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关键词: 嵌入式, 术语, 工作原理, 微处理器，单片机，I2C

问：常见问题解答 – 嵌入式系统设计

这帖文在解答关于嵌入式系统设计的常见问题。一些问题为宽泛或概念性问题。另一些问题则更加具体，可能涉及单片机内的单个外围设备。浏览完各主题后，请花点时间访问DigiKey技术论坛 的各个部分。你可以找到一些包含下述主题的实际示例。

什么是嵌入式系统？

嵌入式系统由具有专用功能的硬件和软件组成，属于更大系统中的一部分。它通常包括一个或多个用于监管系统功能的微处理器或单片机。嵌入式系统包含某种能够在上电时自动启动的软件。许多时候，软件会自主运行。不过，嵌入式系统也常常包含用于外部控制和监控的某种用户界面（按钮、开关、LED、LCD等）。

什么是微处理器？

微处理器负责执行中央处理单元的所有功能，并被制造成小型集成电路。它需要解释并执行程序指令，因此可以被视为嵌入式系统的“大脑”。微处理器包括以特定顺序执行指令的数字逻辑，并使用主时钟来持续按顺序执行指令。主时钟内部通常被内部划分成单个时钟信号，用于触发专门的硬件部分。

什么是单片机？

单片机将CPU与存储器和用于特定目的的硬件外围电路相集成。

就存储器而言，单片机包括某种可以在运行时变为只读的非易失性可编程存储器。该存储器就是用户编程应用代码的地方，这些代码用于按照特定顺序执行指令以实现系统的整体目的。单片机通常具有易失性随机存取存储器，可以在运行时用于操作变量和存储结果。有时，单片机还会包括额外的非易失性存储器，用于在掉电时存储信息。

专用的硬件外围设备因单片机的不同而有所变化。一些常见的硬件外围设备包括计时器、串行通信块、模数转换器、数模转换器、模拟比较器，以及通用输入和输出引脚。

并行通信和串行通信有什么区别？

当两个器件相互通信时，意味着它们正在交换数据。将由系统架构来定义每个数据字由多少位组成，最常见的是8位、16位和32位数据字。并行通信使用专用线路来传输数据字中的每一位。而串行通信则将所有位按某种预定义的顺序移位到单一数据线上。通常，串行通信使用单一数据线，并按顺序依次（以最高有效位（msb）或最低有效位（lsb）为优先）移动每个位。但一些串行协议也会以非顺序的方式重新排列位，以减轻电场效应（直流偏置、电磁干扰等）对板的其余部分的影响。

使用并行通信的主要优势在于，在传输相同数量的数据的情况下，它需要的时钟周期数要少于串行通信。例如，如果使用8条独立线路传输一个8位数据字，那么整个数据字将在单个时钟周期内传输完毕。而使用单一数据线的串行通信协议则需要8个时钟周期来传输相同的数据字。

使用串行通信的主要优势在于，它大大减少了器件上的引脚数量和布线所需的板空间。因此，我们可以将引脚用于其他用途，并且这通常减少了所需的板空间和/或电缆尺寸。

此外，还有融合了二者优势的混合通信协议。例如，双和四I/O SPI协议使用多个串行数据引脚来增加总体带宽。不过，这最终还是取决于设计师的理解权衡，从而确定特定应用所需/可接受的方案。

同步通信和异步通信有什么区别？

同步通信意味着交换数据的两个（或更多）器件共享一个公共时钟线。一个器件（通常称为主机）将驱动时钟信号作为输出，而另一个器件（通常称为从机）将读取时钟信号作为输入。顾名思义，这样可以保持器件的同步，并确保数据在正确的时间进行设置和采样。同步通信的主要优势在于可靠性。你不必费心在每个器件上设置准确的参考时钟，以达到适当的波特率，并且温度对数据可靠性几乎没有或完全没有影响。缺点在于它需要额外的引脚，并且通常会增加所需的板空间/电缆尺寸。在板上运行时钟信号也可能增加电磁干扰效应。

异步通信表示两个器件不共享专用时钟信号……每个器件上都有一个唯一的时钟。因此，各器件必须提前设置相匹配的比特率以及在给定通信步骤中预期的位数。异步通信的优势在于它可以少用一个引脚，从而节省了板空间/电缆尺寸，并支持设计师将该引脚用于其他用途。从板上移除时钟线还有助于减少电磁干扰。使用异步通信的缺点是较难实现可靠的通信。用于生成比特率的参考时钟必须在相应的温度下维持一定的准确性和稳定性，否则时间可能会出错。整数除法下降也可能在比特率中引入错误。当你尝试实现不是参考时钟的精确整数倍的波特率时，就会发生这种情况。换句话说，即使有完美的参考时钟，所需的波特率也可能无法在一定量的误差下实现。误差量可能在/不在可以接受的范围内。

什么是 I2C ？

集成电路总线（I2C）协议是一种普遍用于嵌入式系统的同步串行通信协议，这是因为所需的引脚数量少，并且可以连接大量设备到单个总线上。I2C主机和从机之间只需要一条数据线（SDA）和一条时钟线（SCL）再加上共地即可。下图（可参考I2C百度百科词条）显示了I2C通信步骤的简化时序图。第一个黄色框用于指示启动信号。启动条件是SDA线在时钟线为高电平时转换为低电平的唯一时刻。在通信步骤期间，SDA转换在SCL处于低电平（蓝色）时进行，且SDA在SCL处于高电平（绿色）时被采样。第二个黄色框用于指示停止信号。停止条件是SDA线在时钟线为高电平时转换为高电平的唯一时刻。数据和时钟线使用具有外部上拉电阻的开漏输出。当器件停止主动驱动总线时，外部电阻将拉高每条线的电平。

I2C 时序示例

I2C是基于地址的协议，这意味着每个从设备都有唯一的I2C地址。I2C支持在单个总线上的多个主机和多个从机。器件的规格书将指定其I2C从机地址。通常，器件会使用7位I2C从机地址，尽管I2C协议的一些变体版本也支持10位和16位寻址模式。典型的I2C通信步骤将从主机发出启动信号开始，然后是包含从机7位地址和单个读写位的单个字节。在从机地址字节之后，消息格式因器件而异。在单个通信步骤中传输的字节数量没有限制。但是，在发送下一个字节之前，每个字节都必须获得接收器件的确认。在接收到最后一个字节和确认后，主机将发出停止信号以结束通信步骤。对于支持更大寻址方案的器件而言，初始字节格式也可能有所变化。特定器件的规格书将描述所需的I2C消息格式。100kbps是标准的I2C数据速率，而最近的I2C变体则支持400kbps快速模式 ，1Mbps快速模式 +和3.4Mbps高速模式 。

在下一张图中，占空比增加到75%，这意味着信号有75%的时间处于开启状态，有25%的时间处于关闭状态。这会将电压从2.5V增加到3.75V（5V的75%）。

应注意的是，PWM信号的周期（频率）保持不变。我们可以看到，两张图中的黑线间隔均匀，信号的下降沿总是在定义的时间发生。上升沿，也就是脉冲宽度，是我们需要进行调整以精确控制平均值的部分。所需的切换频率将特定于应用。

PWM广泛应用于嵌入式设计中。电机控制、LED强度控制和DC/DC电源转换都是脉冲宽度调制的典型应用。

更多嵌入式系统设计的常见问题解答，详情请查看下面帖子：

常见问题解答 – 嵌入式系统设计

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关键词: 三角测距，传感器, 工作原理

问：是否有能测量极小位移的光电传感器？

如需测量感测物体的极小位移，可以考虑使用Omron微型位移传感器Z4D-C01。

说明：

Z4D-C01型是一款运用了三角测距原理的微型位移传感器。

这款传感器由红外LED和PSD(位置传感设备)单元、以及处理电路构成，检测物体的距离一旦发生变化，射入PSD单元的光束重心位置也会随之而变(参阅下图)。采用模拟输出(电压)这个位置变化量的结构。检测范围为6.5mm±1mm时的分辨率可高达±10μm。 此外，还具有通过该检测原理和除算処理实现不易受到检测物体反射率影响的特性。 代表性的应用包括打印机、印刷机或ATN上的纸张、纸币层叠进纸检测(双插检测)或纸张厚度检测。复制用纸或纸币厚度根据种类而异，但一般为100μm左右。

商品详情请查看Z4D-C01型：规格书

快速提示

微位移传感器Z4D-C01具有接收感测物体表面漫反射光的光学设计。如果物体表面光滑，反射光可能无法进入光接收孔径，因此无法进行检测。如果要检测多种类型的物体，请对所有物体进行全面评估。对于光泽度稍高（漫反射较少）的感测物体，如果输出不稳定，可以尝试改变感测物体的角度，让反射光进入传感器的接收孔径

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关键词：5G，工业互联网，工业智能化，工业自动化，工业控制

工业互联网是目前备受关注的领域之一，通过科技对工业发展进行突破性的革新，其中5G的应用对工业通信技术创新更有着重要的影响。通过5G+工业互联网，全面连接人、机、物和系统，加快实现工业数字化、工业智能化，以帮助降低成本，同时加大工业生产的效率，促进经济的发展。在全球各行各业都在科技的带领下急速发展的环境中，利用5G对工业长线发展大有裨益。

最新的5G+工业互联网市场趋势报告，阐述与工业互联网相关的5G技术的定义、工业互联网的发展，并提供相关趋势的数据以及产品推荐，助你深入了解5G对工业发展的优势，朝着更适合市场需求的方向前进。

5G与工业互联网

在工业智能化的发展方向下，5G确定性网络是重要的一环。5G确定性网络即5GDN (5G Deterministic Networking)，它是使用5G建构移动专网，帮助提升智能化的水平，用于工业领域上可以实现高清视频监控、机器视觉检测等具有高度时延、可靠性要求的应用。

工业互联网是近年全球重视的新概念。在21世纪10年代开始，随着工业网络、云计算、现代通信等的发展而逐步形成。它不只是指新的信息通信技术，将生产链中的人、机、物连接，打造足以处理大量数据、建模以及分析的平台，还是泛指通过全面连接工业经济、产业链、价值链，实现制造业数字化转型，进而发展出更多新的模式、产业、业态等，引领工业趋向高质量。虽然世界各地都在积极发展工业互联网，但各国都有自己的走向，比如美国的工业互联网是资本主义下的产物，由巨头企业领导；而中国的则是由国家政策推行，建构于云平台基础，并持续发展中。

发展前景乐观

5G在全球爆炸式增长，数据显示，全球的5G基站和5G商用网络的数量从2020年到2023年都增加超过两倍，并且相信会随着科技的进步继续稳步增加。工业互联网方面的数据也是呈上升的趋势，全国工业互联网产业不管在规模上还是占GDP比重上也是不断增加，而市场规模也在2023年增加至超过1万亿元。对于未来的预测，有研究显示，2024到2029年中国工业互联网渗透产业和核心产业经济规模，虽然不会戏剧性的急速增长，但也会保持稳定的升幅。可见，5G+工业互联网势必成为重点的发展方向。

迈向工业智能化的世界

工业智能化是业界的大趋势，数字工厂将会成为主流，通过传感器、中央控制器、网络等的协同，加快生产流程，提高生产力和产品质量。而工业互联网平台的发展，更加加速工业智能化转型，通过高度融合工业系统和信息网络，整合基础设施层、平台层、应用层、边缘层这四个工业互联网的架构，互连互通，成为更高效的工业生产系统。

在5G的新时代，工业也在智能化发展方面迎头赶上，通过利用5G信息技术，推动工业转型革新，在科技的协助下加强整个生产系统各组成部分的连接，实现低成本、高效、高质的生产。未来，5G+工业互联网势必能够进一步推动经济向好。

想要了解更多关于5G+工业互联网的内容，欢迎观看以下最新的市场报告，获取更多相关信息，为你的下一个设计建构更精准的蓝图。

观看完整报告

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关键词: 信号, 方案, 直接数字合成器，DDS

问：直接数字合成器 DDS：应用与性能洞察

能够准确地产生和控制不同频率和波形的能力已经成为众多行业中的关键需求。设计师可以选择基于PLL的技术和DAC编程，但DDS因其能够通过紧凑、低成本的单芯片IC产生高分辨率、可编程的模拟波形而广受欢迎。DDS提供了灵活、低相位噪声的频率源，广泛应用于通信、工业和生物医学设备的频率激励。

直接数字合成器（ DDS ） 是一种通过生成数字形式的时变信号并进行数模转换来产生模拟波形（通常为正弦波）的方法。DDS被应用于信号生成、通信系统中的本振、函数发生器、混频器、调制器、声音合成器以及作为数字锁相环的一部分。

DDS 设备如何生成正弦波？

DDS 设备的主要组件包括相位累加器、相位到幅度转换装置（通常是一个正弦查找表）和 DAC。这些模块如图所示：

DDS 生成的正弦波频率由参考时钟频率和编程到频率寄存器中的二进制数字决定。频率寄存器中的二进制数字是相位累加器的主要输入。如果使用正弦查找表，相位累加器计算查找表的相位（角度）地址，查找表输出该相位角度对应的正弦值的数字幅度，并传输给 DAC。然后，DAC 将该数字转换为对应的模拟电压或电流值。要生成固定频率的正弦波，在每个时钟周期中，将一个常量（由二进制数决定的相位增量）添加到相位累加器。如果相位增量较大，累加器会快速遍历正弦查找表，从而生成高频正弦波；如果相位增量较小，累加器将以更多步进生成较慢的波形。

使用典型的 DDS 设备生成什么样的输出？

DDS 设备不仅限于产生纯正弦波输出。下图展示了 AD9833 设备可生成的方波、三角波和正弦波输出。

有關使用 DDS 的主要优点及基于 DDS 系统的关键性能指标，详情查看这技術内容。

应用：

DDS 应用可以分为两大类：

• 通信和雷达系统，需要灵活的频率源进行数据编码和调制
• 测量、工业和光学应用，需要具有可编程调谐、扫描和激励功能的通用频率合成

在这两种情况下，越来越趋向于更高的频谱纯度（更低的相位噪声和更高的无杂散动态范围）以及低功耗和小尺寸要求，以满足远程或电池供电设备的需求。

产品示例：

DigiKey 零件编号	AD9852ASVZ-ND
制造商	Analog Devices Inc.
制造商产品编号	AD9852ASVZ
详细描述	直接数字合成 IC 12 b 300 MHz 48 b 调谐 80-TQFP-EP（14×14）

DigiKey 零件编号	505-AD9837ACPZ-RL7TR-ND
制造商	Analog Devices Inc.
制造商产品编号	AD9837ACPZ-RL7
详细描述	直接数字合成 IC 10 b 5 MHz 28 b 调谐 10-LFCSP-WD（3×3）

更多信号处理相关技术内容, 请参考下面帖子：

• 直接数字合成器 DDS 基础知识
• 信号端接器
• 理想时钟信号与实际时钟信号的区别 
• 有关在设计中信号和电源隔离的一般问题 
• 对比：共模信号与差分模信号 

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关键词: 工具, 安装, 线缆, 剥线工具

问：小型电子设备的通用压接/剥线工具

我们在 DigiKey 经常收到的问题之一，是关于用于小型电子设备的通用、低成本手动压接/剥线工具的请求，通常是用于维修。通常情况下，制造商为特定连接器触点推荐的工具价格远超用户在寻找用于不常见的维修或原型制作的简单小工具时的预算。那么解决方案是什么呢？

我们有一些工具可能适合这种需求，具体取决于您要压接/剥线的线材尺寸。其中一个推荐是 Klein Tools 的 1009，该压接/剥线工具设计用于线规范围从 10AWG 到 22AWG，这涵盖了通常在 12 到 18 AWG 之间的常见家用线材范围。该工具还具有剥线和切割功能，是家庭维护工具箱中的一个不错的补充。

对于使用较小、较细线规的电子爱好者和类似任务，我们推荐 Adafruit 的 350。这款工具适用于 20AWG 到 32AWG 的线材，涵盖了大多数小型电子设备的维修需求或自制设备时可能遇到的线材范围。

如果这两款工具都不符合您的需求或不在库存中，我们这里还有更多类似工具可供选择：通用手动压接工具搜索链接。

需要注意的是，这些工具并不适合需要通过任何形式的检验或认证的压接/剥线，或任何关键应用中的压接/剥线。像这些低成本的通用剥线钳主要用于快速和简便的原型制作、非关键设备的现场维修或其他可以接受不完美压接/剥线的任务。制造商压接/剥线工具通常价格昂贵的原因是因为它们对工具的加工和公差控制非常精确，远超过剥线钳。如果您不使用制造商推荐的工具进行压接/剥线，制造商将无法保证该触点符合其规格。这也是为什么大多数供应商不会评论他们的工具是否适用于竞争对手的部件的原因。

如果这些都不是您所需要的，那就不妨通过使用通用剥线钳来节省大量资金。

更多工具相关技术内容, 请参考下面帖子：

• 第二集: 焊接基础解说 
• 懂了这些参数，才算是会用数字万用表 
• 简单的小工具协助您创建更好的电路
• 面包板小技巧: 使用简单的 LED 来替代逻辑探针 
• 浅谈示波器 | 第一部分：什么是示波器 ？

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关键词：嵌入式，开发工具，方案, Linux，交叉编译

在当今数字化的时代，工控主机作为工业自动化的核心设备，扮演着至关重要的角色。今天，我们要向大家介绍一款来自M5Stack的强大一体化Linux工控主机——CoreMP135。

CoreMP135基于STM32MP135DAE7芯片构建，集成了单核ARM Cortex – A7处理器，主频高达1GHz，并配备4Gb DDR3L SDRAM运行内存，为高效的数据处理和运行提供了坚实的基础。

在接口方面，CoreMP135可谓是功能丰富。它拥有2路千兆网GbE接口，确保了高速稳定的网络连接；1路高清视频输出接口，能够呈现清晰的图像和视频；2路USB2.0 – A接口和1路USB – C接口（支持OTG及供电），满足了各种外设的连接需求；MicroSD卡槽为数据存储提供了便利；2路CAN FD接口和1路PWR485（9 – 24V电源输入 + RS485）接口，使其能够与多种工业设备进行通信；2个Grove（I2C & UART）接口则为传感器和其他外设的连接提供了可能。

接下来，由M5Stack的应用开发工程师李国选，会给大家讲讲这款Linux工控主机CoreMP135，到底有哪些过人之处。

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主讲嘉宾：

李国选，M5Stack嵌入式高级系统工程师（Linux）

系统是所有设备的灵魂，我的任务是赋予设备生命。

下面我们看看产品在人机交互方面的亮点，CoreMP135配备了2.0寸IPS电容触摸屏和1W扬声器（16 bits I2S驱动）。它采用AXP2101电源管理芯片，整体设计低功耗，内置RTC（BM8563）定时唤醒-休眠功能，并支持充电电池供电。设备配有DC电源插座，支持外部DC12V@2A直流电源供电，随主机附带预装Debian系统的MicroSD卡，开机即用。

CoreMP135适用于多种安装场景，设备底部配有DIN导轨底板，方便挂墙和螺丝固定。它广泛应用于高级工业自动化、智能家居、多媒体娱乐设备、工业物联网边缘网关以及机器人运动控制中枢等领域。

在应用开发方面，有M5Stack_Linux_Libs为CoreMP135开发提供强大的助力，M5Stack_Linux_libs能在Linux中和windows中对CoreMP135进行交叉编译，上传，甚至运行，这让我们不必为切换系统而发愁。同時M5Stack_Linux_libs有着丰富的Demo，每一个场景，每一个应用方向都有一个应用示例。

接下来，一起看一下CoreMP135开发框架的使用，访问CoreMP135产品主页https://docs.M5Stack.com/zh_CN/guide/linux/coremp135/develop

按照教程指引下载并安装python，安装python时需勾选Add pyhton.exe to PATH选，将其添加到环境变量，

复制python依赖包安装命令. 按下键盘WIN+R键，在弹出的窗口中输入CMD命令，打开命令行终端，粘贴命令，开始安装。

下载开发框架源码，通过clone或者压缩包的方式下载源码，

下载交叉编译工具链

编译案例程序:

打开案例程序的目录，并打开命令行界面，输入scons menuconfig指令进行编译配置。(注：windows用户若cmd终端打开配置界面无法正常移动光标，请使用powershell访问)

cd M5Stack_Linux_Libs/examples/lcd_hello_world

scons menuconfig

回车键进入Toolchain Configuration

回车键打开配置，填写交叉编译工具链的绝对路径以及工具链的前缀，Esc键退出保存。

当前案例工程下，输入以下指令进行编译，编译完成后将会输出可执行文件到当前路径的dist目录。scons -j4

推送案例程序

通过开发框架中的程序推送脚本，可将编译好的程序推送至CoreMP135的用户目录中，方便调试运行，这样避免每次手动复制文件到SD卡中的繁琐操作。在此之前，我们需要将CoreMP135连接至与当前电脑同一网段，然后通过路由器后台查看设备IP或串口连接登录后使用ifconfig指令，获取当前设备的IP地址。

串口连接

CoreMP135的USB将默认启用为系统log端口，用户可使用该接口连接至电脑，使用putty或MobaXterm之类的终端工具进行访问，默认波特率为115200bps，以下操作基于putty进行操作，请点击下方链接下载putty安装包，并根据操作指引实现登录。

putty – download

SSH访问

1.将设备通过网线连接至与当前电脑同一网段下，。电脑可通过命令行ssh指令实现远程访问。默认用户名为root，密码为root。

新版本debian镜像中，默认对root登录权限进行了关闭，请在使用前通过串口登录访问设备，使用useradd指令创建新的用户。用于推送程序配置的配置文件setup.ini，也请根据实际用户信息入。

ssh root@192.168.2.212

案例工程目录下的setup.ini配置文件，可用于配置远程推送的设备IP地址，以及推送的目录， 将其修改为实际设备的IP地址和用户信息。

[ssh]

local_file_path = dist

remote_file_path = /root

remote_host = 192.168.2.212

remote_port = 22

username = root

password = root

ifconfig

4.并执行以下scons push指令进行推送。

scons push

#log

#scons: Reading SConscript files …

#…

#push dist\lcd_hello_world /root/lcd_hello_world success!

回到CoreMP135的命令行终端，进入刚刚推送程序的目录，可找到发送过来的可执行文件，赋予文件执行权限，然后运行。

chmod +x lcd_hello_world

./lcd_hello_world

今天给大家分享的关于CoreMP135的硬件的介绍，然后再就是编程平台的简单演示，大家可以去尝试。

总之，M5STACK的CoreMP135是一款功能强大、性能卓越的一体化Linux工控主机，无论是硬件配置还是软件开发支持，都展现出了极高的水准。相信它将为您的工业自动化和智能化项目带来全新的体验和机遇。

相关产品信息:

• CoreMP135主机
• U001-C湿度，压力，温度传感器
• C123 ESP32-S Atom™ MCU 评估板
• M029-V11 RF M5Stack 平台评估扩展板
• U031-B RFID 阅读器
• U032 GPS RF
• U010 3D 飞行时间 (ToF)传感器
• C125 NANOC6 评估板

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关键词：嵌入式，规格，选型，存储器，时钟源，定时器，通信接口，输入/输出接口

嵌入式系统除了最重要的为处理器选择之外，配合的相关外设器件也是嵌入式系统的重要组成部分，包括内存、时钟（振荡器）、定时器、通信接口、输入／输出、模拟数字转换等器件，都可视系统的实际需求来进行选择。本文将为您介绍上述外设器件的类型与选择的考虑要素。

存储器的种类众多且特性不同

在嵌入式系统中，存储器是一个关键的器件，它用于存储程序代码、数据，以及系统执行所需的其他信息。除了微控制器在IC封装中内置的内存和存储空间之外，也可以增加外部存储器，且存储器的类型相当多样，每种类型的存储器都有其独特的用途。

首先，嵌入式系统中常见的闪存是一种非易失性存储器，这意味着如果系统重置或断电也不会被擦除，通常用于存储程序代码、固件和其他常驻应用数据。它具有快速读取速度，且相对较低的功耗。闪存有不同类型，包括NOR和NAND，具有不同的读写特性和应用场景。

另一种常见的存储器则是随机存取存储器（RAM），RAM是一种易失性存储器，用于临时存储程序执行所需的数据。它具有快速的读写速度，但系统重置或断电后会失去存储的数据。在嵌入式系统中，常见的RAM类型包括SRAM（静态随机存取存储器）和DRAM（动态随机存取存储器）。

EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）则是一种可擦除并且不易失去数据的存储器，这意味着如果系统重置或断电也不会被擦除，通常用于存储配置信息、校正数据和其他需要保留的非易失性数据。

另外，有些系统还可外接存储卡和嵌入式多媒体卡，包括SD卡、MicroSD卡等外部存储设备，它们通常用于扩展嵌入式系统的存储容量。

由于不同类型的存储器有不同的价格，因此成本是一个重要的考虑因素。此外存储器的读取和写入速度影响系统的性能，特别是对于需要高效率的应用，便必须选择速度较快的存储器。

系统所需的存储器容量也应符合应用的需求，进而确保足够的空间来存放程序代码、数据和其他必要的信息。此外，不同类型的存储器有不同的功耗特性，特别是对于移动和电池供电的嵌入式系统，通常需要采用功耗较低的存储器。

嵌入式系统通常要求耐久性，有些应用需要存储器具有较长的生命周期，并能够承受多次写入和擦除。另一方面，部分嵌入式系统可能需要在单一芯片上集成多种类型的存储器，这将有助于节省空间和简化设计，一些应用也可能需要支持外部存储设备，例如存储卡，以满足扩展性需求。

时钟源可确保同步系统中的各种操作

在嵌入式系统中使用的微控制器可能包含内部电阻、电容、电路振荡器（RC振荡器），或依赖某种类型的外部频率源来保持时间和周期一致。在嵌入式系统中，时钟源是一个关键的器件，用于同步系统中的各种操作，包括处理器的计算、外部设备的通信等，以下为您介绍各种不同特性的时钟源。

RC振荡器（RC oscillator）是一种只用电阻和电容构成的振荡器，其与温度相关，频率信号可能有1-5%的变化，它们确实可以满足一些较慢频率定时需求（例如低频模拟数字转换）。

晶体振荡器（Crystal Oscillator）常见于外部振荡器电路，具有精确度高、稳定性好的特性，晶体振荡器通常以百万分之一（PPM）为单位测量其变化，而不是百分比（如RC振荡器），通常用于需要高精度定时的应用，常搭配微控制器、微处理器和其他需要稳定定时的器件。

陶瓷振荡器（Ceramic Resonator）的成本较低，但精确度和稳定性可能较晶体振荡器差，陶瓷谐振器的公差在十分之一范围内，因此适用于对定时要求不苛刻的应用，以及对成本较为敏感的场合。

MEMS振荡器（Micro-Electro-Mechanical Systems Oscillator）则具备体积小、耐震动、低功耗的特性，但精度一般较晶体振荡器差，适用于尺寸有限、低功耗、耐震动的应用，如移动设备和嵌入式传感器。

振荡器模块（Oscillator Module）则整合了振荡器和相关的电路器件，提供方便的外部时钟源，可简化系统设计，常见于一些集成度高的嵌入式系统。

另一种GPS模块则是通过接收全球定位系统（GPS）信号，来提供高精度的时钟同步，常用于需要高度精确同步的应用，例如通信系统、科学仪器等。

实时时钟RTC（Real-Time Clock）则是具有低功耗的特性，能在掉电状态下保持时间计数，主要用于需要在断电时保持时间计数的应用。

在选择嵌入式系统中的时钟源时，应先考虑时钟源的精确度和稳定性，此外，成本、功耗、集成度与应用的外部环境条件（如温度、震动），都会影响时钟源的选择。

在嵌入式系统中，定时器则是一种常见的硬件模块，用于产生准确的时间基线，以执行定时和计数操作。常见的定时器（Timer）用于执行定时操作，例如产生精确的时间延迟、计算时间间隔等，常见于需要时间控制的应用，如通信协议、传感器读取等。

计数器（Counter）则用于计数外部事件的发生次数，例如脉冲计数、频率计数等，常用于需要计算事件发生频率或计数的场景中使用，如计步器、计量仪表。

在选择嵌入式系统中的定时器时，应先考虑定时器的精度，不同的计时器具有不同的精度，选择时应根据应用需求确定精度水平。另外，定时器的计时范围（定时器和计数器）也应该满足应用的时间要求。

实现不同硬件之间数据交换的通信接口

在嵌入式系统中，通信接口是实现不同硬件模块之间数据交换的重要元器件，通常可以分成并行通信和串行通信两种类型。并行通信同时发送多位的数据，因此需要数据总线硬件，通常由多条线路组成，在允许更快的数据传输的同时，并行通信还使用所连接装置的更多I/O端口，并且需要复杂的布线配置。串行通信则通过一条电线在配对设备上一次只发送一位数据，设备通信仅使用一个I/O端口，可降低设备总体复杂度和成本。

串行通信可以进一步分为两个子组，这取决于它们是否使用频率信号来控制和同步链接设备之间的数据通信（称为同步和异步）。异步串行意味着数据可以在不需要频率信号的情况下传输。同步串行则需要所有设备之间共享频率信号来控制数据通信。虽然同步串行确实需要跨所有设备的另一个定时信号，但它确实使通信速度更快。

在传输模式上，又可分成单工、半双工和全双工，单工是从来源到目的的单向数据流，半双工则允许从配对设备双向传输数据，但在给定时间内只能传输一个方向，全双工则可允许两个设备可以同时在两个方向上传输和接收数据。

常见的通信协议包括I²C总线协议，这是一种两线串行连接，旨在允许多个端点与一个或多个控制器进行通信。I²C是一种半双工协议，允许控制器单元和许多端点发送和接收数据。该协议的速度范围为0.1至5 Mbit/s（取决于总线配置），常见于连接低速外设，例如温度传感器、EEPROM等。

串行外设接口（SPI）则是一种全双工、同步串行连接，需要3线或4线连接。SPI连接需要在总线上所有参与者共享的同步频率信号，这样可以实现更高的数据率。当两个点彼此靠近时，可以达到高达60 Mbps的速度。SPI的缺点是需要更多I/O引脚和连接，常用于连接具有SPI接口的器件，如内存、传感器、显示器等。

通用异步收发器（UART）则是双向异步串行连接，可设定为单工、半双工或全双工。数据速度较慢且仅充当一对一通信，有些设备可能有多个UART电路，允许多个设备进行通信，常见于连接嵌入式系统和外部设备，例如传感器、GPS模块等。

其他常见的通信协议还包括CAN（Controller Area Network）、Ethernet（以太网）、USB（Universal Serial Bus）、无线通信接口等，在设计时选择通信接口时，可依据应用所需的数据速率、传输距离、功耗、成本、集成度、实时性等，根据具体应用需求来选择适合的通信接口，例如嵌入式控制系统、传感器网络、通信设备等。

嵌入式系统中的输入／输出（I/O）接口是用来连接和控制外部设备、传感器、显示器等的关键器件。常见的I/O接口如GPIO（通用输入／输出）具有通用性，可设置为输入或输出模式，用于连接各种外部设备，是通用用途的I/O连接接口，如按钮、LED、开关等。

此外，还需要使用ADC（模拟数字转换器）来将模拟信号转换为数字信号，用于传感器数据的读取，如温度、光照等。反之，还有DAC（数字模拟转换器），用于将数字信号转换为模拟信号，用于产生模拟输出，如音频输出。

产品类型	选择建议
存储器	在选择嵌入式系统的存储器时，需首先需要依据用途来选择不同类型的存储器，其次则需要考虑成本、速度、容量、功耗、耐久性、集成度、可扩展性等因素。
时钟源	在选择嵌入式系统的时钟源时，首先应依据应用的需求，来选择时钟源的精确度和稳定性，其次再来考虑成本、功耗、集成度、应用环境的外部条件、同步需求等因素。
通信接口	在选择嵌入式系统的通信接口时，首先应该考虑应用所需的功能、要求的数据速率与所需的传输距离，以及器件的功耗、成本、集成度、实时性、耐用性、软件支持等因素。

结语

嵌入式系统所需的外设器件相当广泛，选择也相当多样化，可依照具体应用需求来挑选合适的器件。DigiKey提供了多种广泛的产品线可供客户选择，并提供完整的技术支持，设计师可以到DigiKey的应用与技术网页参考更详细的信息，若有更多需求，也可与DigiKey联系以获得更多详细的信息。

精选产品

Renesas AT25DF041B-SSHN-B	Microchip 93LC56BT-I/OT	STMicroelectronics M95512-RDW6TP
Jauch Quartz J49SMH-A-G-G-K-4M0	ECS ECS-320-8-37B-CKY-TR	NDK America CS00582-39M
onsemi FIN1027AMX	Renesas ICL3221ECVZ-T	Microchip MCP2562FDT-E/SN

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小编的话

为嵌入式系统正确的选择外设器件对于提升系统性能、稳定性、成本效益、可扩展性以及用户体验等方面都具有重要的价值。也只有选择了合适的外设器件，我们才可以确保系统的整体性能和竞争力。您在进行嵌入式系统设计时，对文章中所提及的这些外设器件的选择有哪些经验或疑问？欢迎留言，分享交流！

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关键词: 放大器, 电容, 电路设计, 发射极电阻

问：共射极（CE）放大器中的发射极旁路电容器的作用是什么？

共射极（CE）放大器的发射极电阻是设定放大器增益的重要组件之一。它通过限制对放大器级的负反馈量来实现这一功能。简而言之，发射极旁路电容器通过抑制反馈来增加放大器的增益。

本文首先介绍了一个典型的共射极放大器，然后探讨了发射极旁路电容器的工作原理。我们将研究电容器对增益、失真和频率响应的影响，同时探讨部分旁路发射极电阻的优势。通过调整R4（图1所示），可以改变被旁路的发射极电阻的比例来实现这些目标。

你可以在MultisimLive 上加载此电路的交互式仿真。

增益演示

让我们首先观察发射极旁路电容器对放大器增益的影响。图2显示了在以10%的增量调整可变电阻R4时放大器的响应。可以看到，响应是非线性的，当C2直接连接到晶体管的发射极时，增益增加。该图还表明更高的增益伴随着更大的失真。

需要注意的是，图2是使用Multisim live的“参数”功能自动生成的。这个工具允许用户专注于某个组件并调整其数值。在此示例中，工具用于调整R4从0欧姆到140欧姆，且每个设置都会绘制相应的放大器输出。

技术小贴士： 直流偏置用于设定晶体管的工作点。R1、R2和R3设定了晶体管的静态（无信号）工作点。在此示例中，数值被选为在R3和晶体管集电极的连接处有大约一半的源电压。注意，直流偏置与C1、C2、C3和C4无关，这些组件仅与放大器的动态（交流）性能有关。

反馈的重要性

反馈和增益是本次讨论中的核心概念。如图2所示，发射极旁路电容器（图1中的C2）直接影响这两个参数。

负反馈的定义

负反馈对放大器性能有深远的影响。它使放大器更线性（更好的保真度）、更稳定、增加带宽，并减少噪声。这个性能提升是以牺牲增益为代价的。如图2所示，低增益（高反馈）配置将提供最佳的保真度。

技术小贴士： 作为一个设计练习，建议使用总谐波失真仪或简单的方法来测量性能。注意，测量应从低失真的信号源（如维恩桥振荡器）开始。

有关共射极放大器中的反馈机制及为什么需要发射极电阻，详情查看这内容。

一些想法

发射极旁路电容是决定放大器增益的几个器件之一。共发射极放大器是基于负反馈原理运作的。与运算放大器不同的是，这里没有“反馈线”。相反，反馈是通过晶体管中的电流实现的。当晶体管导通时，发射极电阻上产生的电压会产生一个与此相反的（负反馈）反应，试图关闭晶体管。发射极旁路电容在一定程度上可以调节反馈量，完全旁路发射极电阻时会得到最高增益。我们意识到电容电抗的重要性，当电容电抗相对于发射极电阻较低时，旁路电容开始起作用。

更多电路设计相关技术内容, 请参考下面帖子：

• 电源开关——什么是缓冲电路？ 
• 有关在设计中信号和电源隔离的一般问题
• 浅谈SAR ADC 驱动电路设计
• 第三集: 手把手构建简单电路实现 LED 与音频播放 
• 电路保护中的欠压\过压闭锁设计

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关键词：通电连接器，极性，同轴连接器

问：通电连接器和紧固件的极性术语 

在电气和电子领域中，通常会指定配合连接器的极性（公或母）。此外，还包括对连接器样式的描述，例如插头、引脚、插口、插座、插孔等。随着结构类型的多样化，定义你所需的连接器可能有些复杂难懂。本指南将解释连接器极性及样式的常见描述，帮助你识别和查找所需零件。

公 / 母术语

要确定通电连接器上的公/母特性，可以查看通电连接器上包含的是 公头引脚 还是 母头插口 。 图 1 和 图 2 分别展示了公头/母头类型的示例。

连接器样式

人们常常会将“插头”和“插孔”弄混。“插孔”可同时适用于母头连接器和公头连接器，通常用于指示连接器对的固定侧或面板安装侧。“插头”通常指配置中的可移动连接器。当两根相连的柔性电缆的关系对等时，每根电缆均可被视为一个插头。IEEE STD 100、IEEE-315-1975和IEEE 200-1975（已替换为ASME Y14.44-2008）是根据位置或移动性（而非极性）来定义“插头”和“插孔”的。相关示例请参见 图 3 和 图 4 。

“插头” 一词通常用于具有物理突出物的连接器，而插座、插口和插槽则用于具有凹陷特征的连接器，但零件的公/母极性由导体的引脚/插口定义。 

同轴连接器的反极性

曾经有客户要求我们说明标准同轴连接器和反极性同轴连接器之间的区别。标准公头同轴连接器具有套筒、外体和中心引脚，其螺纹部分位于连接器内部。标准母头同轴连接器具有套圈、外体和插座（ 图 6 ）。

对于反极性公头和母头连接器，本体和螺纹部分与标准连接器相同，其主要区别在 于，公头连接器的中心引脚与母头连接器的插座互换。有关更多细节，请参见 图 7 。

更多连接器相关技术内容, 请参考下面帖子：

• 连接器与连接器外壳的比较
• 套管连接器 (Barrel connector) 基础知识
• 重型连接器
• 快速连接，快速断开连接器 
• 模块化连接器插孔产品概述 

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关键词：嵌入式，开发工具，方案，模块化设计，物联网

大家好，今天要给大家介绍一款最近火出圈的开源硬件——CardPuter。

CardPuter外形小巧，类似于一张信用卡，但其功能却非常强大。它的主控采用乐鑫科技的ESP32 – S3，相信大家对这颗MCU都非常熟悉，在IoT领域应用广泛。

Cardputer 是一款适合工程师的卡片电脑，采用 ESP32 – S3 微控制器作为主控，在控制交互方面，配备 56 位按键键盘与 1.14 寸 TFT 屏幕进行显示交互，另外板载 SPM1423 数字 MEMS 麦克风可以进行录音或者唤醒等，此外还连接腔体喇叭进行声音的播放，搭载一个红外发射管对外进行红外控制交互。扩展方面，板载一个 Grove 口，可以自定义扩展传感器。存储方面，板载一个 Micro SD 卡槽，可以进行存储空间的扩容。供电方面，内部配备 120mAh + 1400mAh(底座中)的锂电池方案对整机进行供电，大大提高续航能力，内含锂电池充电和升压降压电路。结构方面，底座含磁铁可以进行金属吸附，结构设置兼容乐高孔扩展。该产品可用于工程师快速功能验证设计、工业控制、家居控制系统等。

接下来，由M5Stack的嵌入式软件负责人， BoBo 给大家带来关于Cardputer的第一手资料。

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主讲嘉宾：

刘波，M5Stack嵌入式软件负责人

M5Stack的工程师, 白日梦想家, 坚信行动是检验懒惰的真理家。推动人工智能、物联网等技术在创客教育领域的落地和推广。

它的主控用的是乐鑫科技的 ESP32 – S3，在 IoT 领域，目前这颗芯片应用非常广泛，大家可以使用很多的方式进行二次开发。如乐鑫自研的 ESP IDF 开发框架，同时也兼容 Arduino、PlatformIO，或者 MicroPython 环境等等。

其中一个应用是一款一对一（或一对多，多对多)聊天软件，此应用是基于乐鑫的 ESP – NOW(无线)通信技术。演示需要用两个 Cardputer 来实现它们之间互动的聊天室功能。先选择其中一个 Cardputer 进入到 Chat 应用，进入界面之后有一个光标在闪烁，提示文字输入，当另一个 Cardputer 也进入这个应用，并在其中一款产品中输入”hello world”，就可以看到在两个屏幕上都显示出了”hello world”。

第二个应用是REPL功能， REPL其实是MicroPython的命令行工具， 跟python命令行一样， 可以直接在一个界面进行简单的数学运算或者打印一些字符串。视频给大家展示一个简单的数学运算， 可以直接使用。利用小键盘直接进行开发而不需要外接电脑。视频中演示的一行代码 print(1+5)， 直接点击回车，Cardputer就会直接把结果6显示出来。

视频中还给大家介绍了一种新颖的编程方式——M5Stack编程平台 UiFlow。UiFlow 是一个图形化编程平台，支持M5Stack所有开发板主机，接下来给大家演示如何使用这个平台去对CardPuter进行编程。

首先需要对此Cardputer下载一个 UiFlow 固件 (MicroPython固件)：打开官网（网址为 m5stack.com）， 找到这个软件，二级目录中可以找到developer tools， 最后看到UiFlow Fireware Burning Tool。

UiFlow支持Windows、Mac以及Linux平台。大家可以根据自己的平台进行下载。直接打开第一个默认项，会停留在Core主机系列， 然后可以往下查询找到Cardputer页面，此页面第一项就是UiFlow固件。

软件库中的应用，如果标记绿色official，就表示本软件是M5Stack官方发布的固件，当然库中还包括大量用户自行上传分享的一些非常好玩的应用固件。

接下来给大家分享如何给CardPuter烧录固件。此时你需要一个USB线， 然后需要大家可能是需要按住电源开关旁边的这个按钮BtnG0。按住这个按钮然后把这个USB插上然后另一端是要插到我们的电脑上， 可以看到这个M5burner里面经弹出了一个框， 说是找到了一个新的设备， 是一个串口号。

然后下载最新版本的这个固件是2.0.9， 没有下载好的话是像下面一样有一个Download的字样。然后下载好以后大家直接点击 Burn 进行一个下载， 会让你选择串口， 还有这个下载的波特率。

选择好Cardputer对应的串口以后， 波特率按照默认就可以， 然后这几步是绑定设备， 就是将这个Cardputer的这个设备， 绑定到你的这个账号体系下。因为 UiFlow 现在是有一个账号体系， 然后大家绑定到你的账号以后， 可以在这个平台很方便的去对这个设备进行一个开发。这里通通都选择默认。 然后再点击Start， 这里这个页面的话是让大家去配置这个网络Wi-Fi信息， 以及下面这些是时间同步的一些NTP服务器， 大家可以使用默认的 ，还有这个时区， 大家也可以去选择一下， 我们是东八区的话， 选择这个可以也可以不选择。这里最重要的一步是， 配置好这个Wi-Fi信息， 因为这个 UiFlow 平台是通过无线的方式去将这个代码下发到这个设备上， 所以这个Wi-Fi信息是比较重要的。然后烧录过程， 可能是稍微需要一点时间， 大家可以去耐心等待一下。

在烧录过程中， 可以打开在线编程平台， 网址的话是 uiflow2.m5stack.com，第一次打开的话， 会弹出个人项目列表 。

然后简单给大家介绍一下这个编程界面， 首先左侧就是UI编辑区， 大家可以在下面去切换不同的一个设备，这个UI的一个编辑是非常强大的可以很方便的去完成一些UI显示的操作， 还有一个大窗口的编辑模式可以做一些对齐之类的一些操作， 也可以对这个这些UI控件的属性的编辑。

在目前M5burner的这个应用上，有非常多用户上传了这个Cardputer的应用Demo， 大家可以这些应用是直接可以烧录的固件， 然后你是不需要去编译， (再)去上传的， 就直接可以通过我们这个应用， 直接烧录到Cardputer当中， 然后可以快速的去体验。

总之，CardPuter不仅是一款硬件产品，更是一个创新的编程学习平台。它的小巧尺寸和强大功能，使其适用于各种场景，无论是开发者、学生还是科技爱好者，都能通过它探索新技术，实现自己的创意。希望大家能喜欢CardPuter，享受它带来的乐趣和便利。

以上就是关于CardPuter的介绍，大家有没有心动呢？快来尝试一下吧！

更多有意思内容，我们下集见 ~

相关产品信息:

• K132 (Carputer主机)
• U001-C (湿度/ 压力/温度传感器扩展单元)
• U010 (3D 飞行时间 (ToF)传感器扩展单元)
• U032 (GPS RF扩展单元)
• U031-B (RFID 阅读器扩展单元)
• U040-B (I2C 集线器扩展单元)
• U113 (RF433R传感器扩展单元)
• U114 (RF433T传感器扩展单元)

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