IO端口及总线接口.ppt

第4章 总线接口设计,总线： 器件和器件之间的公共连线，用于数据、命令的传输。,1、通用I/O端口结构（GPIO）,4.1 通用I/O端口,GPIO端口： PORT数据寄存器、DDR数据方向寄存器。,输出：置“1”，输出数据；,DDR方向寄存器：,输入：置“0”，输入数据。,117个GPIO端口： 1个23位的Port A； 2个11位的Port B、H； 3个16位的Port C、D、E、G； 1个 8位的Port F。,2、接口电路 通过端口D的GPD1、GPD0控制发光二极管轮流闪烁。,端口D控制寄存器,GPDCON= GPDCON,GPDDAT= GPDDAT,4.2 I2C总线,I2C总线：一根数据线SDA，另一根时钟线SCL。,1、结构,2、I2C总线的4种操作模式：,主发送器模式输出时钟信号SCL，发送数据；,主接收器模式输出时钟信号SCL，接收数据；,从发送器模式输入时钟信号SCL，发送数据；,从接收器模式输入时钟信号SCL，接收数据。,MPU,器件,SCL,SDA,MPU,器件,SCL,SDA,主机,主机,从机,从机,1）起始信号和终止信号,3、 I2C总线协议,起始信号（S）： SCL线为高电平期间，SDA线由高电平变为低电平；,终止信号（P）： SCL线为高电平期间，SDA线由低电平变为高电平。,2）数据传送格式,字节传送： 每一个字节必须保证是8位长度； 数据传送时，先传送最高位（MSB）。,应答信号为低电平,应答位：在SCL高电平期间，从机SDA保持低电平； 每一个被传送的字节后面都必须跟随1位应答位(共有9位)。,3）数据帧内容格式 广义传送的数据信号是地址信号或者数据信号。,在起始信号后必须传送一个从机的地址（7位）， 第0位是数据的传送方向位（R/W）： 用“0”表示主机发送数据（W）； 用“1”表示主机接收数据（R）。,A、主机向从机发送数据,有阴影部分表示数据由主机向从机传送， 无阴影部分表示数据由从机向主机传送。 A表示应答，/A表示非应答（高电平）。 S表示起始信号，P表示终止信号。,主机：提供时钟信号； 从机：接收时钟信号。,B、主机在第一个字节(寻址字节)后，立即由从机读数据。,首先，主机发送寻址字节，从机产生响应后，主机由发送变成接收，从机由接收变成发送。 然后，数据由从机发送、主机接收，每个应答由主机产生。 若主机要终止本次传输，则发送一个非应答信号(A)，接着主机产生停止条件。,4、I2C接口电路,1）电路,2）微处理器的I2C总线结构图,IICCON（ I2C总线控制寄存器）,IICSTAT（I2C总线控制/状态寄存器）,IICSTAT（I2C总线控制/状态寄存器）,IICDS（移位数据寄存器）,3）程序流程图（主发送模式）,IICCON=1010000b（控制设置）,IICDS=1010000b(从机地址数据),IICSTAT=1111000b(启动发送数据),4.3 USB总线（Universal Serial Bus，通用串行总线）,USB是由Compaq、HP、Intel、Lucent、Microsoft、NEC 和Philips等公司制定的连接计算机与外围设备的总线。,USB总线应用范围：,优盘、数码相机、手机,1、USB总线的主要特点,（1）热即插即用带电插入或拔出，自动配置USB设备。,（2）系统级联最多可连接127个设备。,（3）同时支持不同速率的设备。 低速1.5Mbps，全速12Mbps，高速480Mbps。,（4）较强的纠错能力。,（5）总线供电。 USB总线提供5V电压/100mA电流，最大500mA的电流。,2、机械、电气特性,1）外形,A型,B型,2）信号线,3）电信号,USB的数据信号线是差分驱动的。,D+、D-线信号特性： 高电平：VD+ VD-200mV，VD+ 2.0V ； 低电平：VD- VD+200mV，VD- 2.0V 。,D+、D-线数据特性：NRZI（不归零反向码） 逻辑0：D+、D-线上电平高、低间跳变； 逻辑1：D+、D-线上电平不变。,全速：USB设备在D+上加3.03.6V电压,低速：USB设备在D-上加3.03.6V电压,3、USB的传输方式,4种方式：批量传输、中断传输、等时传输、控制传输。,2）中断传输 中断数据是少量的数据组成，且延迟时间有限制。当设备需要主机为其服务时，向主机发送信息通知主机。 例如键盘、鼠标。,1）批量传输 批量数据是由大量的数据组成，连续传输。在数据包的传输过程中，出现错误，则需重新传输。 如打印机、扫描仪、USB硬盘。,4）控制传输 当USB设备初次安装时，USB系统软件对USB设备进行分配地址等设置，数据传送是无损性的。 例如USB设备初次安装。,3）等时传输（同步传输） 等时传输，可以单向也可以双向，用于传输连续、实时的数据。要求传输速率固定，时间性强，忽略传输错误，即传输中出错也不重传。 例如USB接口的摄像头。,4、USB系统结构,USB系统包括USB设备、USB主机和USB互连3部分。,（1）USB设备 USB设备分为Hub（集线器）和Function（功能设备）； 集线器提供更多的连接点； 功能设备发送和接收USB数据、实现某种功能。,（2）USB主机 包含USB主控制器，完成与USB设备之间数据传输的设备； 管理整个USB总线的所有信息。,（3）USB互联 USB互连指的是USB设备与主机的连接和通信方式。 包括总线拓扑结构、数据传输模型和USB调度表。,USB设备连接成一个层叠的星形拓扑结构； Hub是每个星的中心； USB的拓扑结构最多能有7层（包括根层）。,HOST,HUB1,HUB2,FUN1,HUB3,FUN2,FUN3,HUB4,HUB5,HUB6,USB系统星型拓扑结构,5、USB的数据传输过程(发送过程),主机软件,USB总线驱动程序,USB主控制器驱动程序,主控制器,USB设备,发送I/O请求包。,把I/O请求包分成数个事务处理。,把数个事务处理合成一帧。,把事务处理以信息包形式发送USB总线。,USB设备接收数据。,U S B 主 机,事务处理：一次接收或发送数据信息的处理过程。 例如：输出事务处理向USB设备发送数据。,输出事务处理包括 输出令牌包：通知USB设备准备接收数据； 输出数据包：发送的数据； 握手包：报告事务处理过程中接收方的状态。,帧：例如，数据长度为12000bit为一帧。,USB数据包结构,SYNC字段：USB主机和设备传输率同步；,PID字段：数据包的类型，例如数据包、令牌包；,数据字段：传输的数据；,CRC字段：对传输的数据进行错误保护；,EOP字段：包结尾的信号。,6、USB鼠标的工作过程,2）USB鼠标插入时，USB主机以控制传输方式检测鼠标设备，配置地址、传输速率并管理鼠标等；,1）USB总线是一种轮流查询方式的总线；,3）USB鼠标动作时，以轮询中断传输方式给USB主机发 送信息。,4）以数据包、事务处理方式传输数据信息。,5）USB主机响应USB鼠标送来的信息。,7、USB的接口电路,S3C2410A提供1个USB主机（Host），1个USB设备（Slave）,8、U盘实物图,4.4 SPI总线（Serial Peripheral Interface ， 串行外围设备接口）,SPI总线是由Motorola公司开发的接口总线，主要用在 微控制器和外围设备芯片之间进行连接。,SPI接口应用： 连接存储器、A/D转换器、D/A转换器等。,1、SPI总线有4根信号线：,MOSI: 主器件数据输出，从器件数据输入； MISO: 主器件数据输入，从器件数据输出； SCK: 时钟信号，由主设备控制发出； /CS: 从设备选择信号，由主设备控制。,2、传输模式:,根据时钟极性(CPOL)及相位(CPHA)不同分成4种工作模式：,SPI0： CPOL=0,CPHA=0； SPI1： CPOL=0,CPHA=1；