是在通用单片机或片上系统(SOC)中增加DsSP协处理器,例如 Intel的MCS-296 推动嵌入式DSP处理器发展的一个重要因素是嵌入式系统的智能化,例如各种带有智 能逻辑的消费类产品,生物信息识别终端,带有加解密算法的键盘,ADSL接入、实时语 音压解系统,虛拟现实显示等。这类智能化算法一般都是运算量较大,特别是向量运算、 指针线性寻址等较多,而这些正是DSP处理器的长处所在。 嵌入式DSP处理器比较有代表性的产品是 Texas Instruments的TMS320系列和 Motorola的DSP56000列。TMS320系列处理器包括用于控制的C2000系列,移动通信 的C5000系列,以及性能更高的C6000和C8000系列。DSP56000目前已经发展成为 DSP56000,DSP56100,DSP56200和DSP56300等几个不同系列的处理器 DSP的设计者们把重点放在了处理连续的数据流上。在嵌入式应用中,如果强调对连 续的数据流的处理及高精度复杂运算,则应该选用DSP器件 1114.嵌入式片上系统( System On Chip) 随着LSI设计的普及化及半导体工艺的迅速发展,可以在一块硅片上实现一个更为 复杂的系统,这就是 System On Chip(SOC)。各种通用处理器内核将作为SOC设计公司的 标准库,和许多其它嵌入式系统外设一样,成为LSI设计中一种标准的器件,用标准的 VHDL等语言描述,存储在器件库中。用户只需定义出整个应用系统,仿真通过后就可以 将设计图交给半导体工厂制作样品。这样除个别无法集成的器件以外,整个嵌入式系统大 部分均可集成到一块或几块芯片中去,应用系统电路板将变得很简洁,对于减小体积和功 耗、提高可靠性非常有利。 SOC可以分为通用和专用两类。通用系列包括 Motorola的 M-Core,某些ARM系列器 件, Echelon和 Motorola联合研制的 Neuron芯片等。专用SOC一般专用于某个或某类系统 中,不为一般用户所知。一个有代表性的产品是 Philips的 Smart Xa,它将XA单片机内核 和支持超过2048位复杂RSA算法的CCU单元制作在一块硅片上,形成一个可加载JAVA 或C语言的专用的SOC,可用于公众互联网如 Internet安全方面 1.115.嵌入式处理器的选择 针对各种嵌入式设备的需求,各个半导体芯片厂商都投入了很大的力量研发和生产适用 于这些设备的CPU及协处理器芯片。用于嵌入式设备的处理器必须高度紧凑、低功耗、低 成本。针对每一类应用来说,开发者对处理器选择都是多种多样的,掌上电脑就是一例,如 表1.1所示。 与全球PC市场不同的是没有一种微处理器和微处理器公司可以主导嵌入式系统,仅 以32位的CPU而言,就有100种以上嵌入式微处理器。由于嵌入式系统设计的差异性极 大,因此选择是多样化的。设计者在选择处理器时要考虑的主要因素有: (1)调查市场上己有的CPU供应商。有些公司如 Motorola、 Intel、AMD很有名气 而有一些小的公司如QED虽然名气很小,但也生产很优秀的微处理器。另外, 有一些公司,如ARM、MPS等,只设计但并不生产CPU,他们把生产权授予 世界各地的半导体制造商。ARM是另外一种近年来在嵌入式系统有影响力的微 处理器制造商,ARM的设计非常适合于小的电源供电系统。Appl在 Newton手 持计算机中使用ARM,另外有几款数字无线电话也在使用ARM (2)处理器的处理速度。一个处理器的性能取决于多个方面的因素:时钟频率,内部
- 5 - 是在通用单片机或片上系统（SOC）中增加 DSP 协处理器，例如 Intel 的 MCS-296。 推动嵌入式 DSP 处理器发展的一个重要因素是嵌入式系统的智能化，例如各种带有智 能逻辑的消费类产品，生物信息识别终端，带有加解密算法的键盘，ADSL 接入、实时语 音压解系统，虚拟现实显示等。这类智能化算法一般都是运算量较大，特别是向量运算、 指针线性寻址等较多，而这些正是 DSP 处理器的长处所在。 嵌入式 DSP 处理器比较有代表性的产品是 Texas Instruments 的 TMS320 系列和 Motorola 的 DSP56000 系列。TMS320 系列处理器包括用于控制的 C2000 系列，移动通信 的 C5000 系列，以及性能更高的 C6000 和 C8000 系列。DSP56000 目前已经发展成为 DSP56000，DSP56100，DSP56200 和 DSP56300 等几个不同系列的处理器。 DSP 的设计者们把重点放在了处理连续的数据流上。在嵌入式应用中，如果强调对连 续的数据流的处理及高精度复杂运算，则应该选用 DSP 器件。 1.1.1.4. 嵌入式片上系统(System On Chip) 随着 VLSI 设计的普及化及半导体工艺的迅速发展，可以在一块硅片上实现一个更为 复杂的系统，这就是 System On Chip(SOC)。各种通用处理器内核将作为 SOC 设计公司的 标准库，和许多其它嵌入式系统外设一样，成为 VLSI 设计中一种标准的器件，用标准的 VHDL 等语言描述，存储在器件库中。用户只需定义出整个应用系统，仿真通过后就可以 将设计图交给半导体工厂制作样品。这样除个别无法集成的器件以外，整个嵌入式系统大 部分均可集成到一块或几块芯片中去，应用系统电路板将变得很简洁，对于减小体积和功 耗、提高可靠性非常有利。 SOC 可以分为通用和专用两类。通用系列包括 Motorola 的 M-Core，某些 ARM 系列器 件，Echelon 和 Motorola 联合研制的 Neuron 芯片等。专用 SOC 一般专用于某个或某类系统 中，不为一般用户所知。一个有代表性的产品是 Philips 的 Smart XA，它将 XA 单片机内核 和支持超过 2048 位复杂 RSA 算法的 CCU 单元制作在一块硅片上，形成一个可加载 JAVA 或 C 语言的专用的 SOC，可用于公众互联网如 Internet 安全方面。 1.1.1.5. 嵌入式处理器的选择 针对各种嵌入式设备的需求，各个半导体芯片厂商都投入了很大的力量研发和生产适用 于这些设备的 CPU 及协处理器芯片。用于嵌入式设备的处理器必须高度紧凑、低功耗、低 成本。针对每一类应用来说，开发者对处理器选择都是多种多样的，掌上电脑就是一例，如 表 1.1.所示。 与全球 PC 市场不同的是没有一种微处理器和微处理器公司可以主导嵌入式系统，仅 以 32 位的 CPU 而言，就有 100 种以上嵌入式微处理器。由于嵌入式系统设计的差异性极 大，因此选择是多样化的。设计者在选择处理器时要考虑的主要因素有： （1） 调查市场上已有的 CPU 供应商。有些公司如 Motorola、Intel、AMD 很有名气， 而有一些小的公司如 QED 虽然名气很小，但也生产很优秀的微处理器。另外， 有一些公司，如 ARM、MIPS 等，只设计但并不生产 CPU，他们把生产权授予 世界各地的半导体制造商。ARM 是另外一种近年来在嵌入式系统有影响力的微 处理器制造商，ARM 的设计非常适合于小的电源供电系统。Apple 在 Newton 手 持计算机中使用 ARM，另外有几款数字无线电话也在使用 ARM。 （2） 处理器的处理速度。一个处理器的性能取决于多个方面的因素：时钟频率，内部
寄存器的大小,指令是否对等处理所有的寄存器等。对于许多需用处理器的嵌入 式系统设计来说,目标不是在于挑选速度最快的处理器,而是在于选取能够完成 作业的处理器和I/O子系统。如果你的设计是面向高性能的应用,那么建议你 考虑某些新的处理器,其价格极为低廉,如IBM和 Motorola的 Power PC。以前 Intel的960是销售极好的RISC高性能芯片,但是最近几年却遇到强劲的对手, 让位于MPS、SH以及后起之星ARM。 (3)技术指标。当前,许多嵌入式处理器都集成了外围设备的功能,从而减少了芯片 的数量,进而降低了整个系统的开发费用。开发人员首先考虑的是,系统所要求 的一些硬件能否无需过多的胶合逻辑( Glue Logic)就可以连接到处理器上。其 次是考虑该处理器的一些支持芯片,如DMA控制器,内存管理器,中断控制器, 串行设备、时钟等的配套。 (4)处理器的低功耗。嵌入式微处理器最大并且增长最快的市场是手持设备、电子记 事本、PDA、手机、GPS导航器、智能家电等消费类电子产品,这些产品中选购 的微处理器典型的特点是要求高性能、低功耗。许多CPU生产厂家已经进入了 这个领域。 (5)处理器的软件支持工具。仅有一个处理器,没有较好的软件开发工具的支持,也 是不行的,因此选择合适的软件开发工具对系统的实现会起到很好的作用 (6)处理器是否内置调试工具。处理器如果内置调试工具可以大大大的缩小调试周 期,降低调试的难度。 (7)处理器供应商是否提供评估板。许多处理器供应商可以提供评估板来验证你的理 论是否正确,验证你的决策是否得当 表1.1.部分掌上电脑处理器一览 厂家/型号 处理器 速度 卡西欧 Cassiopeia I-100系列 MIPS-based NEC VR4121 131 MHZ 康柏 Aero2100系列 MIPS-based NEC VR41l1 70 MHZ 菲利浦 Nino500系列 MIPS-based Toshiba PR31700 75 MHZ 惠普 Hitachi SH-3 7709a 100MHz/133 Jornada400系列 MHZ 3 Com Palm Pilot系列 Motorola DragonBall 68VZ328 33 MHZ 苹果 MessagePad 2000/2100 Intel StrongARM SA-110 160MHZ 康柏 Intel StrongARM SA-1110 206MHZ IPAQ H3650 112.存储器 存储器的物理实质是一组或多组具备数据输入输出和数据存储功能的集成电路,用于充 当设备缓存或保存固定的程序及数据。存储器按存储信息的功能可分为只读存储器ROM ( Read Only Memory)和随机存储器RAM( Random Access Memory)
- 6 - 寄存器的大小，指令是否对等处理所有的寄存器等。对于许多需用处理器的嵌入 式系统设计来说，目标不是在于挑选速度最快的处理器，而是在于选取能够完成 作业的处理器和 I／O 子系统。如果你的设计是面向高性能的应用，那么建议你 考虑某些新的处理器，其价格极为低廉，如 IBM 和 Motorola 的 Power PC。以前 Intel 的 i960 是销售极好的 RISC 高性能芯片，但是最近几年却遇到强劲的对手， 让位于 MIPS、SH 以及后起之星 ARM。 （3） 技术指标。当前，许多嵌入式处理器都集成了外围设备的功能，从而减少了芯片 的数量，进而降低了整个系统的开发费用。开发人员首先考虑的是，系统所要求 的一些硬件能否无需过多的胶合逻辑（Glue Logic）就可以连接到处理器上。其 次是考虑该处理器的一些支持芯片，如 DMA 控制器，内存管理器，中断控制器， 串行设备、时钟等的配套。 （4） 处理器的低功耗。嵌入式微处理器最大并且增长最快的市场是手持设备、电子记 事本、PDA、手机、GPS 导航器、智能家电等消费类电子产品，这些产品中选购 的微处理器典型的特点是要求高性能、低功耗。许多 CPU 生产厂家已经进入了 这个领域。 （5） 处理器的软件支持工具。仅有一个处理器，没有较好的软件开发工具的支持，也 是不行的，因此选择合适的软件开发工具对系统的实现会起到很好的作用。 （6） 处理器是否内置调试工具。处理器如果内置调试工具可以大大大的缩小调试周 期，降低调试的难度。 （7） 处理器供应商是否提供评估板。许多处理器供应商可以提供评估板来验证你的理 论是否正确，验证你的决策是否得当。 表 1.1. 部分掌上电脑处理器一览 厂家/型号 处理器 速度 卡西欧 Cassiopeia E-100 系列 MIPS-based NEC VR4121 131 MHz 康柏 Aero 2100 系列 MIPS-based NEC VR4111 70 MHz 菲利浦 Nino 500 系列 MIPS-based Toshiba PR31700 75 MHz 惠普 Jornada 400 系列 Hitachi SH-3 7709a 100 MHz /133 MHz 3Com PalmPilotTM 系列 Motorola DragonBall 68VZ328 33 MHz 苹果 MessagePad 2000/2100 Intel StrongARM SA-110 160MHz 康柏 iPAQ H3650 Intel StrongARM SA-1110 206MHz 1.1.2. 存储器 存储器的物理实质是一组或多组具备数据输入输出和数据存储功能的集成电路，用于充 当设备缓存或保存固定的程序及数据。存储器按存储信息的功能可分为只读存储器 ROM （Read Only Memory）和随机存储器 RAM（Random Access Memory）
表1.2.常用存储器分类 种类 存储器单元 构造 读出速度 数据变更数据保相对位 变更方式写入速度持功率成本 EEPROM2品体管十隧同上写动作(重 不要 紫外线擦 EPROM1晶体管 同上 除+电气(1-9)×不要12 100us OM 电器擦除 FLASH1晶体管 同上+电气写 1 Ous 不要 入 OTP 1品体管同上不可变更数据(仅可一次不要08 MASK ROM 1晶体管 同上 不可 不要05 1晶体管+1(1-9)写动作(重(1-9) (1一 DRAM 电容器 ×10ns 写) 10ns 9) 100uW RAM SRAM 4晶体管+2(1-9)写动作(重(1-9) 负载元件 写) 1 Ons 9)× 100uS SRAM单元 存储器动 NVRAM+ EEPROM100ns作(片批)10ms不要1000 单元 (重写) 1.121.ROM ROM中的信息一次写入后只能被读出,而不能被操作者修改或删除,一般由芯片制造 商进行掩膜写入信息,价格便宜,适合于大量的应用。一般用于存放固定的程序,如监控程 序、汇编程序等,以及存放各种表格。 EPROM( Erasable Programmable Rom)和一般的ROM 不同点在于它可以用特殊的装置擦除和重写它的内容,一般用于软件的开发过程。 1.1.2.2.RAM RAM就是我们平常所说的内存,主要用来存放各种现场的输入、输出数据,中间计 算结果,以及与外部存储器交换信息和作堆栈用。它的存储单元根据具体需要可以读出, 也可以写入或改写。RAM只能用于暂时存放程序和数据,一旦关闭电源或发生断电,其 中的数据就会丢失。现在的RAM多为MOS型半导体电路,它分为静态和动态两种。静态 RAM是靠双稳态触发器来记忆信息的;动态RAM是靠MOS电路中的栅极电容来记忆信 息的。由于电容上的电荷会泄漏,需要定时给与补充,所以动态RAM需要设置刷新电路。 但动态RAM比静态RAM集成度高、功耗低,从而成本也低,适于作大容量存储器。所 以主内存通常采用动态RAM,而高速缓冲存储器( Cache)则使用静态RAM。 动态RAM按制造工艺的不同,又可分为动态随机存储器( Dynamic RAM)、扩展数据 输出随机存储器( Extended Data Out RAM)和同步动态随机存储器( Synchromized Dynamic
- 7 - 表 1.2. 常用存储器分类 数据变更 种类 存储器单元 构造 读出速度 变更方式 写入速度 数据保 持功率 相对位 成本 EEPROM 2 晶体管＋隧 道区域 同上 写动作（重 写） 10ms 不要 10 EPROM 1 晶体管 同上 紫外线擦 除＋电气 写入 （1－9）× 100us 不要 1.2 FLASH 1 晶体管 同上 电器擦除 ＋电气写 入 10us 不要 1 OTP 1 晶体管 同上 不可变更数据（仅可一次 电气写入） 不要 0.8 ROM MASK ROM 1 晶体管 同上 不可 不要 0.5 DRAM 1 晶体管＋1 电容器 （1－9） ×10ns 写动作（重 写） （1－9）× 10ns （1－ 9）× 100uW 1 SRAM 4 晶体管＋2 负载元件 （1－9） ×10ns 写动作（重 写） （1－9）× 10ns （1－ 9）× 100uS RAM 4 NVRAM SRAM 单元 ＋EEPROM 单元 100ns 存储器动 作（片批） （重写） 10ms 不要 1000 1.1.2.1. ROM ROM 中的信息一次写入后只能被读出，而不能被操作者修改或删除，一般由芯片制造 商进行掩膜写入信息，价格便宜，适合于大量的应用。一般用于存放固定的程序，如监控程 序、汇编程序等，以及存放各种表格。EPROM（Erasable Programmable ROM）和一般的 ROM 不同点在于它可以用特殊的装置擦除和重写它的内容，一般用于软件的开发过程。 1.1.2.2. RAM RAM 就是我们平常所说的内存，主要用来存放各种现场的输入、输出数据，中间计 算结果，以及与外部存储器交换信息和作堆栈用。它的存储单元根据具体需要可以读出， 也可以写入或改写。RAM 只能用于暂时存放程序和数据，一旦关闭电源或发生断电，其 中的数据就会丢失。现在的 RAM 多为 MOS 型半导体电路，它分为静态和动态两种。静态 RAM 是靠双稳态触发器来记忆信息的；动态 RAM 是靠 MOS 电路中的栅极电容来记忆信 息的。由于电容上的电荷会泄漏，需要定时给与补充，所以动态 RAM 需要设置刷新电路。 但动态 RAM 比静态 RAM 集成度高、功耗低，从而成本也低，适于作大容量存储器。所 以主内存通常采用动态 RAM，而高速缓冲存储器（Cache）则使用静态 RAM。 动态 RAM 按制造工艺的不同，又可分为动态随机存储器（Dynamic RAM）、扩展数据 输出随机存储器（Extended Data Out RAM）和同步动态随机存储器（Synchromized Dynamic
RAM)。DRAM需要恒电流以保存信息,一旦断电,信息即丢失。它的刷新频率每秒钟可达 几百次,但由于DRAM使用同一电路来存取数据,所以DRAM的存取时间有一定的时间间 隔,这导致了它的存取速度并不是很快。另外,在DRAM中,由于存储地址空间是按页排 列的,所以当访问某一页面时,切换到另一页面会占用CPU额外的时钟周期。 EDO-RAM 同DRAM相似,但在把数据发送给CPU的同时可以去访问下一个页面,故而速度要比普通 DRAM快15~30%。 SDRAM同DRAM有很大区别,它使用同一个CPU时钟周期即可完成 数据的访问和刷新,即以同一个周期、相同的速度、同步的工作,因而可以同系统总线以同 频率工作,可大大提高数据传输率,其速度要比DRAM和 EDO-RAM快很多(比 EDO-RAM 提高近50%)。 1.1.3.输入输出设备 嵌入式系统中输入形式一般包括触摸屏、语音识别、按键、键盘和虚拟键盘。输出设备 主要有LCD显示和语音输出 1.131.液晶显示 液晶显示屏( liquid crystal display:LCD)用于显示GUI(图象用户界面)环境下的文 字和图象数据,适用于低压、微功耗电路。 从选型角度,我们将常见液晶分为以下几类:段式(也称8字)、字符型和图形点阵。 段式液晶:常见段式液晶的每字为8段组成,即8字和一点,只能显示数字和部分字母, 如果必须显示其它少量字符、汉字和其它符号,一般需要从厂家定做,可以将所要显示的字 符、汉字和其它符号固化在指定的位置,比如计算器和电子表所用的液晶。 字符型液晶:顾名思义,字符型液晶是用于显示字符和数字的,对于图形和汉字的显示 方式与段式液晶无异。字符型液晶一般有以下几种分辨率,8×1,16×1、16×2、16×4、20×2、 20×4、40×2、40×4等,其中8(16、20、40)的意义为一行可显示的字符(数字)数,1(2 4)的意义是指显示行数。 图形点阵式液晶:我们又将其分为TN、STN(DSTN)、TFT等几类。这种分类需从液晶 材料和液晶效应讲起,请参考液晶显示原理。 TN类液晶由于它的局限性,只用于生产字符型液晶模块;而ST(DSTN)类液晶模块 般为中小型,既有单色的,也有伪彩色的;TFT类液晶,则从小到大都有,而且几乎清一色 为真彩色显示模块。除了TFT类液晶外,一般小液晶屏都内置控制器(控制器的概念相当于 显示卡上的主控芯片),直接提供MPU接口;而大中液晶屏,要想控制其显示,都需要外加 控制器。 从色彩上分,LCD显示屏分为单色、灰度和彩色三种,价格由低到高,单色LCD的点 阵只能显示亮和暗,通常只用于低端的不需显示图形的场合:带灰度级的LCD常用的有2bit 4级灰度和4bitl6级灰度,可以显示简单的带有层次的图形或图象;彩色LCD的色彩以颜 色数为标准。彩色LCD分为有源( Active)及无源( Passive)型两种,有源型就是常见的 TFT( Thin Film transistor,薄膜晶体管)LCD,特点是显示清晰、分明、视角大,但价格高 之所以如此,是因为有源LCD更新屏幕的频率较快,而且它屏幕上的每个象素,分别是由 一个独立的晶体管控制的(无源的就不是)。这样,也导致了有源矩阵LCD的一个缺点,就 是这种显示器要使用相当多的晶体管,造价也就高。无源型就是常见的STN( super-twist ed nematIc,超扭曲向列型)LCD,最显著优点是造价低 按背光将液晶分类,有透射式、反射式、半反半透式液晶三类,因为液晶为被动发光 型显示器,所以必须有外界光源,液晶才会有显示,透射式液晶必须加上背景光,反射式 液晶需要较强的环境光线,半反半透式液晶要求环境光线较强或加背光。 字符类液晶,带背光的一般为LED背光,以黄颜色(红、绿色调)为主。一般为+5V驱 动。单色STN中小点阵液晶,多用LED或EL背光,EL背光以黄绿色(红、绿、白色调)
- 8 - RAM）。DRAM 需要恒电流以保存信息，一旦断电，信息即丢失。它的刷新频率每秒钟可达 几百次，但由于 DRAM 使用同一电路来存取数据，所以 DRAM 的存取时间有一定的时间间 隔，这导致了它的存取速度并不是很快。另外，在 DRAM 中，由于存储地址空间是按页排 列的，所以当访问某一页面时，切换到另一页面会占用 CPU 额外的时钟周期。EDO-RAM 同 DRAM 相似，但在把数据发送给 CPU 的同时可以去访问下一个页面，故而速度要比普通 DRAM 快 15~30%。SDRAM 同 DRAM 有很大区别，它使用同一个 CPU 时钟周期即可完成 数据的访问和刷新，即以同一个周期、相同的速度、同步的工作，因而可以同系统总线以同 频率工作，可大大提高数据传输率，其速度要比 DRAM 和 EDO-RAM 快很多（比 EDO-RAM 提高近 50%）。 1.1.3. 输入输出设备 嵌入式系统中输入形式一般包括触摸屏、语音识别、按键、键盘和虚拟键盘。输出设备 主要有 LCD 显示和语音输出。 1.1.3.1. 液晶显示 液晶显示屏（liquid crystal display：LCD）用于显示 GUI（图象用户界面）环境下的文 字和图象数据，适用于低压、微功耗电路。 从选型角度，我们将常见液晶分为以下几类：段式（也称 8 字）、字符型和图形点阵。 段式液晶：常见段式液晶的每字为 8 段组成，即 8 字和一点，只能显示数字和部分字母， 如果必须显示其它少量字符、汉字和其它符号，一般需要从厂家定做，可以将所要显示的字 符、汉字和其它符号固化在指定的位置，比如计算器和电子表所用的液晶。 字符型液晶：顾名思义，字符型液晶是用于显示字符和数字的，对于图形和汉字的显示 方式与段式液晶无异。字符型液晶一般有以下几种分辨率，8×1，16×1、16×2、16×4、20×2、 20×4、40×2、40×4 等，其中 8（16、20、40）的意义为一行可显示的字符（数字）数，1（2、 4）的意义是指显示行数。 图形点阵式液晶：我们又将其分为 TN、STN（DSTN）、TFT 等几类。这种分类需从液晶 材料和液晶效应讲起，请参考液晶显示原理。 TN 类液晶由于它的局限性，只用于生产字符型液晶模块；而 ST（DSTN）类液晶模块一 般为中小型，既有单色的，也有伪彩色的；TFT 类液晶，则从小到大都有，而且几乎清一色 为真彩色显示模块。除了 TFT 类液晶外，一般小液晶屏都内置控制器(控制器的概念相当于 显示卡上的主控芯片)，直接提供 MPU 接口；而大中液晶屏，要想控制其显示，都需要外加 控制器。 从色彩上分，LCD 显示屏分为单色、灰度和彩色三种，价格由低到高，单色 LCD 的点 阵只能显示亮和暗，通常只用于低端的不需显示图形的场合；带灰度级的 LCD 常用的有 2bit 4 级灰度和 4bit 16 级灰度，可以显示简单的带有层次的图形或图象；彩色 LCD 的色彩以颜 色数为标准。彩色 LCD 分为有源（Active）及无源（Passive）型两种，有源型就是常见的 TFT（Thin Film Transistor，薄膜晶体管）LCD，特点是显示清晰、分明、视角大，但价格高。 之所以如此，是因为有源 LCD 更新屏幕的频率较快，而且它屏幕上的每个象素，分别是由 一个独立的晶体管控制的（无源的就不是）。这样，也导致了有源矩阵 LCD 的一个缺点，就 是这种显示器要使用相当多的晶体管，造价也就高。无源型就是常见的 STN（super-twist ed nematic，超扭曲向列型） LCD，最显著优点是造价低。 按背光将液晶分类，有透射式、反射式、半反半透式液晶三类，因为液晶为被动发光 型显示器，所以必须有外界光源，液晶才会有显示，透射式液晶必须加上背景光，反射式 液晶需要较强的环境光线，半反半透式液晶要求环境光线较强或加背光。 字符类液晶，带背光的一般为 LED 背光，以黄颜色（红、绿色调）为主。一般为+5V 驱 动。单色 STN 中小点阵液晶，多用 LED 或 EL 背光，EL 背光以黄绿色（红、绿、白色调）
常见。一般用400-800Hz、70100V的交流驱动,常用驱动需要约1W的功率。中大点阵 STN液晶和TFT类液晶,多为冷阴极背光灯管( CCFL/CCFT),背光颜色为白色(红 蓝色调)。一般用25k-100kHz,300V以上的交流驱动。 1.13.2.触摸屏 嵌入式系统中的触摸屏分为电阻式、电容式和电感式三种,其中电阻式触摸屏最为常用。 电阻触摸屏的工作部分一般由三部分组成,如图1.1.所示:两层透明的阻性导体层、 两层导体之间的隔离层、电极。阻性导体层选用阻性材料,如铟锡氧化物(IO)涂在衬 底上构成,上层衬底用塑料,下层衬底用玻璃。隔离层为粘性绝缘液体材料,如聚脂薄膜。 电极选用导电性能极好的材料(如银粉墨)构成,其导电性能大约为IO的1000倍 透明导体 电极 隔离是 图1.1.电阻触摸屏结构 触摸屏工作时,上下导体层相当于电阻网络,如图1.2.所示。当某一层电极加上电压 时,会在该网络上形成电压梯度。如有外力使得上下两层在某一点接触,则在电极未加电 压的另一层可以测得接触点处的电压,从而知道接触点处的坐标。比如,在顶层的电极 (X+,X-)上加上电压,则在顶层导体层上形成电压梯度,当有外力使得上下两层在某一点 接触,在底层就可以测得接触点处的电压,再根据该电压与电极(X+)之间的距离关系,知 道该处的X坐标。然后,将电压切换到底层电极(Y+,Y-)上,并在顶层测量接触点处的 电压,从而知道Y坐标。这就是所有电阻技术触摸屏共同的最基本原理。对电阻式触摸屏 的控制有专门的芯片,如BB(Bur- Brown)公司生产的芯片ADS7843。很显然,控制芯片要 完成两件事情:其一,是完成电极电压的切换;其二,是采集接触点处的电压值(即AD)。 电容式触摸屏是一块四层复合玻璃屏,玻璃屏的内表面和夹层各涂一层IO,最外层是 只有00015mm厚的矽土玻璃保护层,夹层ITO涂层作工作面,四个角引出四个电极,内层 ITO为屏层以保证工作环境。当用户触摸电容屏时,由于人体电场,用户手指和工作面形成 个耦合电容,因为工作面上接有高频信号,于是手指会吸收一个很小的电流,这个电流分 别从屏的四个角上的电极中流出,且理论上流经四个电极的电流与手指头到四角的距离成比 例,控制器通过对四个电流比例的精密计算,得出位置。 电感式触摸屏的工作原理是在触摸笔中安装LC谐振线圈,通过改变与安装有激励线圈 及感应线圈的触摸屏之间的空间距离,使电磁场发生变化从而计算出触点的位置。因为这种 触摸屏是安装在液晶显示屏的后面,而普通的电阻式和电容式触摸屏需要安装在液晶显示屏 的前面,两者相比,使用电感式触摸屏,输入笔不必接触屏幕,可以减少对屏幕的磨损,同 时大大提高输入的灵敏度。由于触摸屏安装在显示屏的后面,也增加显示的清晰度和亮度 减少背光的使用,进而可以减少系统功耗
- 9 - 常见。一般用 400—800Hz、70—100V 的交流驱动，常用驱动需要约 1W 的功率。中大点阵 STN 液晶和 TFT 类液晶，多为冷阴极背光灯管（CCFL/CCFT），背光颜色为白色（红、绿、 蓝色调）。一般用 25k—100kHz，300V 以上的交流驱动。 1.1.3.2. 触摸屏 嵌入式系统中的触摸屏分为电阻式、电容式和电感式三种，其中电阻式触摸屏最为常用。 电阻触摸屏的工作部分一般由三部分组成，如图 1.1.所示：两层透明的阻性导体层、 两层导体之间的隔离层、电极。阻性导体层选用阻性材料，如铟锡氧化物（ITO）涂在衬 底上构成，上层衬底用塑料，下层衬底用玻璃。隔离层为粘性绝缘液体材料，如聚脂薄膜。 电极选用导电性能极好的材料（如银粉墨）构成，其导电性能大约为 ITO 的 1000 倍。 图 1.1. 电阻触摸屏结构 触摸屏工作时，上下导体层相当于电阻网络，如图 1.2.所示。当某一层电极加上电压 时，会在该网络上形成电压梯度。如有外力使得上下两层在某一点接触，则在电极未加电 压的另一层可以测得接触点处的电压，从而知道接触点处的坐标。比如，在顶层的电极 (X+,X－)上加上电压，则在顶层导体层上形成电压梯度，当有外力使得上下两层在某一点 接触，在底层就可以测得接触点处的电压，再根据该电压与电极(X+)之间的距离关系，知 道该处的 X 坐标。然后，将电压切换到底层电极（Y+,Y－）上，并在顶层测量接触点处的 电压，从而知道 Y 坐标。这就是所有电阻技术触摸屏共同的最基本原理。对电阻式触摸屏 的控制有专门的芯片，如 BB(Burr-Brown)公司生产的芯片 ADS7843。很显然，控制芯片要 完成两件事情：其一，是完成电极电压的切换；其二，是采集接触点处的电压值（即 A/D）。 电容式触摸屏是一块四层复合玻璃屏，玻璃屏的内表面和夹层各涂一层 ITO，最外层是 只有 0.0015mm 厚的矽土玻璃保护层，夹层 ITO 涂层作工作面，四个角引出四个电极，内层 ITO 为屏层以保证工作环境。当用户触摸电容屏时，由于人体电场，用户手指和工作面形成 一个耦合电容，因为工作面上接有高频信号，于是手指会吸收一个很小的电流，这个电流分 别从屏的四个角上的电极中流出，且理论上流经四个电极的电流与手指头到四角的距离成比 例，控制器通过对四个电流比例的精密计算，得出位置。 电感式触摸屏的工作原理是在触摸笔中安装 LC 谐振线圈，通过改变与安装有激励线圈 及感应线圈的触摸屏之间的空间距离，使电磁场发生变化从而计算出触点的位置。因为这种 触摸屏是安装在液晶显示屏的后面，而普通的电阻式和电容式触摸屏需要安装在液晶显示屏 的前面，两者相比，使用电感式触摸屏，输入笔不必接触屏幕，可以减少对屏幕的磨损，同 时大大提高输入的灵敏度。由于触摸屏安装在显示屏的后面，也增加显示的清晰度和亮度， 减少背光的使用，进而可以减少系统功耗