第二章

嵌入式應用技術的硬件基礎

主要內(nèi)容

數(shù)字電路基礎知識

嵌入式應用的常用元器件

嵌入式應用技術的常用術語《嵌入式應用技術基礎教程》課件2.1數(shù)字電路基礎知識2.1數(shù)字電路基礎知識2.1.1嵌入式應用中常用的數(shù)制及其轉(zhuǎn)換（1）單片機中常用的進制

任意數(shù)S,(基數(shù)為N)均可展開為：S=∑KiNi 其中Ki是第i位的系數(shù)，它可能是0～N-1共N個數(shù)碼中的任意一個。不同的數(shù)制基數(shù)N不同，數(shù)字碼不同。十進制：S=∑Ki10i基數(shù)：N=10

二進制：S=∑Ki2i基數(shù)：N=2

十六進制：S=∑Ki16i《嵌入式應用技術基礎教程》課件2.1數(shù)字電路基礎知識2.1.1嵌入式應用中常用的數(shù)制及其轉(zhuǎn)換（2）常用進制之間的相互轉(zhuǎn)換

二進制與十進制間的相互轉(zhuǎn)換

二進制→十進制:按展開式計算即可。

十進制→二進制:整數(shù)部分與小數(shù)部分分別轉(zhuǎn)換。整數(shù)部分：除2取余。第一個余數(shù)為最低有效位，最后一個余數(shù)為最高有效位，即得到的余數(shù)先為低位后為高位。小數(shù)部分：乘2取整，先為高位后為低位?！肚度胧綉眉夹g基礎教程》課件2.1數(shù)字電路基礎知識十六進制與十進制相互轉(zhuǎn)換十六進制→十進制:按展開式計算即可。十進制→十六進制:整數(shù)部分與小數(shù)部分分別轉(zhuǎn)換。整數(shù)部分：除以16取余數(shù)，先為低位后為高位。小數(shù)部分：乘以16取整數(shù)，先為高位后為低位?！肚度胧綉眉夹g基礎教程》課件2.1數(shù)字電路基礎知識

TTL是Transistor-TransistorLogic的縮寫，TTL電路是晶體管-晶體管邏輯電路的簡稱，這種數(shù)字集成電路的輸入端和輸出端的電路結(jié)構(gòu)都采用了半導體三極管。

TTL電路屬于雙極型數(shù)字集成電路，雙極型數(shù)字集成電路是利用電子和空穴兩種不同極性的載流子進行電傳導的器件，其主要特點是信號傳輸延時短，開關速度快、工作頻率高，但制造工藝較復雜。

TTL電路是雙極型數(shù)字集成電路中的主流產(chǎn)品，它具有結(jié)構(gòu)簡單、品種齊全、功耗適中、速度快、使用方便等優(yōu)點，各種電子計算機、儀器儀表和自動控制設備都經(jīng)常采用它作為基本邏輯元件。2.1.2數(shù)字電路中幾個名詞解釋《嵌入式應用技術基礎教程》課件2.1數(shù)字電路基礎知識

CMOS電路是在MOS電路的基礎上發(fā)展起來的一種互補對稱場效應管集成電路。MOS是Metal-Oxide-Simiconductor的縮寫，MOS管是金屬-氧化物-半導體場效應管的簡稱，這種類型的管子是由金屬、氧化物和半導體組成的。而場效應管(FET-FieldEffectTransistor)也是一種具有PN結(jié)的半導體器件，它是利用電場的效應來控制電流，因此得名。

CMOS電路，大致有兩大類型：一類是普通系列；另一類是高速系列，可與TTL的74LS系列電路兼容。2.1.2數(shù)字電路中幾個名詞解釋《嵌入式應用技術基礎教程》課件2.1數(shù)字電路基礎知識

2.1.3門電路《嵌入式應用技術基礎教程》課件三種最基本邏輯關系

三種最基本的邏輯門其它基本邏輯門

三態(tài)輸出與非門(3S門)

2.1數(shù)字電路基礎知識三種最基本邏輯關系《嵌入式應用技術基礎教程》課件①“與”邏輯關系:當決定一件事情的各個條件全部具備時，這件事才會發(fā)生，這樣的因果關系我們稱之為“與”邏輯關系。②“或”邏輯關系:在決定一件事情的各個條件中，只要具備一個或者一個以上的條件，這件事就會發(fā)生，這樣的因果關系我們稱之為“或”邏輯關系。③“非”邏輯關系:非就是相反，就是否定。

ABZAR

?Z

燈泡B?AZ

燈泡?

燈泡電源電源電源與邏輯關系例或邏輯關系例非邏輯關系例2.1數(shù)字電路基礎知識三種最基本的邏輯門《嵌入式應用技術基礎教程》課件ABZ000010100111①與門：實現(xiàn)與邏輯關系的電路稱為與門。表達式為:Z=A·B②或門：實現(xiàn)或邏輯關系的電路稱為或門。表達式為:Z=A+B③非門：實現(xiàn)非邏輯關系的電路稱為非門。表達式為:Z=A與門邏輯真值表

ABZ000011101111或門邏輯真值表

AZ0110非門邏輯真值表

2.1數(shù)字電路基礎知識三態(tài)輸出與非門(3S門)

《嵌入式應用技術基礎教程》課件

三態(tài)輸出與非門，又稱三態(tài)電路、三態(tài)門、TS(ThreeState或Tristate)輸出電路、3S門。普通門只有“1”和“0”兩種狀態(tài)，三態(tài)門除有這兩種狀態(tài)外，還有第三種狀態(tài)—高阻狀態(tài)(或稱禁止狀態(tài))。三態(tài)門中有個通常記為E的使能端(也叫三態(tài)控制端)，當E=0時，輸出端Z與輸入端A相同，而當E=1時，輸出端Z呈高阻狀態(tài)。利用這種特點，通過E=1控制讓出輸出端，供其它線路使用。實現(xiàn)這種三態(tài)輸出關系的電路稱為三態(tài)門。三態(tài)門的符號見下圖，其邏輯真值表見下表。與非門邏輯符號EA

Z0000111任意高阻三態(tài)門真值表返回2.1數(shù)字電路基礎知識2.2嵌入式應用的常用元器件2.2.1二極管原理:由P型半導體和N型半導體形成的P-N結(jié)，在界面處兩側(cè)形成空間電荷層，有自建電場。二極管最重要的特性是單向?qū)щ娦裕措娏髦荒軓亩O管的正極流入，負極流出。根據(jù)這個特性，可以將二極管廣泛應用于整流、檢波、限幅、元件保護等場合。在數(shù)字電路中，通常將二極管作為一個開關元件來使用。正向偏置將二極管的正極接在高電位端，負極接在低電位端，二極管就會導通。

反向偏置正極接在低電位端，負極接在高電位端，此時二極管中幾乎沒有電流流過，二極管處于截止狀態(tài)。二極管的開關特性表現(xiàn)在正向?qū)ㄅc反向截止兩種狀態(tài)之間的切換。二極管從反向截止到正向?qū)ㄋ枰臅r間很短，一般可以忽略不計，但從正向?qū)ǖ椒聪蚪刂沟霓D(zhuǎn)換則需要一定的時間。

《嵌入式應用技術基礎教程》課件2.2嵌入式應用的常用元器件2.2.2半導體三極管（1）三極管的結(jié)構(gòu)

三極管由兩個PN結(jié)和三個電極構(gòu)成。常見的三極管結(jié)構(gòu)有平面型和合金型兩類。硅管主要是平面型，鍺管主要是合金型。NPN型和PNP型三極管具有相同的工作原理，但使用連接電源的極性不同，管子間的電流方向不同。各種三極管都分為發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)三個區(qū)域，三個區(qū)域的引出線分別稱為發(fā)射極、基極和集電極，并分別用E、B和C來表示。發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間的PN結(jié)叫發(fā)射結(jié)，集電區(qū)和基區(qū)之間的PN結(jié)叫集電結(jié)。《嵌入式應用技術基礎教程》課件電路符號BCEBCENPN型晶體管PNP型晶體管2.2嵌入式應用的常用元器件NPN型三極管為三種工作狀態(tài)的特點《嵌入式應用技術基礎教程》課件工作狀態(tài)

條件

工作特點偏置情況

集電極電流管壓降

近似的等效電路

c、e間等效電阻截止IB≈0發(fā)射結(jié)<0.5V集電結(jié)反偏IC≈0VCC≈VCE很大，約為幾百千歐，相當于開關斷開放大0<IB<IBS發(fā)射結(jié)正偏且>0.5V集電結(jié)反偏IB=βICVCE=VCC-ICRC可變飽和IB>IB發(fā)射結(jié)正偏且>0.5V集電結(jié)正偏IC=ICS≈VCC/RCVCE=VCC≈0.3V很小，約為幾百歐，相當于開關閉合bceICIBβIBcbe0.7VICIBcbe0.7V2.2嵌入式應用的常用元器件（3）三極管的計算實例例2.1電路及參數(shù)如圖2-18所示，設輸入電壓VI=3V，三極管的VBE=0.7V。①若β＝60，試判斷三極管是否飽和，并求出IC和VO的值。②將RC改為6.8kΩ，重復以上計算。③將RC改為6.8kΩ，再將Rb改為60kΩ，重復以上計算。《嵌入式應用技術基礎教程》課件+V(+12V)+-TcbeRRbCCVi100KΩC10KΩ-+VO2.2嵌入式應用的常用元器件2.2.3鎖存器《嵌入式應用技術基礎教程》課件

提供數(shù)據(jù)鎖存的元件，在總線電路中，鎖定數(shù)據(jù)輸出，使輸出端不隨輸入端變化。鎖存器由幾個D觸發(fā)器組成，有輸入/輸出使能控制端和時鐘。在實際應用中常常利用鎖存器保存要顯示的數(shù)據(jù)，以便數(shù)據(jù)能在指定時間內(nèi)保持在顯示的輸入端，從而實現(xiàn)I/O口的多路復用。輸出控制GD輸出0111010100ΧQn1ΧΧ高阻8位鎖存器74LS373功能表2.2嵌入式應用的常用元器件FPGA、CPLD類型的結(jié)構(gòu)是由三大部分組成的。①一個二維邏輯塊陣列(LAB)，構(gòu)成了PLD器件的邏輯組成核心。②輸入／輸出塊。③連接邏輯塊的連線資源：由各種長度的連線線段組成，其中也有一些可編程的連接開關，它們用于邏輯塊之間、邏輯塊與輸入／輸出塊之間的連接。（2）FPGA/CPLD《嵌入式應用技術基礎教程》課件

返回2.2嵌入式應用的常用元器件2.3嵌入式應用技術的常用術語模擬信號：時間連續(xù)、數(shù)值也連續(xù)的物理量，如溫度、壓力、流量、速度、聲音等。在工程技術上，為了便于分析，常用傳感器、變換器將模擬量轉(zhuǎn)換為電流、電壓或電阻等電學量。

數(shù)字信號：是一種二值信號，用兩個電平（高電平和低電平）分別來表示兩個邏輯值（邏輯1和邏輯0）。數(shù)字量：需處理的信息包括開關量、脈沖量和數(shù)碼。只讀存儲器(ROM，ReadOnlyMemory)：數(shù)據(jù)可以讀出，但不可以修改，所以稱之為只讀存儲器。它具有斷電后數(shù)據(jù)不丟失的特點。

閃速存儲器(FlashMemory)：是一種快速的E2PROM。

《嵌入式應用技術基礎教程》課件2.3嵌入式應用技術的常用術語2.3嵌入式應用技術的常用術語串行通信：數(shù)據(jù)在單條1位寬的傳輸線上按時間先后一位一位地傳送，其優(yōu)點是節(jié)省傳輸線，但是數(shù)據(jù)傳輸率較低。適于長距離、中低速通信。

并行通信：將數(shù)據(jù)的各位同時在多根并行傳輸線上進行傳輸。數(shù)據(jù)的各位同時由源到達目的地。適