接口技术与硬件设计片内外设

     GPIO外设接口设计
     ――LED控制

     GPIO外设接口设计
     ――蜂鸣器

     GPIO外设接口设计
     ――模拟总线
     LPC2000系列部分芯片没有外部总线，当它们需要外接总线设备时就必须用GPIO模拟总线了。因为总线需要大量的信号线，而LPC2000的GPIO资源是宝贵的，所以模拟总线的设计的首要任务是节省GPIO的使用量，这就需要地址、数据总线复用了。

     UART、MODEM外设接口设计
     UART简介：
     通用异步收发器UART(即Universal Asynchronous Receiver and Transmitter)是用硬件实现异步串行通信的通信接口电路。UART异步串行通信接口是嵌入式系统最常用的接口，可用来与上位机或其它外部设备进行数据通信。
     LPC2000系列ARM7微控制器均具有两个UART，它们的结构及寄存器符合16C550工业标准。
     UART：
     是通用异步串行通信接口的总称，UART允许在串行链路上进行全双工的通信，输出/输入的电平为TTL电平。一般来说，全双工UART定义了一个串行发送引脚(TXD)和一个串行接收引脚(RXD)，可以在同一时刻发送和接收数据。
     16C500：
     是一种工业标准的UART，此类UART芯片内部集成了可编程的波特率发生器、发送/接收FIFO、处理器中断系统和各种总线状态错误检测电路等等，并具有完全的MODEM控制能力。
     RS232：
     是美国电子工业协会(EIA)制定的串行通讯标准，又称RS-232-C 。RS232是一个全双工的通讯标准，它可以同时进行数据接收和发送的工作。
     LPC2000系列ARM7微控制器包含有两个UART接口， 详细请参考5.10节。使用UART时，数据位的宽度是由波特率而定。

      如果要使用UART0与RS232接口的设备进行基本的通讯，那么就需要一个RS232转换器将TTL电平转换成RS232电平。

     LPC2000系列ARM7微控制器的UART1带有完整的调制解调器(MODEM)接口，只要使用SP3243ECA转换芯片将信号转换成RS232电平，即可与MODEM连接，控制MODEM拔号、通讯等等。

     2C总线接口
     I2C BUS（Inter IC BUS）是Philips推出的芯片间串行传输总线，它以2根连线实现了完善的全双工同步数据传送，可以极方便地构成多机系统和外围器件扩展系统。I2C总线采用了器件地址的硬件设置方法，通过软件寻址完全避免了器件的片选线寻址方法，从而使硬件系统具有最简单而灵活的扩展方法。详细信息请参看5.12节。

     ――名词解释
     发送器：本次传输中发送数据到总线的器件；
     接收器：本次传输中从总线接收数据的器件；
     主机：初始化发送、产生时钟信号和终止发送的器件，它可以是发送器或接收器。主机通常是微控制器；
     从机：被主机寻址的器件，可以是发送器或接收器。

     ――总线信号

     ――常用I2C器件
     随着I2C总线技术的推出。很多电子厂商都推出了许多带I2C总线接口的器件，大量应用于视频、音像及通讯等领域。表6.2给出了常用的通用I2C接口的种类、型号及寻址字节。

     ――ZLG7290
     ZLG7290为键盘和LED驱动器，它提供了I2C串行接口和键盘中断信号,方便与处理器连接；可驱动8位共阴数码管或64只独立LED和64个按键, 可控扫描位数以及可控任一数码管闪烁，提供数据译码和循环移位、段寻址等控制，8个功能键可检测任一键的连击次数，无需外接元件即可直接驱动LED即可扩展驱动电流和驱动电压。下图为ZLG7290的引脚排列。

     ――CAT24WC02
     CAT24WC02是一款I2C总线接口的E2PROM器件，其引脚如下图所示。

     CAT24WC02的I2C总线地址的高4位固定为1010，低四位由A2、A1和A0决定。当A2A1A0引脚悬空时，默认值为000。
     ――I2C应用示例
     LPC2000系列微控制器都提供了硬件I2C总线接口和I2C总线控制器。由于LPC2000微控制器的SDA和SCL端口为开漏输出，所以必须在SDA和SCL线上分别外接一个上拉电阻。
     该示例利用LPC2000微控制器作为I2C总线的主机，在总线上挂接着两个I2C器件作为从机，分别为E2PROM器件CAT24WC02和键盘和LED驱动器ZLG7290。R46和R48即为I2C总线上的两个上拉电阻。

     SPI总线接口
     SPI（Serial Peripheral Interface――串行外设接口）总线系统是一种同步串行外设接口，允许MCU与各种外围设备以串行方式进行通信、数据交换。外围设备包FLASH、RAM、A/D转换器、网络控制器、MCU等。SPI系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件直接接口，一般使用4条线：串行时钟线SCK、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOSI和低电平有效的从机选择线SSEL（有的SPI接口芯片带有中断信号线INT，有的SPI接口芯片没有主机输出/从机输入数据线MOSI）。详细信息参看5.13节。
     ――引脚描述
     SCK串行时钟，用于同步SPI接口间数据传输的时钟信号。该时钟总是由主机驱动并且从机接收；
     SSEL从机选择，SPI从机选择信号是一个低有效信号，用于指示被选择参与数据传输的从机。每个从机都有各自特定的从机选择输入信号。在数据处理之前，SSEL必须为低电平并在整个处理过程中保持低电平。如果在数据传输中SSEL信号变为高电平，传输中止；
     MISO主入从出，该信号是一个单向的信号，它将数据从从机传输到主机。当器件为从机时，串行数据从该端口输出；当器件为主机时，串行数据从该端口输入；当从机没有被选择时，将该信号驱动为高阻态；
      MOSI主出从入，该信号是一个单向的信号，它将数据从主机传输到从机。当器件为主机时，串行数据从该端口输出；当器件为从机时，串行数据从该端口输入。
     ――发送与接收
     将数据写到SPI发送缓冲区后，时钟信号SCK的1次作用对应一位数据的发送(MISO)和另一位数据的接收（MOSI）；在主机中数据从移位寄存器中自左向右发出送到从机（MOSI），同时从机中的数据自右向左发到主机（MISO），经过8个时钟周期完成1个字节的发送。输入字节保留在移位寄存器中，然后从接收缓冲区中读出一个字节的数据。

     ――总线连接
     SPI总线可在软件的控制下构成各种简单的或复杂的系统，如：1个主MCU和几个从MCU；几个从MCU相互连接构成多主机系统（分布式系统）；1个主MCU和1个或几个从I/O设备。
     大多数应用场合中，使用1个MCU作为主机，它控制数据向1个或几个从外围器件的传送。从器件只能在主机发命令时才能接收或向主机传送数据。其数据的传输格式通常是高位（MSB）在前，低位（LSB）在后，在一些增强型的MCU中高位在前或低位在前都是可通过软件设置的，如LPC2000系列微控制器。

     ――应用示例

     在把SPI与几种不同的串行I/O芯片相连时，应特别注意这些串行I/O芯片的输入输出特性。
     (1) 输入芯片的串行数据输出是否有三态控制端。平时未选中芯片的输出端应处于高阻态。若没有三态控制端，应外加三态门。否则MCU的MISO端只能连接1个输入芯片。
     (2) 输出芯片的串行数据输入是否有允许控制端。即应该只有在这片芯片允许时，SCK脉冲才把串行数据移入该芯片；芯片禁止时，SCK对芯片无影响。若没有允许控制端，应在外部用门电路 对SCK进行控制后，再加到芯片的时钟输入端，或者SPI只连接1个芯片，不能再连接其它输入或输出芯片。

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• 2016-10-24接口技术与硬件设计片内外设