常见外设

这一章介绍嵌入式开发中最常碰到的外设，及其工作原理。

一、GPIO（General Purpose Input/Output）

1. 用途

• 点灯、读按键、模拟时序

2. 关键概念

• 输入/输出模式：input / output / alternate function (复用)
• 上下拉：pull-up / pull-down / floating
• 驱动强度：2mA / 4mA / 8mA
• 速率：slow / medium / fast（影响边沿斜率）
• 开漏输出：用于 I2C 总线
• 中断能力：可触发 IRQ

3. Linux 操作

# 导出引脚
echo 17 > /sys/class/gpio/export
# 设置方向
echo out > /sys/class/gpio/gpio17/direction
# 设置值
echo 1 > /sys/class/gpio/gpio17/value
# 读值
cat /sys/class/gpio/gpio17/value
# 取消导出
echo 17 > /sys/class/gpio/unexport

现代内核推荐 libgpiod 或 device tree + gpio-keys 驱动。

二、UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）

1. 协议

• 无时钟线，靠波特率约定
• 帧格式：起始位 + 数据位（5-9） + 校验位（可选） + 停止位
• 常见：115200 8N1（8 位数据、无校验、1 位停止）

2. 应用场景

• 调试串口（console）
• 模块通信（GPS、蓝牙）

3. 关键参数

• 波特率误差 < 2%
• 流控：RTS/CTS（硬件）、XON/XOFF（软件）

三、I2C（Inter-Integrated Circuit）

1. 特点

• 两线制：SCL（时钟）+ SDA（数据）
• 开漏 + 上拉（必须）
• 主从结构，7-bit / 10-bit 地址
• 标准 100kHz、快速 400kHz、快速+ 1MHz、高速 3.4MHz

2. 时序

• 起始条件：SCL 高时 SDA 下降
• 停止条件：SCL 高时 SDA 上升
• ACK：每字节后第 9 个时钟拉低表示应答

3. 常见设备

• EEPROM、RTC、传感器、温湿度、音频 codec

四、SPI（Serial Peripheral Interface）

1. 特点

• 四线：SCLK、MOSI、MISO、CS（片选）
• 全双工，速度可达数十 MHz
• 主从结构，多从机通过多个 CS 选择

2. 模式（CPOL/CPHA）

3. 常见设备

• Flash、LCD、ADC、SD 卡、RF 芯片

五、ADC / DAC

1. ADC 关键参数

• 分辨率：8/10/12/16/24 bit
• 采样率：S/s
• 输入范围：0-Vref（单端）或 ±Vref（差分）
• SNR / ENOB：信噪比 / 有效位数

2. DAC

• PWM 模拟 DAC（RC 滤波）
• 专用音频 DAC

六、PWM（Pulse Width Modulation）

1. 用途

• LED 调光
• 电机调速
• 蜂鸣器、D 类功放
• 简单 DAC

2. 参数

• 频率、占空比、极性、对齐方式（center-aligned / edge-aligned）

七、Timer / Counter

1. 类型

• 系统 Timer：内核 tick（jiffies）
• 通用定时器：用户态延时、捕获输入、PWM
• 看门狗（WDT）：超时未喂狗则复位
• RTC：独立供电、秒级精度

八、其他常见外设（简述）