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简单了解物联网应用中可能涉及到的接口类型

51CTO 2019-07-21 11:00:25

我们在说包含物联网的硬件设计过程中,会有各种各样的接口。为什么会有这么多的接口呢?在互联网的发展历程中,有各式各样的有线/无线的通讯方式,从而在硬件设计中,不难理解会有很多接口。我们要清楚,每一种接口在当时的环境应用中,都会有他独特的价值,好比现在比较流行的吃鸡游戏,里面有各式各样的枪械,不同规格的弹药,种类杂多的辅助道具。在不同的战斗环境,我们会选择不同的装备进行搭配使用,以最优的状态进行战斗。下面我们一起来简单的了解一下接口概念。

1. GPIO

GPIO的英文全称General-Purpose Input /Output Ports,中文意思是通用I/O端口。在嵌入式系统中,经常需要控制许多结构简单的外部设备或者电路,这些设备有的需要通过CPU控制,有的需要CPU提供输入信号。并且许多设备或电路只要求有开/关两种状体就够了,比如LED的亮与灭。对这些设备的控制,使用传统的串口或者并口就显得比较复杂,所以,在嵌入式微处理器上通常提供了一种“通用可编程I/O端口”,也就是GPIO。

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2. ADC

ADC,Analog-to-Digital Converter的缩写,指模/数转换器或者模数转换器 。是指将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号的器件。真实世界的模拟信号,例如温度、压力、声音或者图像等,需要转换成更容易储存、处理和发射的数字形式。模/数转换器可以实现这个功能,在各种不同的产品中都可以找到它的身影。ADC最早用于对无线信号向数字信号转换。如电视信号,长短播电台发接收等。

3. CAN

CAN是控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)的简称,是由以研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发的,并最终成为国际标准(ISO 11898),是国际上应用最广泛的现场总线之一。 在北美和西欧,CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线,并且拥有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议。在汽车产业中,出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求,各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同,由多条总线构成的情况很多,线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN,进行大量数据的高速通信”的需要,1986 年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN 通信协议。

4. 脉冲宽度调制

脉冲宽度调制(Pulse width modulation,PWM)技术,其中包括:相电压控制PWM、脉宽PWM法、随机PWM、SPWM法、线电压控制PWM等,而在镍氢电池智能充电器中采用的脉宽PWM法,它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形,通过改变脉冲列的周期可以调频,改变脉冲的宽度或占空比可以调压,采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。可以通过调整PWM的周期、PWM的占空比而达到控制充电电流的目的.

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5. I2C总线

I2C总线是一种简单、双向二线制同步串行总线。它只需要两根线即可在连接于总线上的器件之间传送信息。

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6. I2S(Inter—IC Sound)总线

I2S(Inter—IC Sound)总线, 又称集成电路内置音频总线,是飞利浦公司为数字音频设备之间的音频数据传输而制定的一种总线标准,该总线专门用于音频设备之间的数据传输,广泛应用于各种多媒体系统。它采用了沿独立的导线传输时钟与数据信号的设计,通过将数据和时钟信号分离,避免了因时差诱发的失真,为用户节省了购买抵抗音频抖动的专业设备的费用。

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7. SMBUS

SMBUS(System Management Bus,系统管理总线) 是1995年由Intel提出的,应用于移动PC和桌面PC系统中的低速率通讯。希望通过一条廉价并且功能强大的总线(由两条线组成),来控制主板上的设备并收集相应的信息。

8. 通用异步收发传输器

通用异步收发传输器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter),通常称作UART。它将要传输的资料在串行通信与并行通信之间加以转换。作为把并行输入信号转成串行输出信号的芯片,UART通常被集成于其他通讯接口的连结上。具体实物表现为独立的模块化芯片,或作为集成于微处理器中的周边设备。一般是RS-232C规格的,与类似Maxim的MAX232之类的标准信号幅度变换芯片进行搭配,作为连接外部设备的接口。在UART上追加同步方式的序列信号变换电路的产品,被称为USART(Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter)。

9. TTL

TTL(逻辑门电路)是Transistor-Transistor Logic的缩写,主要由BJT(Bipolar Junction Transistor 即双极结型晶体管),晶体三极管和电阻构成,具有速度快的特点。

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10. RS-232接口

RS-232接口符合美国电子工业联盟(EIA)制定的串行数据通信的接口标准,原始编号全称是EIA-RS-232(简称232,RS232)。它被广泛用于计算机串行接口外设连接。连接电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程。

11. RS485

RS485是一个定义平衡数字多点系统中的驱动器和接收器的电气特性的标准,该标准由电信行业协会和电子工业联盟定义。使用该标准的数字通信网络能在远距离条件下以及电子噪声大的环境下有效传输信号。RS-485使得廉价本地网络以及多支路通信链路的配置成为可能。

12. RS485

RS485有两线制和四线制两种接线,四线制只能实现点对点的通信方式,现很少采用,现在多采用的是两线制接线方式,这种接线方式为总线式拓扑结构,在同一总线上最多可以挂接32个节点。

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13. EIA-422

EIA-422(过去称为RS-422)是一系列的规定采用4线,全双工,差分传输,多点通信的数据传输协议。它采用平衡传输采用单向/非可逆,有使能端或没有使能端的传输线。和RS-485不同的是EIA-422不允许出现多个发送端而只能有多个接受端。硬件构成上EIA-422 (RS-422)相当于两组EIA-485(RS-485),即两个半双工的EIA-485(RS-485)构成一个全双工的EIA-422(RS-422)。

14. SP

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,它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。SPI总线可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件相连,包括FLASHRAM、网络控制器、LCD显示驱动器、A/D转换器和MCU等。该接口一般使用4条线:串行时钟线(SCLK)、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NSS。

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15. MPI通讯

MPI通讯是当通信速率要求不高、通信数据量不大时,可以采用的一种简单经济的通讯方式。MPI通信可使用PLC S7-200/300/400、操作面板TP/OP及上位机MPI/PROFIBUS通信卡,如CP5512/CP5611/CP5613等进行数据交换。MPI网络的通信速率为19.2Kbps~12Mbps,最多可以连接32个节点,最大通讯距离为50m,但是可以通过中继器来扩展长度。

16. SDIO

SDIO在SD标准上定义了一种外设接口。目前,SDIO主要有两类应用——可移动和不可移动。可移动设备作为Palm和Windows Mobile的扩展设备,用来增加蓝牙、照相机、GPS和802.11b功能。不可移动设备遵循相同的电气标准,但不要求符合物理标准。某些手机内包含通过SDIO连接CPU的802.11芯片。

17. 通用串行总线

通用串行总线(英语:Universal Serial Bus,缩写:USB)是连接计算机系统与外部设备的一种串口总线标准,也是一种输入输出接口的技术规范,被广泛地应用于个人电脑和移动设备等信息通讯产品,并扩展至摄影器材、数字电视(机顶盒)、游戏机等其它相关领域.

18. DRAM、SRAM、SDRAM、SSRAM

  • DRAM--------动态随即存取器,需要不断的刷新,才能保存数据,而且是行列地址复用的,许多都有页模式
  • SRAM--------静态的随机存储器,加电情况下,不需要刷新,数据不会丢失,而且一般不是行列地址复用的
  • SDRAM-------同步动态随即存取器,即数据的读写需要时钟来同步
  • SSRAM-------同步静态随机存取器。同步,指Memory工作需要同步时钟,内部的命令的发送与数据的传输都以它为基准;随机,是指数据不是线性依次存储,而是由指定地址进行数据读写。

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19. SDR、DDR、QDR

  • SDR(Single Data Rate):单倍数据倍率,只利用时钟信号的上沿传输数据,例如SDRAM等。
  • DDR(Double Data Rate):双倍数据倍率,利用时钟信号的上沿&下沿传输数据,例如DDR-SDRAM等。
  • QDR(Quad Data Rate):四倍数据倍率,在DDR的基础上,拥有独立的写接口和读接口,以此达到4倍速率,例如QDR-SRAM等 。DDR2-SDRAM,DDR3-SDRAM基本原理和DDR-SDRAM是一样的,通过提高时钟频率来提升性能,因为时钟频率提高了,必须做相应的预处理(DDR支持2、4、8busrt, DDR2支持4和8,而DDR3只支持8)。

20. 串行AT

串行ATA(Serial ATA: Serial Advanced Technology Attachment)是一种计算机总线,负责主板和大容量存储设备(如硬盘及光盘驱动器)之间的数据传输,主要用于个人计算机。串行ATA与串列SCSI(SAS: Serial Attached SCSI)的两者排线兼容,SATA硬盘可接上SAS接口。

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21. 串行SCS

串行SCSI(SAS:Serial Attached SCSI)是一种电脑集线的技术,其功能主要是作为周边零件的数据传输,如:硬盘、CD-ROM等设备而设计的接口。串行SCSI 由并行SCSI物理存储接口演化而来,是由ANSI INCITS T10技术委员会(T10 committee)开发及维护的新的存储接口标准。与并行方式相比,串行方式能提供更快速的通信传输速度以及更简易的配置。此外SAS并支持与串行式ATA(SATA)设备兼容,且两者可以使用相类似的电缆。

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22. LPC

LPC是线性预测编码(linear predictive coding,LPC)是一种非常重要的编码方法。从原理上讲,LPC是通过分析话音波形来产生声道激励和转移函数的参数,对声音波形的编码实际就转化为对这些参数的编码,这就使声音的数据量大大减少。在接收端使用LPC分析得到的参数,通过话音合成器重构话音。合成器实际上是一个离散的随时间变化的时变线性滤波器,它代表人的话音生成系统模型。时变线性滤波器既当作预测器使用,又当作合成器使用。分析话音波形时,主要是当作预测器使用,合成话音时当作话音生成模型使用。随着话音波形的变化,周期性地使模型的参数和激励条件适合新的要求。

23. PCI

PCI是Peripheral Component Interconnect(外设部件互连标准)的缩写,它是目前个人电脑中使用最为广泛的接口,几乎所有的主板产品上都带有这种插槽。PCI插槽也是主板带有最多数量的插槽类型,在目前流行的台式机主板上,ATX结构的主板一般带有5~6个PCI插槽,而小一点的MATX主板也都带有2~3个PCI插槽.

24. PCI-Express

PCI-Express(peripheral component interconnect express)是一种高速串行计算机扩展总线标准,它原来的名称为“3GIO”,是由英特尔在2001年提出的,旨在替代旧的PCI,PCI-X和AGP总线标准。PCIe属于高速串行点对点双通道高带宽传输,所连接的设备分配独享通道带宽,不共享总线带宽,主要支持主动电源管理,错误报告,端对端的可靠性传输,热插拔以及服务质量(QOS)等功能。PCIe交由PCI-SIG(PCI特殊兴趣组织)认证发布后才改名为“PCI-Express”,简称“PCI-e”。

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25. MII

MII即媒体独立接口,也叫介质无关接口。它是IEEE-802.3定义的以太网行业标准。它包括一个数据接口,以及一个MAC和PHY之间的管理接口。数据接口包括分别用于发送器和接收器的两条独立信道。每条信道都有自己的数据、时钟和控制信号。MII数据接口总共需16个信号。管理接口是个双信号接口:一个是时钟信号,另一个是数据信号。通过管理接口,上层能监视和控制PHY。

MII支持10M和100M的操作,一个接口由14根线组成。(一个引脚对应一条信号线)

MII的一个缺点是:它的每个端口用的信号线太多,如果一个8端口的交换机要用112根线,32端口就要用到448根线,如果按个接口做交换机,不太现实,所以现代交换机会采用其它一些从MII简化而来的标准,如RMII、SMII、GMII等。

  • RMII是简化的MII接口,在数据的收发上它比MII接口少了一倍的信号线;和MII一样,RMII支持10M的总线接口速度。
  • SMII是由思科提出的一种媒体接口,一个端口仅有4根信号线,S表示串行的意思,因为它只用一根信号线传输发送数据,一根信号线传输接收数据。
  • GMII是4M网的MII接口,RGMII表示简化了的GMII接口。RMII用2根线传输数据;MII用4根线传输数据;GMII用8根传输数据。

26. VGA

VGA(Video Graphics Array)即视频图形阵列,具有分辨率高、显示速率快、颜色丰富等优点。VGA接口不但是CRT显示设备的标准接口,同样也是LCD液晶显示设备的标准接口,具有广泛的应用范围VGA接口即电脑采用VGA标准输出数据的专用接口。VGA接口共有15针,分成3排,每排5个孔,显卡上应用最为广泛的接口类型,绝大多数显卡都带有此种接口。它传输红、绿、蓝模拟信号以及同步信号(水平和垂直信号)。

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27. DVI

DVI(Digital Visual Interface),即数字视频接口

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28. 高清多媒体接口

高清多媒体接口(英语:High Definition Multimedia Interface,简称HDMI )是一种全数字化视频和声音发送接口,可以发送未压缩的音频及视频信号。HDMI可用于机顶盒、DVD播放机、个人计算机、电视游乐器、综合扩大机、数字音响与电视机等设备。HDMI可以同时发送音频和视频信号,由于音频和视频信号采用同一条线材,大大简化系统线路的安装难度。

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29. DisplayPort

DisplayPort(简称DP)是一个由PC及芯片制造商联盟开发,视频电子标准协会(VESA)标准化的数字式视频接口标准。该接口免认证、免授权金,主要用于视频源与显示器等设备的连接,并也支持携带音频、USB和其他形式的数据。此接口的设计是为取代传统的VGA、DVI和FPD-Link(LVDS)接口。通过主动或被动适配器,该接口可与传统接口(如HDMI和DVI)向后兼容。

【责任编辑:赵宁宁 TEL:(010)68476606】

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