嵌入式系统输入输出设备接口培训教材

第第5章章 嵌入式系统输入输出设备接口嵌入式系统输入输出设备接口5.1 GPIO（通用输入（通用输入/输出接口）输出接口）5.1.1 GPIO原理与结构nGPIO（General Purpose I/O，通用输入/输出接口）也称为并行I/O（parallel I/O），是最基本的I/O形式，由一组输入引脚、输出引脚或输入/输出引脚组成，CPU对它们能够进行存取操作。有些GPIO引脚能够通过软件编程改变输入/输出方向。n一个双向GPIO端口（D0）的简化功能逻辑图如图5.1.1所示，图中PORT为数据寄存器和DDR（Data Direction Register）为数据方向寄存器。图5.1.1 双向GPIO功能逻辑图nDDR设置端口的方向。如果DDR的输出为1，则GPIO端口为输出形式；如果DDR的输出为零，则GPIO端口为输入形式。写入WRDDR信号能够改变DDR的输出状态。DDR在微控制器地址空间中是一个映射单元。这种情况下，如果需要改变DDR，则需要将恰当的值置于数据总线的第0位（即D0），同时激活WRDDR信号。读DDR，就能得到DDR的状态，同时激活RDDDR信号。n如果设置PORT引脚端为输出，则PORT寄存器控制着该引脚端状态。如果将PORT引脚端设置为输入，则此输入引脚端的状态由引脚端上的逻辑电路层来实现对它的控制。对PORT寄存器的写操作，需要激活WRPORT信号。PORT寄存器也映射到微控制器的地址空间。需指出，即使当端口设置为输入时，如果对PORT寄存器进行写操作，并不会对该引脚产生影响。但从PORT寄存器的读出，不管端口是什么方向，总会影响该引脚端的状态。5.1.2 S3C2410A输入输出端口编程实例nS3C2410A共有117个多功能复用输入输出端口（I/O口），分为端口A端口H共8组。为了满足不同系统设计的需要，每个I/O口可以很容易地通过软件对进行配置。每个引脚的功能必须在启动主程序之前进行定义。如果一个引脚没有使用复用功能，那么它可以配置为I/O口。注意：端口A除了作为功能口外，只能够作为输出口使用。n在S3C2410A中，大多数的引脚端都是复用的，所以对于每一个引脚端都需要定义其功能。为了使用I/O口，首先需要定义引脚的功能。每个引脚端的功能通过端口控制寄存器（PnCON）来定义（配置）。与配置I/O口相关的寄存器包括：端口控制寄存器（GPACONGPHCON）、端口数据寄存器（GPADATGPHDAT）、端口上拉寄存器（GPBUPGPHUP）、杂项控制寄存器以及外部中断控制寄存器（EXTINTN）等。S3C2410A的I/O口配置情况请参考第3章如表3.4.13.4.7所列。n下面介绍一个通过G口的控制发光二极管LED1和LED2轮流闪烁I/O口编程实例徐英慧。n对I/O口的操作是通过对相关各个寄存器的读写实现的。要对寄存器进行读写操作，首先要对寄存器进行定义。有关I/O口相关寄存器的宏定义代码如下：/Port A控制寄存器#definerGPACON（*（volatile unsigned*）0 x56000000）/Port A数据寄存器#definerGPADAT（*（volati1e unsigned*）0 x56000004）/Port B控制寄存器#definerGPBCON（*（volatile unsigned*）0 x56000010）/Port B数据寄存器#definerGPBDAT（*（volatile unsigned*）0 x56000014）/Port B上拉电阻禁止寄存器#definerGPBUP （*（volatile unsigned*）0 x56000018）/Port C控制寄存器#definerGPCCON（*（volatile unsigned*）0 x56000020）/Port C数据寄存器#definerGPCDAT（*（volatile unsigned*）0 x56000024）/Port C上拉电阻禁止寄存器#definerGPCUP （*（volatile unsigned*）0 x56000028）/Port D控制寄存器#definerGPDCON（*（volatile unsigned*）0 x56000030）/Port D数据寄存器#definerGPDDAT（*（volatile unsigned*）0 x56000034）/Port D上拉电阻禁止寄存器#definerGPDUP （*（volatile unsigned*）0 x56000038）/Port E控制寄存器#definerGPECON（*（volatile unsigned*）0 x56000040）/Port E数据寄存器#definerGPEDAT（*（volatile unsigned*）0 x56000044）/Port E上拉电阻禁止寄存器#definerGPEUP （*（volatile unsigned*）0 x56000048）/Port F控制寄存器#definerGPFCON（*（volatile unsigned*）0 x56000050）/Port F数据寄存器#definerGPFDAT（*（volatile unsigned*）0 x56000054）/Port F上拉电阻禁止寄存器#definerGPFUP （*（volatile unsigned*）0 x56000058）/Port G控制寄存器#definerGPGCON（*（volati1e unsigned*）0 x56000060）/Port G数据寄存器#definerGPGDAT（*（volatile unsigned*）0 x56000064）/Port G上拉电阻禁止寄存器#definerGPGUP （*（volatile unsigned*）0 x56000068）/Port H控制寄存器#definerGPHCON（*（volatile unsigned*）0 x56000070）/Port H数据寄存器#definerGPHDAT（*（volatile unsigned*）0 x56000074）/Port H上拉电阻禁止寄存器#definerGPHUP （*（volatile unsigned*）0 x56000078）n要想实现对G口的配置，只要在地址0 x5600 0060中给32位的每一位赋值就可以了。如果G口的某个引脚被配置为输出引脚，在PDATG对应的地址位写入1时，该引脚输出高电平；写入0时该引脚输出低电平。如果该引脚被配置为功能引脚，则该引脚作为相应的功能引脚使用。n下面是实现LED1和LED2轮流闪烁的程序代码。void Main（void）int flag，i；Target Init（）；/进行硬件初始化操作，包括对IO口的初始化操作 for（；）if（flag=0）for（i=0；i 1000000；i+）；/延时 rGPGCON rGPGCON0 xfff0ffff|0 x00050000；/配置第8、第 /9位为输出引脚 rGPGDAT rGPGDAT0 xeff|0 x200；/第8位输出为低电平 /第9位输出高电平 for（i=0；i 10000000；i+）；/延时 flag=1；else for（i=0；i 1000000；i+）；/延时 rGPGCONrGPGCON0 xfff0ffff（0 x00050000；/配置第8、/第9位为输出引脚 rGPGDATrGPGDATOxdff|0 x100；/第8位输出为高电平 /第9位输出低电平 for（i=0；iVi的情况时，此时，比较器的输出为低电平，使计数控制信号C为0，计数器停止计数。这时候数字输出量D7D0就是与模拟电压等效的数字量。计数控制信号由高变低的负跳变也是A/D转换的结束信号，表示已完成一次A/D转换。n计数式A/D转换器结构简单，但转换速度较慢。n2双积分式双积分式A/D转换器原理转换器原理n双积分式A/D转换器对输入模拟电压和参考电压进行两次积分，将电压变换成与其成正比的时间间隔，利用时钟脉冲和计数器测出其时间间隔，完成A/D转换。双积分式A/D转换器主要包括积分器、比较器、计数器和标准电压源等部件，其电路结构图如图5.2.2（a）所示。n双积分式A/D转换器的转换过程如下：n首先对输入待测的模拟电压Vi进行固定时间的积分；n然后转换到标准电压VR进行固定斜率的反向积分（定值积分），如图5.2.2（b）所示。反向积分进行到一定时间，便返回起始值。从图5.2.2（b）中可看出对标准电压VR进行反向积分的时间T2正比于输入模拟电压，输入模拟电压越大，反向积分回到起始值的时间T越长，有Vi（T2/T1）VR。n用标准时钟脉冲测定反向积分时间（如计数器），就可以得到对应于输入模拟电压的数字量，实现A/D转换。n双积分式A/D转换器具有很强的抗工频干扰能力，转换精度高，但速度较慢。图5.2.2（a）双积分式A/D转换器电路结构图 双积分式A/D转换图图5.2.2（b）积分输出波形 n3逐次逼近式逐次逼近式A/D转换器原理转换器原理n逐次逼近式A/D转换器电路结构如图5.2.3所示，其工作过程可与天平称重物类比，图中的电压比较器相当于天平，被测电压Ux相当于重物，基准电压Ur相当于电压法码。该方案具有各种规格的按8421编码的二进制电压法码Ur，根据UxUr，比较器有不同的输出以打开或关闭逐次逼近寄存器的各位。输出从大到小的基准电压法码，与被测电压Ux比较，并逐渐减小其差值，使之逼近平衡。当Ux=Ur时，比较器输出为零，相当于天平平衡，最后以数字显示的平衡值即为被测电压值。n逐次逼近式A/D转换器转换速度快，转换精度较高，对N位A/D转换只需N个时钟脉冲即可完成，可用于测量微秒级的过渡过程的变化，是在计算机系统中采用最多的一种A/D转换方法。图5.2.3 逐次逼近式A/D转换器电路结构n4A/D转换器的主要指标转换器的主要指标n（1）分辨率（Resolution）n分辨率用来反映A/D转换器对输入电压微小变化的响应能力，通常用数字输出最低位（LSB）所对应的模拟输入的电平值表示。n位A/D转换能反应1/2n满量程的模拟输入电平。分辨率直接与转换器的位数有关，一般也可简单地用数字量的位数来表示分辨率，即n位二进制数，最低位所具有的权值，就是它的分辨率。n值得注意的是，分辨率与精度是两个不同的概念，不要把两者相混淆。即使分辨率很高，也可能由于温度漂移、线性度等原因，而使其精度不够高。n（2）精度（Accuracy）n精度有绝对精度（Absolute Accuracy）和相对精度（Relative Accuracy）两种表示方法。n绝对精度：n在一个转换器中，对应于一个数字量的实际模拟输入电压和理想的模拟输入电压之差并非是一个常数。把它们之间的差的最大值，定义为“绝对误差”。通常以数字量的最小有效位（LSB）的分 数值来表示绝对精度，如1LSB。绝对误差包括量化精度和其他所有精度。n相对精度n是指整个转换范围内，任一数字量所对应的模拟输入量的实际值与理论值之差，用模拟电压满量程的百分比表示。n例如，满量程为l0V，10位A/D芯片，若其绝对精度为1/2LSB，则其最小有效位的量化单位为9.77mV，其绝对精度为4.88mV，其相对精度为0.048%。n转换时间（Conversion Time）n转换时间是指完成一次A/D转换所需的时间，即由发出启动转换命令信号到转换结束信号开始有效的时间间隔。n转换时间的倒数称为转换速率。例如AD570的转换时间为25us，其转换速率为40kHz。n量程n量程是指所能转换的模拟输入电压范围，分单极性、双极性两种类型。n例如，单极性的量程为0+5V，0+10V，0+20V；双极性的量程为-5+5V，-10+l0V。5.2.2 S3C2410A的AD转换器n1S3C2410A A/D转换器和触摸屏接口电路转换器和触摸屏接口电路nS3C2410A包含一个8通道的A/D转换器，内部结构见图5.2.4，该电路可以将模拟输入信号转换成10位数字编码（10位分辨率），差分线性误差为1.0 LSB，积分线性误差为2.0 LSB。在A/D转换时钟频率为2.5 MHz时，其最大转换率为500 KSPS（Kilo Samples Per Second，千采样点每秒），输入电压范围是03.3V。A/D转换器支持片上操作、采样保持功能和掉电模式。S3C2410A的A/D转换器和触摸屏接口电路如图5.2.4所示图5.2.4 S3C2410A的A/D转换器和触摸屏接口电路 n2与与S3C2410A A/D转换器相关的寄存器转换器相关的寄存器n使用S3C2410A的A/D转换器进行模拟信号到数字信号的转换，需要配置以下相关的寄存器。n（1）ADC控制寄存器（ADCCON）nADC控制寄存器（ADCCON）是一个16位的可读写的寄存器，地址为0 x5800 0000，复位值为0 x3FC4。ADCCON位的功能描述如表5.2.1所列。表5.2.1 ADC控制寄存器（ADCCON）的位功能 ADCCON符号位描述初始状态ECFLG15A/D转换状态标志（只读）。0：A/D转换中；1：A/D转换结束0PRSCEN14A/D转换器前置分频器使能控制。0：禁止；1：使能0PRSCVL13:6A/D转换器前置分频器数值设置，数值取值范围：1255。注意：当前置分频器数值为N时，分频数值为N1。0 xFFSEL_MUX5:3模拟输入通道选择。000：AIN0；001：AIN1；010：AIN2；011：AIN3；100：AIN4；101：AIN5；110：AIN6；111：AIN70STDBM2备用（Standby）模式选择。0：正常模式；1：备用模式1READ_START1利用读操作来启动A/D转换。0：不使能读操作启动；1：使能读操作启动0ENABLE_START0A/D转换通过将该位置1来启动，如果READ_START有效（READ_START置1），则该位无效。0：不操作；1：启动A/D转换，A/D转换开始后该位自动清零0n（2）ADC触摸屏控制寄存器（ADCTSC）nADC触摸屏控制寄存器（ADCTSC）是一个可读写的寄存器，地址为0 x5800 0004，复位值为0 x058。ADCTSC的位功能描述如表5.2.2所列。在正常A/D转换时，AUTO_PST和XY_PST都置成0即可，其他各位与触摸屏有关，不需要进行设置。表5.2.2 ADC控制寄存器（ADCTSC）的位功能 ADCTSC符号位描述初始状态Reserved8保留位0YM_SEN7选择YMON的输出值。0：YMON输出0（YM=高阻）1：YMON输出1（YM=GND）0YP_SEN6选择nYPON的输出值。0：nYPON输出0（YP=外部电压）1：nYPON输出1（YP连接到AIN5）1XM_SEN5选择XMON的输出值。0：XMON输出0（XM=高阻）1：XMON输出1（XM=GND）0XP_SEN4选择nXPON的输出值。0：nXPON输出0（XP=外部电压）1：nXPON输出1（XP连接AIN7）0PULL_UP3上拉开关使能。0：XP上拉使能；1：XP上拉不使能1AUTO_P5T2X位置和Y位置自动顺序转换。0：正常ADC转换模式 1：自动顺序X/Y位置转换模式0XY_PST1:0X位置或Y位置的手动测量。00：无操作模式；01：X位置测量 10：Y位置测量；11：等待中断模式0（3）ADC启动延时寄存器（ADCDLY）ADC启动延时寄存器（ADCDLY）是一个可读写的寄存器，地址为0 x5800 0008，复位值为0 x00FF。ADCDLY的位功能描述如表5.2.3所列。表5.2.3 ADC启动延时寄存器（ADCDLY）的位功能 ADCDLY符号位描述DELAY15:0（1）在正常转换模式、分开的X/Y位置转换模式和X/Y位置自动（顺序）转换模式的X/Y位置转换延时值。（2）在等待中断模式：当在此模式按下触笔时，这个寄存器在几ms时间间隔内产生用于进行X/Y方向自动转换的中断信号（INT_TC）。注意：不能使用零位值（0 x0000）n（4）ADC转换数据寄存器（ADCDAT0和ADCDAT1）nS3C2410A有ADCDAT0和ADCDAT1两个ADC转换数据寄存器。ADCDAT0和ADCDAT1为只读寄存器，地址分别为0 x5800 000C和0 x5800 0010。在触摸屏应用中，分别使用ADCDAT0和ADCDAT1保存X位置和Y位置的转换数据。对于正常的A/D转换，使用ADCDAT0来保存转换后的数据。nADCDAT0的位功能描述如表5.2.4所列，ADCDAT1的位功能描述如表5.2.5所列，除了位9:0为Y位置的转换数据值以外，其他与ADCDAT0类似。通过读取该寄存器的位9:0，可以获得转换后的数字量。表5.2.4 ADCDAT0的位功能 ADCDATO位名位描述UPDOWN15在等待中断模式时，触笔的状态为上还是下。0：触笔为下状态；1：触笔为上状态AUTO_PST14X位置和Y位置的自动顺序转换。0：正常A/D转换；1：X/Y位置自动顺序测量XY_PST13:12手动测量X位置或Y位置。00：无操作模式；01：X位置测量 10：Y位置测量；11：等待中断模式Reserved11:10保留XPDATA（正常ADC）9:0X位置的转换数据值（包括正常A/D转换的数据值）。取值范围：03FF表5.2.5 ADCDAT1的位功能描述ADCDATO位名位描述15:10与ADCDAT0的位功能相同YPDATA（正常ADC）9:0Y位置的转换数据值（包括正常A/D转换的数据值）。取值范围：03FF5.2.3 S3C2410A AD接口编程实例n下面介绍一个AD接口编程实例徐英慧，其功能实现从A/D转换器的通道0获取模拟数据，并将转换后的数字量以波形的形式在LCD上显示。模拟输入信号的电压范围必须是02.5V。程序如下：n1定义与定义与AD转换相关的寄存器转换相关的寄存器n定义如下：n#define rADCCON（*（volatile unsigned*）0 x58000000）/ADC控制寄存器n#define rADCTSC（*（volatile unsigned*）0 x58000004）/ADC触摸屏控制寄存器n#define rADCDLY（*（volatile unsigned*）0 x58000008）/ADC启动或间隔延时寄存器n#define rADCDAT0（*（volatile unsigned*）0 x5800000c）/ADC转换数据寄存器0n#define rADCDAT1（*（volati1e unsigned*）0 x58000010）/ADC转换数据寄存器 n2对对A/D转换器进行初始化转换器进行初始化n程序中的参数ch表示所选择的通道号，程序如下：void AD_Init（unsigned char ch）rADCDLY=100;/ADC启动或间隔延时 rADCTSC=0;/选择ADC模式 rADCCON=（114）|（496）|（ch3）|（02）|（07）return 0;/通道不能大于7 for（i=0;i 16;i+）/为转换准确，转换16次 rADCCON|=0 x1;/启动A/D转换 rADCCON=rADCCON0 xffc7|（ch 4）;/为转换准确，除以16取均值n4.主函数主函数n实现将转换后的数据在LCD上以波形的方式显示，程序如下：void Main（void）int i，P0;unsigned short bufferLength;/显示缓冲区 Target_Init（）；GUI_Init（）；/图形界面初始化 Set_Color（GUI_BLUE）；/画显示背景界面 Fill_Rect（0,0,319,239）；Set_Color（GUI_RED）；Draw Line（0,119,319,119）；Set_Font（GUI_Font 8x16）；/设定字体类型API Set_Color（GUI_WHITE）；Set_BKColor（GUI_BLUE）；/设定背景颜色API Fill_Rect（0,0,319,3）；Fill_Rect（0,0,3,239）；Fill_Rect（316,0,319,239）；Fill_Rect（0,236,319,239）；Disp_String（“ADC DEMO”，（320 8*8）2,30）；for（i0；i Length；i+）bufferi0；while（1）p0；for（i0；i Length；i+）bufferp=Get _AD（0）;/从通道获取转换后的数据 Delay（20）；p+；p0；for（i0；i（Length；i+）Uart _Printf（“dn”，bufferp）；P+；P0；for（i0；i（Length；i+）buffer pAD2Y（bufferp）；P+；P=0；for（i0;iLength；i+）Uart _Printf（量化后：dn，bufferp）；P+；ShowWavebuffer（buffer）;/在LCD上显示A/D转换后的波形 Delay（1000）；5.3 D/A转换器接口转换器接口 5.3.1 D/A（数模）转换器的工作原理n将数字信号转换成模拟信号的过程称为数/模转换。能够完成这种转换的电路叫做数/模转换器，简称为D/A转换器，简记为DAC(Digital to Analog Converter)。D/A转换器将输入的数字量转换为模拟量输出，数字量是由若干数位构成的，例如一个8位的二进制数D0D7，每个数位都有一定的权值。当Dn（n=07）=1就表示具有了这一位的权值，例如第3位D2的权值为22=4，最高位D7的权值为27=128。D/A转换器把一个数字量变为模拟量，就是把每一位上的代码按照权值转换为对应的模拟量，再把各位所对应的模拟量相加，所得到各位模拟量的和便是数字量所对应的模拟量。n在集成化的D/A转换器中，通常采用电阻网络实现将数字量转换为模拟电流，然后再用运算放大器完成模拟电流到模拟电压的转换。目前D/A转换集成电路芯片大都包含了这两个部分，如果只包含电阻网络的D/A芯片，则需要连接外接运算放大器才能转换为模拟电压。根据电阻网络的结构可以分为权电阻网络DAC、T型电阻网络DAC、倒T型电阻网络DAC、权电流DAC等形式。n1T型电阻网络型电阻网络DACn一个4位T型电阻网络DAC如图5.3.1所示。电路由R-2R电阻解码网络、模拟电子开关和求和放大电路构成，因为R和2R组成T型，故称为T型电阻网络DAC。图中电阻网络中只有R和2R两种电阻值，显然克服了上面权电阻网络DAC存在的缺点。图5.3.1 4位T型电阻网络DACn由图可知，根据等效电源定理不难看出，每经过一个电阻并联支路，等效电源电压减少一半，而等效电阻不变，且均为R。电路中的信号传递过程如图5.3.2所示。当传递至最左边时，运放的输入端等效内阻仍为R，而等效电压经过N级则减为VREF/2n。当传递到运放的输入端时，其运放的等效内阻也是R，而等效电压则为VREF/2n-1。根据叠加原理，运放总的等效电压是各支路等效电压之和，即（5.3.1）图5.3.2 T型网络信号传递n若取RF3R，运放的输入端电流为n运放的输出电压Vo为n可见，输出模拟量VO与输入数字量成正比。（5.3.2）（5.3.3）n2数模转换器的分类数模转换器的分类n（1）电压输出型 电压输出型D/A转换器虽有直接从电阻阵列输出电压的，但一般采用内置输出放大器以低阻抗输出。直接输出电压的器件仅用于高阻抗负载，由于无输出放大器部分的延迟，故常作为高速D/A转换器使用。例如TLC5620。n（2）电流输出型 电流输出型D/A转换器（如THS5661A）直接输出电流，但应用中通常外接电流一电压转换电路得到电压输出。电流一电压可以直接在输出引脚上连接一个负载电阻，实现电流一电压转换。但多采用的是外接运算放大器的形式。另外，大部分CMOS D/A转换器当输出电压不为零时不能正确动作，所以必须外接运算放大器。由于在D/A转换器的电流建立时间上加入了外接运算放入器的延迟，使D/A响应变慢。此外，这种电路中运算放大器因输出引脚的内部电容而容易起振，有时必须作相位补偿。n（3）乘算型 D/A转换器中有使用恒定基准电压的，也有在基准电压输入上加 交流信号的，后者由于能得到数字输入和基准电压输入相乘的结果而输出，因而称为乘算型D/A转换器（如AD7533）。乘算型D/A转换器一般不仅可以进行乘法运算，而且可以作为使输入信号数字化地衰减的衰减器及对输入信号进行调制的调制器使用。n3数数/模转换器模转换器(DAC)的主要技术指标的主要技术指标 描述DAC技术性能有许多技术指标，这里主要介绍几个主要技术指标。n（1）分辨率（Resolution）nDAC电路所能分辨的最小输出电压与满量程输出电压之比称为DAC的分辨率。最小输出电压是指输入数字量只有最低有效位为1时的输出电压，最大输出电压是指输入数字量各位全为1时的输出电压。DAC的分辨率可用下式表示：分辨率1/（2n1）式中，n表示数字量的二进制位数。nDAC产生误差的主要原因有：基准电压VREF的波动，运放的零点漂移，电组网络中电阻阻值偏差等原因。n（2）转换误差n转换误差常用满量程FSR(Full Scale Range)的百分数来表示。例如，一个DAC的线性误差为0.05%，就是说转换误差是满量程输出的万分之五。有时转换误差用最低有效位LSB(Least Significant Bit)的倍数来表示。例如，一个DAC的转换误差是LSB/2，则表示输出电压的绝对误差是最低有效位(LSB)为1时输出电压的1/2。nDAC的转换误差主要有失调误差和满值误差。n失调误差失调误差是指输入数字量全为0时，模拟输出值与理论输出值的偏差。在一定温度下的失调误差可以通过外部电路调整措施进行补偿，也有些DAC芯片本身有调零端进行调零。对于没有设置调零端的芯片，可以采用外接校正偏置电路加到运放求和端来消除。n满值误差满值误差又称增益误差，是指输入数字量全为1时，实际输出电压不等于满值的偏差。满值误差通过调整运放的反馈电阻加以消除。nDAC的分辨率和转换误差共同决定了DAC的精度。要使DAC的精度高，不仅要选择位数高的DAC，还要选用稳定度高的参考电压源V REF和低漂移的运算放大器与其配合。n（3）建立时间（Setting Time）n建立时间是描述DAC转换速度快慢的一个重要参数，一般是指输入数字量变化后，输出模拟量稳定到相应数值范围所经历的时间。DAC中的电阻网络，模拟开关等是非理想器件，各种寄生参数及开关延迟等都会限制转换速度。实际上建立时间的长短不仅与DAC本身的转换速度有关，还与数字量变化范围有关。输入数字量从全0变到全1(或者从全1变到全0)时，建立时间最长，称为满量程变化建立时间。一般产品手册上给出的是满量程变化建立时间。n根据建立时间的长短，DAC可分为以下几种类型：低速DAC，建立时间100s；中速DAC，建立时间为10100s；高速DAC，建立时间为110s；较高速DAC，建立时间为100ns1s；超高速DAC，建立时间为100ns。显然转换速率也可以用频率来表示。n其他指标还有线性度（Linearity）、转换精度、温度系数漂移等。5.3.2 S3C2410A与D/A转换器的接口电路1MAX5380与与S3C2410A的连接电路的连接电路 MAX5380是电压输出型的8位D/A转换芯片，使用I2C串行接口，转换速率高达400 kHz，其输入数字信号和输出模拟信号的对应关系如表5.3.1所列。MAX5380与S3C2410A的连接电路如图5.3.3所示。表5.3.1 MAX5380数字输入与模拟输出对照表数字输入模拟输出11111111（255/256）2V10000000十1V000000017.8mV000000000图5.3.3 MAX5380与S3C2410A的连接电路n图5.3.3中，MAX5380的时钟SCL和数据输入SDA连接到S3C2410A的IICSCL（GPE15）和IICSDA（GPE14），CON2的1、2两端输出转换后的模拟信号值，其输出电压范围为02V。S3C2410A通过I2 C接口向MAX5380发送数据，MAX5380将接收I2C总线的数据，并将其转换为模拟电压信号输出到CON2。n2MAX5380的软件编程的软件编程nMAX5380的编程动作通过函数void iic_write_max5380（U32 slvAdd，U8 data）完成，其中slvAddr为从设备地址，MAX5380使用0 x60；data为待写入的数据，即发送给MAX5380的数字值；iic_write_max5380的代码请参考6.2节（I2C部分）。n通过调用该函数可以实现给CON2输出各种波形信号。n（1）输出三角波 for(j=0;j20;j+)for(i=0;i=0;i-)iic_write_max5380(0 x60,(u8)i);n（2）输出锯齿波 for(j=0;j20;j+)for(i=0;i256;i+)iic_write_max3580(0 x60,(U8)i);n（3）输出方波 for(j=0;j20;j+)for(i=0;i256;i+)iic_write_max3580(0 x60,(U8)0);for(i=0;i256;i+)iic_write_max3580(0 x60,(U8)0 xff);5.4 键盘与键盘与LED数码管接口数码管接口5.4.1 键盘与LED数码管接口基本原理与结构n1键盘的分类键盘的分类n键盘按与微控制器的连接方式，其结构可分为线性键盘和矩阵键盘两种形式。线性键盘由若干个独立的按键组成，每个按键的一端与微控制器的一个I/O口相连。有多少个键就要有多少根连线与微控制器的I/O口相连，适用于按键少的场合。n矩阵键盘的按键按N行M列排列，每个按键占据行列的一个交点，需要的I/O口数目是N+M，容许的最大按键数是NM。矩阵键盘可以减少与微控制器I/O接口的连线数，是常用的一种键盘结构形式。根据矩阵键盘的识键和译键方法的不同，矩阵键盘又可以分为非编码键盘和编码键盘两种。n非编码键盘主要用软件的方法识键和译键。根据扫描方法的不同，可以分为行扫描法、列扫描法和反转法3种。n编码键盘主要用硬件（键盘和LED专用接口芯片）来实现键的扫描和识别，例如使用8279专用接口芯片。n键盘的按键实际上就是一个开关，常用的按键开关有机械式按键、电容式按键、薄膜式按键、霍耳效应按键等。n（1）机械式按键n机械式按键开关的构造有两种。一种是内含两个金属片和一个复位弹簧，按键时，两个金属片便被压在一起；另一种机械式按键是用底面带一小块导电橡胶的成型泡沫硅橡胶帽做的，压键时，导电橡胶将印制电路板上的两条印制线短路。n机械式按键的主要缺点是在触点可靠地接触之前会通断多次，即容易产生抖动；另外，触点变脏或氧化，使导通的可靠性降低。但机械式按键价格较低，手感好，使用范围较广。n（2）电容式按键n电容式按键由印制电路板上的两小块金属片和在泡沫橡胶片下面可活动的另一块金属片构成。压键时，可活动的金属片向两块固定的金属片靠近，从而改变了两块固定的金属片之间的电容。此时，检测电容变化的电路就会产生一个逻辑电平信号，以表示该键己被按下。显然，该类按键没有机械触点被氧化或变脏的问题。n（3）薄膜式按键n薄膜式按键是一种特殊的机械式按键开关，由三层塑料或橡胶夹层结构构成。上层在每一行键下面有一条印制银导线，中间层在每个键下面有一个小圆孔，下层在每一列键下面也有一条印制银导线。压键时将上面一层的印制银导线压过中层的小孔与下面一层的印制银导线接触。薄膜式按键可以做成很薄的密封形式。n（4）霍耳效应按键n霍耳效应按键利用活动电荷在磁场中的偏转效果。参考电流从半导体晶体的两个相对面之间流过，压键时，晶体便在磁力线垂直于参考电流方向的磁场中移动。晶体在磁场中移动会在晶体另外两个相对的表面之间产生一个小电压，该电压经过放大之后用来表示键已被压下。该类按键是一种无机械触点的按键开关，密封性很好，但价格较高。n2LED数码管数码管nLED（Light Emitting Diode，发光二极管）数码管（也称为七段数码管）价格低廉、体积小、功耗低，而可靠性又很好，在嵌入式控制系统中应用非常普遍。n如图5.4.1（a）所示，LED数码管一般由8个发光管组成，分别称为a、b、c、d、e、f、g 7个字段和一个小数点段DP。通过7个字段的不同组合，可以显示09和AF共16个字母数字，从而实现十六进制的显示。例如，控制a、b、c、d、e、f段亮，g段不亮，就显示出数字零。（a）LED器件 （b）共阳极接法 （c）共阴极接法图5.4.1 7段LED显示器nLED数码管可以分为共阳极和共阴极两种结构，如图5.4.1（b）、（c）所示。n在共阴极结构，各字段阴极控制端连接在一起接低电平，各字段阳极控制端连接到高电平时，则该段发光。例如，要显示b字母，只要使c、d.、e、f、g阳极接高电平即可实现。n在共阳极结构，各字段阳极控制端连接在一起接高电平，各字段阴极控制端连接到低电平时，则该段发光。例如，要显示b字母，只要使c、d.、e、f、g阳极接低电平即可实现。n在多个LED数码管显示电路中，通常把阴（阳）极控制端连接到一个输出端口，称为位控端口；而把各字段（数据显示段）连接到一个输出端口，称为段控端口。段控端口处应输出十六进制数的7段代码。n将一个4位的BCD码译为LED的7位显示代码，可以采用专用译码芯片，如7447即采用专用的带驱动器的LED段译码器，可以实现对BCD码的译码。另一种常用的办法是软件译码法，将0F共16个数字（也可以为09）对应的显示代码组成一个表，直接输出7段码。5.4.2 用I/O口实现键盘接口n一个用I/O口实现的16个按键的键盘接口电路如图5.4.2所示。在本例中，采用了节省口线的“行扫描法”方法来检测键盘，与44的矩阵键盘接口只需要8根口线，设置PF0PF3为输出扫描码的端口，PF4PF7为键值读入口。图5.4.2 ARM微处理器实现的键盘接口电路n一个用I/O口实现的键盘接口，为了识别键盘上的闭合键，常采用行扫描法。行扫描法是使键盘上某一行线为低电平，而其余行接高电平，然后读取列值，如果列值中有某位为低电平，则表明行列交点处的键被按下；否则扫描下一行，直到扫描完全部的行线为止。n在图5.4.2所示电路中，按键设置在行、列交叉点上，行、列分别连接到按键开关的两端。列线通过上拉电阻接到+5V上。平时无按键动作时，列线处于高电平状态；而当有键按下时，列线电平状态将由通过此按键的行线电平决定：行线电平如果为低，列线电平为低；行线电平如果为高，则列线电平亦为高。通过这一点来识别矩阵式键盘是否被按下。因各按键之间相互发生影响，所以必须将行、列线信号配合起来并作适当的处理，才能确定闭合键的位置。n根据行扫描法的原理，识别矩阵键盘按键闭合分两步进行：n（1）识别键盘哪一行的键被按下：让所有行线均为低电平，检查各列线电平是否为低，如果有列线为低，则说明该列有键被按下，否则说明无键被按下。n（2）如果某列有键被按下，识别键盘哪一行的键被按下：逐行置低电平，并置其余各行为高电平，检查各列线电平的变化，如果列电平变为低电平，则可确定此行此列交叉点处按键被按下。5.4.3 采用专用芯片实现键盘及LED接口n一个54键盘及8位LED显示电路如图5.4.3所示，该电路采用支持I2 C总线协议的ZLG7290芯片。ZLG7290是一个采用I2C接口的键盘及LED驱动器芯片，I2C串行接口提供键盘中断信号方便与处理器接口，I2C接口传输速率可达32kbit/s，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，无需外接元件即直接驱LED，可扩展驱动电流和驱动电压，提供工业级器件多种封装形式PDIP-24和SO-24，引脚端功能如表5.4.1所示。表5.4.1 ZLG7290引脚端功能引脚符号类型描述13,12,21,22,36 Dig7 Dig0 输入/输出LED 显示位驱动及键盘扫描线107,2,1,24,23SegHSegA 输入/输出LED 显示段驱动及键盘扫描线20SDA 输入/输出I2C 总线接口数据/地址线19SCL 输入/输出I2C 总线接口时钟线14/INT 输出中断输出端，低电平有效15/RES 输入复位输入端，低电平有效17OSC1 输入连接晶体以产生内部时钟18OSC2 输出16VCC 电源电源正端，电压3.35.5V 11GND 电源地，电源负端（a）ZLG7290控制电路（b）八段数码管连接电路（c）键盘及LED显示电路图5.4.3 54键盘及8位LED显示电路（图与表中的引脚端符号统一，以表为准）1.键盘控制初始化程序/*名称：keyboard_test*功能：测试八段数码管*参数：无*返回：无*Oid keyboard_test(void)UINT8T ucChar;UINT8T szBuf40;uart_printf(“n Keyboard Test Examplen”);uart_printf(“Press any key to exitn”);Keyboard_init();g_nKeyPress=0 xFE;While(1)f_nKeyPress=0;while(f_nKeyPress=0)if(uart_tetkey()/Press any key from UART0 to exit return;else if(ucChar=7)/or press 5*4 Key-7 to exit return;else if(g_nKeyPress!=0 xFE)/or SB1202/SB1203 to exit return;iic_read_keybd(0 x70,0 x1,&ucChar);/get data from ZLG7290 If(ucChar!=0)ucChar-key_set(ucChar);/key map for Edukit II if(ucChar16)sprintf(&szBuf,”press key%d”,ucChar);else if(ucChar1)+1=LCDBASEU+(PAGEWIDTH+OFFSIZE)x(LINEVAL+1)0 x0000 n需要注意的是，用户可以在LCD控制器打开的状态下通过改变LCDBASEU和LCD-BASEL的值来滚动屏幕。但是，在帧结束时，用户不能根据LCDCON1寄存器中LINEGNT字段的值来改变LCDBASEU和LCDBASEL寄存器，因为LCD FIFO预取下一帧数据的操作先于改变帧数据。如果这时改变帧数据，预取的FIFO数据将无效，并且将出现显示错误。为了检查LINECNT，必须将中断屏蔽；否则如果在读LINECNT之后，刚好某个中断被执行，那么读取的LINECNT值可能是过期的。n（8）LCDSADDR3nLCDSADDR3（STN型LCD/TFT型LCD帧缓冲起始地址寄存器3）是一个可读写的寄存器，地址为0 x4D00 00lC，复位后的初始值为0 x0000 0000，用于设置虚拟屏地址。LCDSADDR3的位功能如表5.5.8所列。表5.5.8 LCDSADDR3的位功能位名位功能初始状态OFFSIZE 21:11 位21：11用于设置虚拟屏偏移量大小（即半字的数量）。该数值定义前一个LCD行上的最后半字与新的LCD行上的第一个半字之间的差值。00000000000 PAGEWIDTH 10:0 位10：0用于设置虚拟屏的页宽度（即半字的数量）。该数值定义帧的可视区宽度。000000000 需要注意的是：在位ENVID为0时，PAGEWIDTH和OFFSIZE的数值必须改变。n（9）RGB查找表寄存器nRGB查找表寄存器包括REDLUT（红色查找表寄存器）、GREENLUT（绿色查找表寄存器）和BLUELUT（蓝色查找表寄存器）。在这3个寄存器中，可以分别设定使用的8种红色，8种绿色和4种蓝色。nREDLUT（STN型LCD红色查找表寄存器）是一个可读写的寄存器，地址为0 x4D00 0020，复位后的初始值为0 x0000 0000。REDLUT的位功能如表5.5.9所列。表5.5.9 REDLUT的位功能 位名位功能初始状态REDVAL31:0 31:0位定义8种可能的红色组合。000=REDVAL3:0；001=REDVAL7:4 010=REDVAL11:8；011=REDVAL15:12 100=REDVAL19:16；101=REDVAL23:20 110=REDVAL27:24；111=REDVAL31:28 0 x00000000nGREENLUT（STN型LCD绿色查找表寄存器）是一个可读写的寄存器，地址为0 x4D00 0024，复位后的初始值为0 x0000 0000。GREENLUT的位功能如表5.5.10所列。表5.5.10 GREENLUT的位功能位名位功能初始状态GREENVAL 31:0 31:0位定义8种可能的绿色组合。000=GREENVAL3:0；001=GREENVAL7:4；010=GREENVAL11:8；011=GREENVAL15:12；100=GREENVAL19:16；101=GREENVAL23:20；110=GREENVAL27:24；111=GREENVAL31:28 0 x00000000 nBLUELUT（STN型LCD蓝色查找表寄存器）是一个可读写的寄存器，地址为Ox4D00 0028，复位后的初始值为0 x0000。BLUELUT的位功能如表5.5.11所列。表5.5.11 BLUELUT的位功能位名位功能初始状态BLUEVAL 15:0 15:0位定义4种可能的蓝色组合。00=BLUEVAL3:0；01=BLUEVAL7:4；10=BLUEVAL11:8；11=BLUEVAL15:12 0 x0000 注意：Address 从0 x4D00002C到 0 x4D000048的地址不能够使用，保留用于测试模式。n（10）DITHMODE（STN型LCD抖动模式寄存器）nDITHMODE（STN型LCD抖动模式寄存器）是一个可读写的寄存器，地址为0 x4D00 004C，复位后的初始值为0 x0 0000，建议用户将其值设置为0 x12210。在S3C2410A中，调节红色、绿色或蓝色的差异是通过时间抖动算法及帧率控制来实现的，因此需要设置抖动模式寄存器。DITHMODE的位功能如表5.5.12所列。表5.5.12 DITHMODE的位功能位名位功能初始状态DITHMODE18:0用户使用下面的数值：0 x00000或者 0 x122100 x00000n（11）TPALnTPAL（TFT型LCD临时调色板寄存器）是一个可读写的寄存器，地址为0 x4D00 0050，复位后的初始值为0 x0000 0000，寄存器的数据是下一帧的图象数据。TPAL的位功能如表5.5.13所列。表5.5.13 TPAL的位功能 位名位功能初始状态TPALEN 24 临时调色板寄存器使能位。0：不使能；1：使能0 TPALVAL 23:0 临时调色板数值寄存器 TPALVAL23:16：RED（红色）TPALVAL15:8：GREEN（绿色）TPALVAL7:0：BLUE（蓝色）0 x000000 n（12）LCD中断寄存器nLCD中断寄存器有LCDINTPND（LCD中断判断寄存器）、LCDSRCPND（LCD中断源判断寄存器）和LCDINTMSK（LCD中断屏蔽寄存器）。nLCDINTPND（LCD中断判断寄存器）是一个可读/写寄存器，地址为0X4D000054，复位后的初始值为0 x0。LCDINTPND的位功能如表5.5.14所列。表5.5.14 LCDINTPND的位功能位名位功能初始状态INT_FrSyn1 LCD帧同步中断判断位。0：没有中断请求；1：帧已有中断请求 0 INT_FiCnt0 LCD FIFO中断判断位。0：没有中断请求；1：LCD FIFO已有中断请求 0 nLCDSRCPND（LCD中断源判断寄存器）是一个可读/写寄存器，地址为0X4D000058，复位后的初始值为0 x0。LCDSRCPND的位功能如表5.5.15所列。表5.5.15 LCDSRCPND的位功能位名位功能初始状态INT_FrSyn1 LCD帧同步中断源判断位。0：没有中断请求；1：帧已有中断请求0 INT_FiCnt0 LCD FIFO中断源判断位。0：没有中断请求；1：LCD FIFO已有中断请求0 LCDINTMSK（LCD中断屏蔽寄存器）是一个可读/写寄存器，地址为0X4D00005C，复位后的初始值为0 x3。LCDINTMSK的位功能如表5.5.16所列。表5.5.16 LCDINTMSK的位功能位名位功能初始状态FIWSEL 2 确定 LCD FIFO的触发器电平。0：4 words（字）；1：8 words（字）INT_FrSyn 1 屏蔽LCD 帧同步中断。0：中断服务有效；1：中断服务被屏蔽 1INT_FiCnt 0 屏蔽LCD FIFO中断。0：中断服务有效；1：中断服务被屏蔽 1（13）LPCSEL（LPC3600模式控制寄存器）是一个可读/写寄存器，地址是0X4D000060，初始化值是0 x4。LPCSEL的位功能如表5.5.17所列。表5.5.17 LPCSEL的位功能位名位功能初始状态Reserved2 保留1 RES_SEL1 1=240320 0 LPC_EN0 确定LPC3600 使能/不使能。0：LPC3600 不使能；1：LPC3600 使能 0 5.5.3 S3C2410A LCD显示的编程实例徐英慧n本实例实现在LCD上填充一个蓝色的矩形，并画一个红色的圆。要实现以上功能，需要完成的主要工作如下。n1定义与定义与LCD相关的寄存器相关的寄存器n代码如下：n#define M5D（n）（n）0 x1fffff）n#define MVAL （13）n#define MVAL_USED （0）ndefine MODE_CSTN_8BIT（0 x2001）n#define LCD_XSIZE_CSTN （320）ndefine LCD_YSIZE_CSTN （240）n#define SCR_XSIZE_CSTN （LCD_XSIZE_CSTN*2）/虚拟屏幕大小n#define SCR_YSIZE_CSTN （LCD_YSIZE_CSTN*2）n#define HOZVAL_CSTN （LCD_XSIZE_CSTN*3/8-1）/有效的VD数据是8n#define LINEVAL_CSTN （LCD_YSIZE_CSTN-1）n#define WLH_CSTN （0）n#define WDLY_CSTN （0）n#define LINEBLANK_CSTN （16&0 xff）n#define CLKVAL_CSTN （6）/130 Hz 50 MHz，WLH=16hclk，WDLY=16hclk，LINEBLANK=16*8hclk，VD=8n#define LCDFRAMEBUFFER 0 x33t800000 /帧缓冲区起始地址n2初始化初始化LCD n初始化LCD程序完成对相关寄存器的赋初值。这里使用函数LCD Init实现，其中参数type用于传递显示器的类型，如STN8位彩色、STN12位彩色等。具体代码如下：nVoid LCD_Init（inttYPe）/用于降低功耗nrIISPSR=（25