常用硬件接口知识

Posted 2022-11-21

VGA接口

VGA（Video Graphics Array）视频图形阵列是IBM于1987年提出的一个使用模拟信号的电脑显示标准。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)。

VGA接口是一种D型接口，上面共有15针孔，分成三排，每排五个。其中，除了2根NC（Not Connect)信号、3根显示数据总线和5个GND信号，比较重要的是3根RGB彩色分量信号和2根扫描同步信号HSYNC和VSYNC针。VGA接口中彩色分量采用RS343电平标准。RS343电平标准的峰值电压为1V。VGA接口是显卡上应用最为广泛的接口类型，多数的显卡都带有此种接口。有些不带VGA接口而带有DVI(Digital Visual Interface数字视频接口）接口的显卡，也可以通过一个简单的转接头将DVI接口转成VGA接口，通常没有VGA接口的显卡会附赠这样的转接头。

大多数计算机与外部显示设备之间都是通过模拟VGA接口连接，计算机内部以数字方式生成的显示图像信息，被显卡中的数字/模拟转换器转变为R、G、B三原色信号和行、场同步信号，信号通过电缆传输到显示设备中。对于模拟显示设备，如模拟CRT显示器，信号被直接送到相应的处理电路，驱动控制显像管生成图像。而对于LCD、DLP等数字显示设备，显示设备中需配置相应的A/D（模拟/数字）转换器，将模拟信号转变为数字信号。在经过D/A和A/D两次转换后，不可避免地造成了一些图像细节的损失。VGA接口应用于CRT显示器无可厚非，但用于连接液晶之类的显示设备，则转换过程的图像损失会使显示效果略微下降。

而且可以从接口处来判断显卡是独显还是集成显卡，VGA接口竖置的说明是集成显卡，VGA接口横置说明是独立显卡（一般的台式主机都可以用此方法来查看）

显示器扫描方式分为逐行扫描和隔行扫描：逐行扫描是扫描从屏幕左上角一点开始，从左像右逐点扫描，每扫描完一行,电子束回到屏幕的左边下一行的起始位置，在这期间，CRT对电子束进行消隐，每行结束时，用行同步信号进行同步；当扫描完所有的行，形成一帧，用场同步信号进行场同步，并使扫描回到屏幕左上方，同时进行场消隐,开始下一帧。隔行扫描是指电子束扫描时每隔一行扫一线，完成一屏后在返回来扫描剩下的线，隔行扫描的显示器闪烁的厉害，会让使用者的眼睛疲劳。

　　完成一行扫描的时间称为水平扫描时间，其倒数称为行频率；完成一帧（整屏）扫描的时间称为垂直扫描时间，其倒数称为场频率，即刷新一屏的频率，常见的有60Hz，75Hz等等。标准的VGA显示的场频60Hz,行频31.5KHz。

　　行场消隐信号:是针对老式显像管的成像扫描电路而言的。电子枪所发出的电子束从屏幕的左上角开始向右扫描，一行扫完需将电子束从右边移回到左边以便扫描第二行。在移动期间就必须有一个信号加到电路上，使得电子束不能发出。不然这个回扫线会破坏屏幕图像的。这个阻止回扫线产生的信号就叫作消隐信号,场信号的消隐也是一个道理。

　　显示带宽:带宽指的显示器可以处理的频率范围。如果是60Hz刷新频率的VGA,其带宽达640x480x60=18.4MHz,70Hz的刷新频率1024x768分辨率的SVGA,其带宽达1024x768x70=55.1MHz。

　　时钟频率：以640x480@59.94Hz(60Hz)为例，每场对应525个行周期(525=10+2+480+33),其中480为显示行。每场有场同步信号,该脉冲宽度为2个行周期的负脉冲，每显示行包括800点时钟,其中640点为有效显示区,每一行有一个行同步信号，该脉冲宽度为96个点时钟。由此可知：行频为525*59.94=31469Hz,需要点时钟频率：525*800*59.94约25MHz.

VESA中定义行时序和场时序都需要同步脉冲（Sync a）、显示后沿（Back porch b）、显示时序段（Display interval c）和显示前沿（Front porch d）四部分。VGA工业标准显示模式要求：行同步，场同步都为负极性，即同步脉冲要求是负脉冲。

　　由VGA的行时序可知：没一行都有一个负极性行同步脉冲（Sync a），是数据行的结束标志，同时也是下一行的开始标志。在同步脉冲之后为显示后沿（Back porch b），在显示时序段（Display interval c）显示器为亮的过程，RGB数据驱动一行上的每一个像素点，从而显示一行。在一行的最后为显示前沿（Front porch d）。在显示时间段（Display interval c）之外没有图像投射到屏幕是插入消隐信号。同步脉冲(Sync a)、显示后沿（Back porch b）和显示前沿（Front porch d）都是在行消隐间隔内(Horizontal Blanking Interval)，当消隐有效时，RGB信号无效，屏幕不显示数据。

　　VGA的场时序与行时序基本一样，每一帧的负极性脉冲（Sync a）是一帧的结束标志，同时也是下一帧的开始标志。而显示数据是一帧的所有行数据。

下面以800x600@60Hz分辨率威力详细讲解VGA时序:

为简化设计，本实验平台采用的是8位，256色的VGA视频接口，如下图所示，通过不同阻值的限流电阻，将数字信号转换成模拟信号。

RS232接口

串口是计算机上一种非常通用的设备通信协议

两个串口连接时，接收数据针脚与发送数据针脚相连，彼此交叉，信号地对应相接即可

RS-232串口通信最远距离是50英尺

RS232可做到双向传输，全双工通讯，最高传输速率20kbps

RS-232C

上传送的数字量采用负逻辑，且与地对称。逻辑1：-3 ～-15V ，逻辑0：+3～+15V ，所以与单片机连接时常常需要加入电平转换芯片，如下图所示

串口通信参数：

a）波特率：RS-232-C标准规定的数据传输速率为每秒50、75、 100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。

b）数据位：标准的值是5、7和8位，如何设置取决于你想传送的信息。比如，标准的ASCII码是0～127（7位）；扩展的ASCII码是0～255（8位）。

c）停止位：用于表示单个包的最后一位，典型的值为1，1.5和2位。由于数是在传输线上定时的，并且每一个设备有其自己的时钟，很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供计算机校正时钟同步的机会。

d）奇偶校验位：在串口通信中一种简单的检错方式。对于偶和奇校验的情况，串口会设置校验位（数据位后面的一位），用一个值确保传输的数据有偶个或者奇个逻辑高位。例如，如果数据是011，那么对于偶校验，校验位为0，保证逻辑高的位数是偶数个。如果是奇校验，校验位位1，这样就有3个逻辑高位。

串口通信的传输格式：

串行通信中，线路空闲时，线路的TTL电平总是高，经反向RS232的电平总是低。一个数据的开始RS232线路为高电平，结束时Rs232为低电平。数据总是从低位向高位一位一位的传输。示波器读数时，左边是数据的高位。例如，对于16进制数据55aaH，当采用8位数据位、1位停止位传输时，它在信号线上的波形如图所示。

55H=01010101B，取反后10101010B，加入一个起始位1，一个停止位0，55H的数据格式为1010101010B； aaH=10101010B，取反后01010101B，加入一个起始位1，一个停止位0，55H的数据格式为1101010100B

串口通信的接收过程：（异步通信：接收器和发送器有各自的时钟；同步通信：发送器和接收器由同一个时钟源控制。RS232是异步通信）

（1）开始通信时，信号线为空闲（逻辑1）,当检测到由1到0的跳变时，开始对"接收时钟"计数。

（2）当计到8个时钟时，对输入信号进行检测，若仍为低电平，则确认这是"起始位"，而不是干扰信号。

（3）接收端检测到起始位后，隔16个接收时钟，对输入信号检测一次，把对应的值作为D0位数据。若为逻辑1, 作为数据位1；若为逻辑0，作为数据位0。

（4）再隔16个接收时钟，对输入信号检测一次，把对应的值作为D1位数据。„.，直到全部数据位都输入。

（5）检测校验位P（如果有的话）。

（6）接收到规定的数据位个数和校验位后,通信接口电路希望收到停止位S(逻辑1)，若此时未收到逻辑1，说明出现了错误，在状态寄存器中置"帧错误"标志。若没有错误，对全部数据位进行奇偶校验，无校验错时，把数据位从移位寄存器中送数据输入寄存器。若校验错，在状态寄存器中置奇偶错标志。

（7）本幀信息全部接收完，把线路上出现的高电平作为空闲位。

（8）当信号再次变为低时，开始进入下一幀的检测。