嵌入式系統(tǒng)基礎知識課件

1、嵌入式系統(tǒng)基礎 提 要1324嵌入式系統(tǒng)的定義及體系結(jié)構嵌入式系統(tǒng)的應用領域單片機的基本組成嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程什么是單片機5單片機與嵌入式系統(tǒng)應用定義嵌入式系統(tǒng)是嵌入到對象體系內(nèi)部的專用計算機系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的架構處理器存儲器輸入輸出操作系統(tǒng)應用程序軟件結(jié)構硬件結(jié)構一般由四個部分組成，用于實現(xiàn)對其他設備的控制、監(jiān)視或管理等功能。 嵌入式處理器 外圍硬件設備 嵌入式操作系統(tǒng) 用戶應用程序在設計簡單的應用程序時,可以不使用操作系統(tǒng),但在設計較復雜的程序時,可能就需要一個操作系統(tǒng)來管理和控制存儲器、多任務和各種資源等.實時嵌入式系統(tǒng)其最大特點就是程序的執(zhí)行具有確定性。C/OS和C Linux是廣泛應

2、用的實時嵌入式操作系統(tǒng)，而WindowsCE2.0就是一個多任務分時系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)軟件平臺Lecture2 Page 7微控制器開發(fā)技術Freescale and the Freescale logo are trademarks of Freescale Semiconductor, Inc. All other product or service names are the property of their respective owners. Freescale Semiconductor, Inc. 2005汽車電子消費電子工業(yè)控制網(wǎng)絡應用無線通訊應用場合Lecture2 Pag

3、e 8微控制器開發(fā)技術汽車電子車身電子產(chǎn)品：接入與遠程控制，車身控制，載荷控制安全：氣囊，ABS，半主動懸掛，電子助力，輪胎壓力監(jiān)控，電能轉(zhuǎn)向DIS：音響，語音控制，DIS車輛網(wǎng)絡：LIN，CAN，藍牙電話，聲控傳動控制：發(fā)動機，傳動控制，燃油噴射Lecture2 Page 10微控制器開發(fā)技術消費類電子家用電器：洗碗機，洗衣機，電視。手持電子：藍牙耳機，游戲機，PDA娛樂產(chǎn)品：數(shù)碼音樂，CD，DC，DV計算機外圍：LCD，Mouse，KeyboardLecture2 Page 11微控制器開發(fā)技術網(wǎng)絡應用路由器，IP電話，DSL調(diào)制解調(diào)器，無線網(wǎng)關，接入設備，ATM交換機，光纖路由產(chǎn)品，Le

4、cture2 Page 12微控制器開發(fā)技術無線通訊BluetoothWiFiZigbeeRFGSM+CDMA+3G1324嵌入式系統(tǒng)的定義及體系結(jié)構嵌入式系統(tǒng)的應用領域單片機的基本組成嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程什么是單片機5運算器輸入設備輸出設備控制器存儲器微型計算機系統(tǒng)經(jīng)典結(jié)構微型計算機系統(tǒng)的硬件部分通常由五部分組成:這種計算機系統(tǒng)通常由多塊印刷電路板制成： 主板顯卡聲卡存儲器接口網(wǎng)卡輸入輸出接口內(nèi)存條CPU多板機CPUCPU芯片內(nèi)存條存儲器接口存儲器芯片輸入輸出接口輸入輸出接口芯片定時計數(shù)器芯片A/D、D/A芯片 印刷電路板單板機 單 硅 晶 片 CPU存儲器控制電路定時器時鐘電路I / O口一

5、塊芯片體上集成了中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、程序存儲器ROM或EPROM、定時器計數(shù)器、中斷控制器以及串行和并行IO接口等功能部件，構成一個完整的微型計算機。單片機單片機就是單片微型計算機(Single-Chip Microcomputer)。它從外觀上看，與普通的集成電路或芯片毫無差別。與普通芯片不同的是，單片機芯片內(nèi)集成了一般微機系統(tǒng)所具有的主要組成部件。概括的講：一塊芯片就是一臺計算機。 三種應用形態(tài)的比較 ：單板機單片機系統(tǒng)機（多板機）1)系統(tǒng)機（桌面應用）屬于通用計算機，主要用于數(shù)據(jù)處理、辦公自動化及輔助設計。2)單片機（嵌入式應用）屬于專用計算機，主要用于智能儀表及傳感器、

6、智能家電、智能辦公設備、汽車及軍事電子設備等系統(tǒng)。（1）體積小，重量輕；（2）可靠性高，運行速度快，抗干擾能力強；（3）控制功能強，使用靈活，性價比高；（4）易擴展，易于開發(fā)；（5）受集成度限制，片內(nèi)存儲器容量較小。單片機是應工業(yè)測控的需要而誕生的,它的結(jié)構與指令功能都是按照工業(yè)控制要求設計的,故又稱單片微控制器。MCU (Microcontroller Unit)。單片機特點：CPU（中央處理單元） 運算器輸入設備輸出設備控制器存儲器CPU（Central Processing Unit）它是單片機的核心部件運算器控制器控制器是CPU的神經(jīng)中樞用于對指令進行解釋，控制邏輯運算單元的運行，同時

7、控制計算機的各個部件有條不紊地工作。單片機工作支撐模塊電壓調(diào)整器時鐘復位發(fā)生模塊看門狗時鐘監(jiān)視器等?數(shù)據(jù)存儲器與程序存儲器數(shù)據(jù)存儲器（RAM：Random Access Memory ） 在單片機中，用隨機存取的存儲器（RAM）來存儲數(shù)據(jù)，暫存運行期間的數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、緩沖和標志位等，所以稱之為數(shù)據(jù)存儲器。程序存儲器（ROM：Read Only Memory ） 單片機的應用中常常將開發(fā)調(diào)試成功后的應用程序存儲在程序存儲器中，因為不再改變，所以這種存儲器都采用只讀存儲器ROM的形式。 RAM的特點是可讀也可寫，但是斷電后立即消失，所以，它只是用來暫存數(shù)據(jù)。ROM在單片機正常運行模式下，存儲器是

8、只能讀不能寫的。只有在特殊模式下，才能將程序?qū)懙絉OM中。目前單片機中使用的只讀存儲器是Flash閃速存儲器，簡稱閃存。與其他存儲器相比，F(xiàn)lash具有以下特點：非易失。不同于SRAM和DRAM，F(xiàn)lash不需要任何數(shù)據(jù)刷新機制，也不需要維持工作電壓。可更新。在各種溫度條件下，可擦寫次數(shù)在10萬次以上，存儲數(shù)據(jù)可以保持10年以上。支持在線編程。允許單片機內(nèi)部的程序去改寫Flash。這一技術大大增加了單片機的應用范圍和使用的方便性。?通用I/O模塊所謂普通的I/O，即Input/Output基本的輸入輸出。作為普通輸入引腳，MCU內(nèi)部程序可以讀取該引腳，知道該引腳是“1”（高電平）還是“0”（低

9、電平），即開關量輸入。作為普通輸出引腳，MCU內(nèi)部程序向該引腳輸出“1”或“0”，即開關量輸出。單片機上一般集成了多個I/O（Input/Output）接口其中有通用并行I/O口（一般每口8個外部引腳）以及SCI、PWM、I2C、CAN等專用子系統(tǒng)。復位后一般所有I/O引腳默認設置為通用I/O輸入，當專用子系統(tǒng)激活后，自動變更為專用功能。 ?A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊單片機可處理的信息均是數(shù)字量1和0。單片機應用中，有時需處理的信息不是數(shù)字量，而是一些隨時間連續(xù)變化的模擬量（時間連續(xù)、幅值連續(xù)），甚至是一些非電量，如溫度、壓力等。首先將非電的模擬信號變成模擬的電信號，這要通過各種傳感器來完成。把要

10、處理的模擬電量轉(zhuǎn)換成數(shù)字化的電信號，這需要模擬(Analog)與數(shù)字(Digital)轉(zhuǎn)換電路。將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的電路，稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器。（A/D轉(zhuǎn)換器或ADC，Analog to DigitalConverter）A/D轉(zhuǎn)換的作用是將時間連續(xù)、幅值也連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換為時間離散、幅值也離散的數(shù)字信號，因此，A/D轉(zhuǎn)換一般要經(jīng)過取樣、保持、量化及編碼4個過程。將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的電路稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器（D/A轉(zhuǎn)換器或DAC，Digital toAnalog Converter）D/A轉(zhuǎn)換是把數(shù)字量轉(zhuǎn)變成模擬量的器件。D/A轉(zhuǎn)換器基本上由4個部分組成，即權電阻網(wǎng)絡、運算放大器、基準電源和模

11、擬開關。DA轉(zhuǎn)換器AD轉(zhuǎn)換器被控對象執(zhí)行機構被控參數(shù)CPU?串行通訊模塊在計算機系統(tǒng)中，CPU和外部通信有兩種通信方式：并行通信和串行通信。 計算機1 GND 計算機2 GND并行通信 計算機1 GND 計算機2 GND發(fā)送接收串行通信并行通信，即數(shù)據(jù)的各位同時傳送；串行通信，即數(shù)據(jù)一位一位順序傳送。 串行通訊：一條信息的各位數(shù)據(jù)被逐位按順序傳送的通訊方式稱為串行通訊。并 行 數(shù) 據(jù) 傳 送串 行 數(shù) 據(jù) 傳 送原 理各數(shù)據(jù)位同時傳送數(shù)據(jù)位按位順序進行優(yōu) 點傳送速度快、效率高最少只需一根傳輸線即可完成：成本低缺 點數(shù)據(jù)位數(shù)傳輸線根數(shù)：成本高速度慢應 用傳送距離30米，用于計算機內(nèi)部幾米幾千公里

12、，用于計算機與外設之間?定時器/計數(shù)器模塊在測量控制系統(tǒng)中，常需要有實時時鐘和計數(shù)器，實現(xiàn)定時（或延時）控制對外界事件進行計數(shù)。生活中計數(shù)的例程處處可見。例：錄音機上的計數(shù)器、家里面用的電度表、汽車上的里程表等。定時器計數(shù)器簡稱定時器，其作用主要包括產(chǎn)生各種時標間隔、記錄外部事件的數(shù)量等，是單片機中最常用、最基本的部件之一。 單片機中的定時器和計數(shù)器是一個東西，只不過計數(shù)器是記錄的外界發(fā)生的事情，而定時器則是由單片機供給一個非常穩(wěn)定的計數(shù)源。對外部輸入信號的計數(shù)功能。定時功能。定時器/計數(shù)器的定時功能也是通過計數(shù)實現(xiàn)的，它的計數(shù)脈沖是由單片機的片內(nèi)振蕩器，即為對機器周期計數(shù)。脈寬調(diào)制（PWM

13、）模塊PWM（Pulse Width Modulate）即脈寬調(diào)制，脈寬調(diào)制波是一種可用程序來控制波形占空比、周期、相位的波形。它在電動機驅(qū)動、D/A 變換等場合有著廣泛的應用。周期指上圖中的，占空比為t/，相位指高低電平。通（on）的時候即是直流供電被加載到負載上，斷（off）的時候即是供電被斷開的時候。許多類型的單片機包含PWM控制器在智能車控制中，便利用PWM來控制電機 1. 機器語言用機器能夠直接識別的二進制指令代碼（即機器碼或可執(zhí)行的目標代碼）編寫的程序稱為機器語言。 執(zhí)行速度快不易記憶，十分繁瑣。用機器語言編寫程序是極其困難的。 特點：程序設計$86 $112. 匯編語言用機器指令系統(tǒng)的助記符（能反映指令特征和操作性質(zhì)的英文單詞或英文縮寫），用符號代替操作數(shù)來編寫的程序稱為匯編語言程序。 用匯編語言編寫的程序不僅執(zhí)行速度快，又可以有效地利用機器本身的專有特性，從而提高機器的工作效率。 用匯編語言編寫的程序由于面向機器，在一種機型上不能運行另一種機型的匯編程序，通用性差 。特點：LDAA #$11 3. 高級語言用戶不必了解具體機器結(jié)構，而是面向問題，