嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)知識課件

1、嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ) 提 要1324嵌入式系統(tǒng)的定義及體系結(jié)構(gòu)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域單片機(jī)的基本組成嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程什么是單片機(jī)5單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用定義嵌入式系統(tǒng)是嵌入到對象體系內(nèi)部的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的架構(gòu)處理器存儲器輸入輸出操作系統(tǒng)應(yīng)用程序軟件結(jié)構(gòu)硬件結(jié)構(gòu)一般由四個(gè)部分組成，用于實(shí)現(xiàn)對其他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。 嵌入式處理器 外圍硬件設(shè)備 嵌入式操作系統(tǒng) 用戶應(yīng)用程序在設(shè)計(jì)簡單的應(yīng)用程序時(shí),可以不使用操作系統(tǒng),但在設(shè)計(jì)較復(fù)雜的程序時(shí),可能就需要一個(gè)操作系統(tǒng)來管理和控制存儲器、多任務(wù)和各種資源等.實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)其最大特點(diǎn)就是程序的執(zhí)行具有確定性。C/OS和C Linux是廣泛應(yīng)

2、用的實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)，而WindowsCE2.0就是一個(gè)多任務(wù)分時(shí)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(shù)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(fèi)電子工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用無線通訊應(yīng)用場合Lecture2 Pag

3、e 8微控制器開發(fā)技術(shù)汽車電子車身電子產(chǎn)品：接入與遠(yuǎn)程控制，車身控制，載荷控制安全：氣囊，ABS，半主動(dòng)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(luò)：LIN，CAN，藍(lán)牙電話，聲控傳動(dòng)控制：發(fā)動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)控制，燃油噴射Lecture2 Page 10微控制器開發(fā)技術(shù)消費(fèi)類電子家用電器：洗碗機(jī)，洗衣機(jī)，電視。手持電子：藍(lán)牙耳機(jī)，游戲機(jī)，PDA娛樂產(chǎn)品：數(shù)碼音樂，CD，DC，DV計(jì)算機(jī)外圍：LCD，Mouse，KeyboardLecture2 Page 11微控制器開發(fā)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用路由器，IP電話，DSL調(diào)制解調(diào)器，無線網(wǎng)關(guān)，接入設(shè)備，ATM交換機(jī)，光纖路由產(chǎn)品，Le

4、cture2 Page 12微控制器開發(fā)技術(shù)無線通訊BluetoothWiFiZigbeeRFGSM+CDMA+3G1324嵌入式系統(tǒng)的定義及體系結(jié)構(gòu)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域單片機(jī)的基本組成嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程什么是單片機(jī)5運(yùn)算器輸入設(shè)備輸出設(shè)備控制器存儲器微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)經(jīng)典結(jié)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件部分通常由五部分組成:這種計(jì)算機(jī)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(jī)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(shí)計(jì)數(shù)器芯片A/D、D/A芯片 印刷電路板單板機(jī) 單 硅 晶 片 CPU存儲器控制電路定時(shí)器時(shí)鐘電路I / O口一

5、塊芯片體上集成了中央處理器CPU、隨機(jī)存儲器RAM、程序存儲器ROM或EPROM、定時(shí)器計(jì)數(shù)器、中斷控制器以及串行和并行IO接口等功能部件，構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)。單片機(jī)單片機(jī)就是單片微型計(jì)算機(jī)(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(jī)芯片內(nèi)集成了一般微機(jī)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(jì)算機(jī)。 三種應(yīng)用形態(tài)的比較 ：單板機(jī)單片機(jī)系統(tǒng)機(jī)（多板機(jī)）1)系統(tǒng)機(jī)（桌面應(yīng)用）屬于通用計(jì)算機(jī)，主要用于數(shù)據(jù)處理、辦公自動(dòng)化及輔助設(shè)計(jì)。2)單片機(jī)（嵌入式應(yīng)用）屬于專用計(jì)算機(jī)，主要用于智能儀表及傳感器、

6、智能家電、智能辦公設(shè)備、汽車及軍事電子設(shè)備等系統(tǒng)。（1）體積小，重量輕；（2）可靠性高，運(yùn)行速度快，抗干擾能力強(qiáng)；（3）控制功能強(qiáng)，使用靈活，性價(jià)比高；（4）易擴(kuò)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(jī)是應(yīng)工業(yè)測控的需要而誕生的,它的結(jié)構(gòu)與指令功能都是按照工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)的,故又稱單片微控制器。MCU (Microcontroller Unit)。單片機(jī)特點(diǎn)：CPU（中央處理單元） 運(yùn)算器輸入設(shè)備輸出設(shè)備控制器存儲器CPU（Central Processing Unit）它是單片機(jī)的核心部件運(yùn)算器控制器控制器是CPU的神經(jīng)中樞用于對指令進(jìn)行解釋，控制邏輯運(yùn)算單元的運(yùn)行，同時(shí)

7、控制計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件有條不紊地工作。單片機(jī)工作支撐模塊電壓調(diào)整器時(shí)鐘復(fù)位發(fā)生模塊看門狗時(shí)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(jī)中，用隨機(jī)存取的存儲器（RAM）來存儲數(shù)據(jù)，暫存運(yùn)行期間的數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、緩沖和標(biāo)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(jī)的應(yīng)用中常常將開發(fā)調(diào)試成功后的應(yīng)用程序存儲在程序存儲器中，因?yàn)椴辉俑淖儯赃@種存儲器都采用只讀存儲器ROM的形式。 RAM的特點(diǎn)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(jī)正常運(yùn)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(jī)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(diǎn)：非易失。不同于SRAM和DRAM，F(xiàn)lash不需要任何數(shù)據(jù)刷新機(jī)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(jī)內(nèi)部的程序去改寫Flash。這一技術(shù)大大增加了單片機(jī)的應(yīng)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(guān)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(guān)量輸出。單片機(jī)上一般集成了多個(gè)I/O（Input/Output）接口其中有通用并行I/O口（一般每口8個(gè)外部引腳）以及SCI、PWM、I2C、CAN等專用子系統(tǒng)。復(fù)位后一般所有I/O引腳默認(rèn)設(shè)置為通用I/O輸入，當(dāng)專用子系統(tǒng)激活后，自動(dòng)變更為專用功能。 ?A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊單片機(jī)可處理的信息均是數(shù)字量1和0。單片機(jī)應(yīng)用中，有時(shí)需處理的信息不是數(shù)字量，而是一些隨時(shí)間連續(xù)變化的模擬量（時(shí)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(shí)間連續(xù)、幅值也連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換為時(shí)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(gè)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(gè)部分組成，即權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)算放大器、基準(zhǔn)電源和模

11、擬開關(guān)。DA轉(zhuǎn)換器AD轉(zhuǎn)換器被控對象執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控參數(shù)CPU?串行通訊模塊在計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)1 GND 計(jì)算機(jī)2 GND并行通信 計(jì)算機(jī)1 GND 計(jì)算機(jī)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(shí)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(shí)傳送數(shù)據(jù)位按位順序進(jìn)行優(yōu) 點(diǎn)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(diǎn)數(shù)據(jù)位數(shù)傳輸線根數(shù)：成本高速度慢應(yīng) 用傳送距離30米，用于計(jì)算機(jī)內(nèi)部幾米幾千公里

12、，用于計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間?定時(shí)器/計(jì)數(shù)器模塊在測量控制系統(tǒng)中，常需要有實(shí)時(shí)時(shí)鐘和計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)定時(shí)（或延時(shí)）控制對外界事件進(jìn)行計(jì)數(shù)。生活中計(jì)數(shù)的例程處處可見。例：錄音機(jī)上的計(jì)數(shù)器、家里面用的電度表、汽車上的里程表等。定時(shí)器計(jì)數(shù)器簡稱定時(shí)器，其作用主要包括產(chǎn)生各種時(shí)標(biāo)間隔、記錄外部事件的數(shù)量等，是單片機(jī)中最常用、最基本的部件之一。 單片機(jī)中的定時(shí)器和計(jì)數(shù)器是一個(gè)東西，只不過計(jì)數(shù)器是記錄的外界發(fā)生的事情，而定時(shí)器則是由單片機(jī)供給一個(gè)非常穩(wěn)定的計(jì)數(shù)源。對外部輸入信號的計(jì)數(shù)功能。定時(shí)功能。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的定時(shí)功能也是通過計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)的，它的計(jì)數(shù)脈沖是由單片機(jī)的片內(nèi)振蕩器，即為對機(jī)器周期計(jì)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(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、D/A 變換等場合有著廣泛的應(yīng)用。周期指上圖中的，占空比為t/，相位指高低電平。通（on）的時(shí)候即是直流供電被加載到負(fù)載上，斷（off）的時(shí)候即是供電被斷開的時(shí)候。許多類型的單片機(jī)包含PWM控制器在智能車控制中，便利用PWM來控制電機(jī) 1. 機(jī)器語言用機(jī)器能夠直接識別的二進(jìn)制指令代碼（即機(jī)器碼或可執(zhí)行的目標(biāo)代碼）編寫的程序稱為機(jī)器語言。 執(zhí)行速度快不易記憶，十分繁瑣。用機(jī)器語言編寫程序是極其困難的。 特點(diǎn)：程序設(shè)計(jì)$86 $112. 匯編語言用機(jī)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(jī)器本身的專有特性，從而提高機(jī)器的工作效率。 用匯編語言編寫的程序由于面向機(jī)器，在一種機(jī)型上不能運(yùn)行另一種機(jī)型的匯編程序，通用性差 。特點(diǎn)：LDAA #$11 3. 高級語言用戶不必了解具體機(jī)器結(jié)構(gòu)，而是面向問題，