则会在output 文件夹中生成“工程模板.hex”文件，如有错误则修改源程序直至没有错误为止。

（3）将生成的目标文件通过ISP 软件下载到开发板微控制器的FLASH 存储器当中，复位运行，检查实验效果。

LED在STM32 的工程里添加用户自己的.c 和.h 文件，保存在外设文件夹内。

（1）新建led.c 和led.h 文件并将其保存在APP 文件夹led 目录中。

（2）编写led.c 源代码，保存。

（3）编写led.h 源代码，保存在MDK 中设置包含头文件路径。

（4）编写主函数，完成LCD 背光控制。

单片机的输入输出设备接口1. 简介在嵌入式系统开发中，单片机是最常用的核心处理器之一。

单片机通过输入输出设备接口与外部设备进行通信，实现数据的输入和输出。

本文将介绍常见的单片机输入输出设备接口，包括数字输入输出口、模拟输入输出口、串行通信接口等。

2. 数字输入输出口（GPIO）数字输入输出口（General Purpose Input Output，简称GPIO）是一种常见的单片机输入输出设备接口。

它可以通过程序控制对内部资源的输入和输出。

单片机的GPIO包括多个引脚，每个引脚可以作为输入口或输出口使用。

在使用过程中，我们可以通过将引脚设置为输入模式或输出模式，并通过编程对引脚进行读写操作。

2.1. 输入模式在输入模式下，GPIO可以用作输入接口，接收外部设备的信号。

在单片机中，通常使用输入状态寄存器（Input Status Register）来存储外部信号的状态。

当外部设备产生一个高或低电平信号时，单片机可以通过读取输入状态寄存器来获取该信号的状态。

2.2. 输出模式在输出模式下，GPIO可以用作输出接口，控制外部设备的状态。

在单片机中，通常使用输出数据寄存器（Output Data Register）来存储输出数据。

通过向输出数据寄存器写入高或低电平信号，单片机可以控制外部设备的状态。

3. 模拟输入输出口（ADC和DAC）除了数字输入输出口，单片机还可以提供模拟输入输出口。

模拟输入输出口分为模拟数字转换器（ADC）和数字模拟转换器（DAC）两种。

3.1. 模拟数字转换器（ADC）模拟数字转换器（Analog-to-Digital Converter，简称ADC）可以将模拟信号转换为数字信号。

通过电压分压、采样等方法，单片机的ADC模块可以将外部模拟信号转换为数字量，供单片机进行处理和分析。

3.2. 数字模拟转换器（DAC）数字模拟转换器（Digital-to-Analog Converter，简称DAC）可以将数字信号转换为模拟信号。