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第五章

第五章. 硬體周邊裝置. 本章學習重點. 輸出與輸入裝置 輸出與輸入傳輸介面 記憶體分類與原理 可攜式嵌入式系統電源系統 擴充裝置的分類. 輸出與輸入裝置. 外接信號輸入的周邊裝置 觸控版、鍵盤、滑鼠、開關或是感測器 外接輸出信號的周邊裝置 螢幕、印表機或是揚聲器. PDA 常見到的輸出輸入介面. 輸入裝置. 使用者透過輸入裝置，可以將資料以及命令輸入到嵌入式系統中，執行及處理使用者需要的工作及資料。 像是鍵盤、觸控面板、麥克風或者是攝影機等等。. 鍵盤控制器. 一個小型鍵盤控制器的電路應用示意圖. 觸控面板. 電阻式觸控面板的基本原理.

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  1. 第五章 硬體周邊裝置 嵌入式系統導論, 探矽工作室

  2. 嵌入式系統導論, 探矽工作室 本章學習重點 • 輸出與輸入裝置 • 輸出與輸入傳輸介面 • 記憶體分類與原理 • 可攜式嵌入式系統電源系統 • 擴充裝置的分類

  3. 嵌入式系統導論, 探矽工作室 輸出與輸入裝置 • 外接信號輸入的周邊裝置 • 觸控版、鍵盤、滑鼠、開關或是感測器 • 外接輸出信號的周邊裝置 • 螢幕、印表機或是揚聲器

  4. 嵌入式系統導論, 探矽工作室 PDA常見到的輸出輸入介面

  5. 嵌入式系統導論, 探矽工作室 輸入裝置 • 使用者透過輸入裝置，可以將資料以及命令輸入到嵌入式系統中，執行及處理使用者需要的工作及資料。 • 像是鍵盤、觸控面板、麥克風或者是攝影機等等。

  6. 嵌入式系統導論, 探矽工作室 鍵盤控制器 • 一個小型鍵盤控制器的電路應用示意圖

  7. 嵌入式系統導論, 探矽工作室 觸控面板 • 電阻式觸控面板的基本原理

  8. 嵌入式系統導論, 探矽工作室 輸出裝置 • 嵌入式系統常常使用螢幕顯示做為嵌入式系統資料處理結果的輸出或者是訊息的顯示 。 • 現在的嵌入式系統幾乎都採用進步的液晶螢幕顯示器(Liquid Crystal Display – LCD)做為資料輸出顯示之用。

  9. 嵌入式系統導論, 探矽工作室 LCD顯示器 • LCD結構圖

  10. 嵌入式系統導論, 探矽工作室 輸出與輸入傳輸介面 • 嵌入式系統的輸出與輸入介面依照傳輸的方式一般可以分成三種： • 串列協定 • 並列協定 • 無線協定

  11. 嵌入式系統導論, 探矽工作室 串列協定 • 串列協定的傳輸方式基本上只要一條資料傳輸線就可以完成。 • 比起並列協定多條資料傳輸線的成本較低，線路的架構上也比較簡單。

  12. 嵌入式系統導論, 探矽工作室 串列協定-RS-232 • 鮑率(Baud rate)是用來決定位元傳送與接收的速度，常見到的鮑率有2400~19.2k。資料傳輸的雙方電子裝置必須設定好鮑率，才可以順利完成資料的傳遞工作。 • 目前有許多實現RS-232協定的UART晶片，晶片有接收器與傳送器，接收器會持續不斷監控RX(Receive)接腳，檢查是否有資料的起始位元 。

  13. 嵌入式系統導論, 探矽工作室 串列協定-I2C • I2C的硬體示意圖 Serial Data Line Serial Clock Line

  14. 嵌入式系統導論, 探矽工作室 串列協定-CAN(Controller Area Network) • For communication between components • Development by Bosch • Two mode • Dominant • Recessive • Peer to Peer • Speed : 1Mbps • CAN匯流排資料封包

  15. 嵌入式系統導論, 探矽工作室 串列協定-IEEE 1394 • IEEE 1394多媒體影音資料傳輸分層架構 • Speed : 400Mbps

  16. 嵌入式系統導論, 探矽工作室 範例 5-1 IEEE 1394數位機上盒的應用 • 多媒體資料處理層的機上盒架構圖

  17. 嵌入式系統導論, 探矽工作室 串列協定-USB • 分層式星狀拓樸(tiered star topology)架構 • Speed: • USB 1.1 : 12MBps • USB 2.0 : 480Mbps • Four Transfer Mode • Control • Interrupt • Bulk • Isochronous

  18. 嵌入式系統導論, 探矽工作室 串列協定-USB(續)

  19. 嵌入式系統導論, 探矽工作室 並列協定 • 多條資料傳輸線所組成的匯流排 。 • 一次可以傳送多個位元的資料 。 • 並列協定具有大量資料快速傳送的優點，但是資料傳輸線不能太長，因為長的電子線路會產生電容效應，影響到正確資料的傳輸。

  20. 嵌入式系統導論, 探矽工作室 無線協定 • 無線協定的資料傳輸方式可以免除惱人的接線問題 。 • 常見的無線協定傳輸 ： • IEEE 802.11 • 紅外線 • 藍芽模組

  21. 嵌入式系統導論, 探矽工作室 無線協定-IEEE 802.11 • 802.11a是設定在5.8GHz的頻帶進行無線傳輸。 • 802.11b是在2.4GHz的頻帶中進行。 • IEEE 802.11b具有基本的加密機制-wired equivalent privacy mechanism，可以確保資料傳輸的安全性問題 。

  22. 嵌入式系統導論, 探矽工作室 無線協定-紅外線 • 紅外線IrDA標準表

  23. 嵌入式系統導論, 探矽工作室 無線協定-藍芽模組(Bluetooth) • 藍芽模組架構圖

  24. 嵌入式系統導論, 探矽工作室 藍芽模組以及紅外線收發模組比較表

  25. 嵌入式系統導論, 探矽工作室 記憶體 • 半導體記憶體大致的分類圖

  26. 嵌入式系統導論, 探矽工作室 唯讀記憶體(ROM) • ROM的結構示意圖

  27. 嵌入式系統導論, 探矽工作室 光罩唯讀記憶體(Mask ROM) • 金屬氧化半導體的Mask ROM

  28. 嵌入式系統導論, 探矽工作室 光罩唯讀記憶體(Mask ROM) (續) • 雙載子電晶體的Mask ROM

  29. 嵌入式系統導論, 探矽工作室 一次可程式化唯讀記憶體(OTPROM) • OTPROM的結構

  30. 嵌入式系統導論, 探矽工作室 可消除式可程式化唯讀記憶體 • EPROM硬體結構與儲存資料的原理

  31. 嵌入式系統導論, 探矽工作室 Intel公司27系列EPROM • Intel公司的27系列編號

  32. 嵌入式系統導論, 探矽工作室 電消除式可程式化唯讀記憶體Electrically Erasable Programmable Only Memory, EEPROM)

  33. 嵌入式系統導論, 探矽工作室 快閃記憶體(Flash Memory) • Two types • NOR Gate • Similar to DRAM • High cost • NAND Gate • Flash maker • Intel • Winbond • AMD

  34. 嵌入式系統導論, 探矽工作室 隨機存取記憶體(RAM) • RAM的內部結構

  35. 嵌入式系統導論, 探矽工作室 靜態隨機存取記憶體(SRAM) • SRAM的結構

  36. 嵌入式系統導論, 探矽工作室 動態隨機存取記憶體(DRAM) • DRAM的結構

  37. 嵌入式系統導論, 探矽工作室 可攜式嵌入式系統電源的要求 • 考慮可攜式嵌入式系統的待機時間及電池使用壽命。 • 行動電話的設計而言，它的低功率消耗設計，必須考慮到它自己的無線射頻發射與接收裝置設計，還有混合信號處理電路的設計，除了電路板上的電路力求簡短外，也必須考量各個數位元件的耗電表現。

  38. 嵌入式系統導論, 探矽工作室 智慧型電池系統 • 由Intel公司以及Duracell公司所開發出來的一種電池規格。 • 符合智慧型電池系統規格的電池除了供電的電源接頭外﹐還具備有兩個信號接頭 。 • 藉由電池系統管理匯流排(System management bus)和系統做溝通﹐讓系統知道目前電池所剩餘的電力。

  39. 嵌入式系統導論, 探矽工作室 範例5-2 TI bq2063 • bq2063的應用接線圖 • 智慧型電池管理功能 • 電力計算 • 充放電速率 • 溫度量測 • …

  40. 嵌入式系統導論, 探矽工作室 擴充裝置 • PCMCIA擴充裝置 • CF (Compact Flash Card)擴充裝置 • SD (Secure Digital Card)擴充裝置 • MS (Memory Stick)擴充裝置

  41. 嵌入式系統導論, 探矽工作室 PCMCIA擴充裝置 • PCMCIA卡的外觀及應用產品比較表

  42. 嵌入式系統導論, 探矽工作室 CF記憶卡 CF數據卡 IBM Microdrive CF (Compact Flash Card) 擴充裝置 • 有兩種規格： • 一種是CF Type I，厚度是3mm • 一種是CF Type II，厚度是5mm • CF擴充裝置最常見的是CF記憶卡 • CF可以支援I/O裝置，常見的CF I/O裝置有CF 數據卡(Modem card)、CF序列埠連接卡、CF數位相機、CF掃瞄卡等等

  43. 嵌入式系統導論, 探矽工作室 SD (Secure Digital Card) 擴充裝置 • SD卡加入了防寫保護，在卡上有一個特定的開關，可防止資料寫入。 • SD擴充裝置除了記憶卡的應用外，還支援I/O裝置，像是SD數位相機卡、SD無線網路卡、SD藍芽卡等等。

  44. 嵌入式系統導論, 探矽工作室 MS (Memory Stick) 擴充裝置 • 記憶棒主要是使用在SONY公司所生產的數位相機、PDA及其他嵌入式系統的擴充裝置。 • 目前常見的規格有Memory Stick、Memory Stick Pro、Memory Stick Duo、Magic Gat MS等等，主要的差別在於外觀、記憶體容量以及著作權保護等級不同。

  45. 嵌入式系統導論, 探矽工作室 總結 • 本章主要介紹嵌入式系統相關的周邊硬體。 • 快閃記憶體常被嵌入式系統那來作為資料儲存之用。 • 通訊介面中，除了常見的RS-232外，I2C與CAN介面，高速傳輸介面常見的有IEEE 1394以及USB。

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