單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)課件

?第7章微型耐賓機(jī)基砒

單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)

主講教師：師碩

E-mail:shishuo@

shsh9909@

河北工業(yè)大學(xué)

計(jì)算機(jī)科學(xué)與軟件學(xué)院

?第7章微型行寡機(jī)基砒0

計(jì)算機(jī)的發(fā)展

?電子管計(jì)算機(jī)(1946-1956)

?晶體管計(jì)算機(jī)(1957-1964)

?中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)(1965-1970)

?超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)(1971-今)

?第五代人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)

?第六代生物計(jì)算機(jī)

?第7章微型行寡機(jī)基砒0

電子計(jì)算機(jī)按其性能分類:

■大型計(jì)算機(jī)

?中型計(jì)算機(jī)

?小型計(jì)算機(jī)

?微型計(jì)算機(jī)。

微型計(jì)算機(jī)是第四代計(jì)算機(jī)

的一個(gè)重要分支，1971年出現(xiàn)

?第7章微型行寡機(jī)基砒0

微型計(jì)算機(jī)的分類

-常見的分類方法有以下4種：

?按字長(zhǎng)分：8位機(jī)，16位機(jī)，32位機(jī)和64位機(jī)

等。

?按用途分：工業(yè)過程控制機(jī)與數(shù)據(jù)處理機(jī)等。

?按芯片型號(hào)分：286機(jī)，386機(jī)，486機(jī)與

Pentium機(jī)等。

?按組裝形式分：?jiǎn)纹瑱C(jī)、單板機(jī)、多板微型計(jì)

算機(jī)等。

?第7章微型行寡機(jī)基砒0

單片機(jī)

?單片機(jī)：如果將構(gòu)成微型計(jì)算機(jī)的各

功能部件（CPU,RAM,ROM及I/O接

口電路）集成在同一塊大規(guī)模集成電路

芯片上，一個(gè)芯片就是一臺(tái)微型機(jī)，則

該微型機(jī)就稱為單片微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱

單片機(jī)。

第7章微型行賓機(jī)基礎(chǔ)0

?單板機(jī)：如果將CPU芯片、存儲(chǔ)器芯片、I/O

接口芯片及簡(jiǎn)單的輸入、輸出設(shè)備（如小鍵盤、

數(shù)碼顯示器LED（發(fā)光二極管）裝配在同一塊

印刷電路板上，這塊印刷電路板就是一臺(tái)完整

的微型機(jī)，稱為單板微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱單板機(jī)。

?多板微型計(jì)算機(jī)：也稱系統(tǒng)機(jī)，把微處理

器芯片、存儲(chǔ)器芯片、各種I/O接口芯片和驅(qū)動(dòng)

電路、電源等裝配在不同的印刷電路板上，各

印刷電路板插在主機(jī)箱內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的總線插槽上，

通過系統(tǒng)總線相互連接起來，就構(gòu)成了一個(gè)多

插件板的微型計(jì)算機(jī)。

?第7章微???型行寡機(jī)基砒>*>

單片微型計(jì)算機(jī)(SCMC)

SingleClipMicrocomputer

將中央處理器、隨機(jī)存儲(chǔ)器、只讀存貯器、中斷

系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器以及I/O接口電路等主要微型

機(jī)部件集成在一塊芯片上。

單片機(jī)又可稱之為微控制器(MCU)

MicroControllerUnit

?第7章微型行寡機(jī)基砒0

阜片計(jì)算機(jī)臺(tái)奏

通用單片機(jī)：

是一個(gè)基本芯片，內(nèi)部資源比較豐富，性能全面且通

用性強(qiáng)，覆蓋多種應(yīng)用需求。

專用單片機(jī)：

針對(duì)某一種產(chǎn)品，或是某一種控制應(yīng)用而專門設(shè)計(jì)的。

設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)；軟硬件資源利用最優(yōu)；

可靠性以及經(jīng)濟(jì)成本最佳。

本課程介紹的MCS-51系列單片機(jī)是一種通用單片機(jī),

其結(jié)構(gòu)和原理對(duì)所有單片機(jī)都是適用的。

?第7章微型行寡機(jī)基砒

抵型計(jì)算機(jī)的兩人令式

微處理器(MPU)-著重于信息處理

分計(jì)算機(jī)

微控制器(MCU)-著重于控制

分單片機(jī)

?第7章微型耐送機(jī)基砒、_______自

一截林直閥轄璃麗兩人類嗅U

—DBI/O

接口

c系統(tǒng)總線?

p1||:]

回,福.陶薩

存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器

A

?第7章微型行賓機(jī)基砒0

1.4單片微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用

1.4.1單片機(jī)的發(fā)展

1.4.2單片機(jī)的發(fā)展

1.4.3單片機(jī)的典型

1.4.4單片機(jī)的

oOo

.4.1單片機(jī)的發(fā)展歷史

1974年12月，美國(guó)仙童（Fairchild）公司推出了世界上第一臺(tái)8位

單片機(jī)F8。單片機(jī)的發(fā)展過程分為以下幾個(gè)發(fā)展階段。

第一代單片機(jī)（1974—1976年）

單片機(jī)發(fā)展的起步階段。集成度也較低，并且采用了雙片形式。

代表產(chǎn)品有Fairchild公司的F8和MosteK公司的3870等。

第二代單片機(jī)（1976—1978年）

這是單片機(jī)的發(fā)展階段。

最典型的產(chǎn)品有Intel公司的MCS-48系列單片機(jī)。

第三代單片機(jī)（1979—1982年）

這是8位單片機(jī)的成熟階段。

代表產(chǎn)品有Intel公司的MCS-51系列機(jī)、Motorola公司

的MC6801系列機(jī)、公司的Z8系列機(jī)等。自

第四代單片機(jī)（1983年以后）JkM

1.4.2單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

目前，單片機(jī)正朝著高速度、高性能和多品種方向發(fā)

展，單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)具體體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：

1.CPU功能增強(qiáng)

2.內(nèi)部資源增多

3.引腳的多功能化*

4.低電壓和低功耗可

1.4.3

1.八位低檔系列機(jī)

MCS-48系列是Intel公司1976年后推出的八位系列機(jī)單片機(jī)

2.八位高檔系列機(jī)

MCS-51系列單片機(jī)是Intel公司1980年以后推出的8位高檔機(jī)

3.十六位單片機(jī)系列

Intel公司從1984年開始推出高性能的十六位MCS-96系列單片機(jī)

■T單片機(jī)的應(yīng)用

單片機(jī)具有集成度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、控

制功能強(qiáng)、應(yīng)用靈活方便和價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛

應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。單片機(jī)的應(yīng)用提高了機(jī)

電設(shè)備的技術(shù)水平和自動(dòng)化程度，對(duì)各行各業(yè)的技術(shù)

改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代起到了重要的推動(dòng)作用。

1.單片機(jī)特別適用于機(jī)、電、儀一體的智能產(chǎn)品

(1)單片機(jī)在日常生活中的應(yīng)用

(2)單片機(jī)在數(shù)據(jù)處理方面的應(yīng)用

(3)單片機(jī)在智能化的儀器儀表中應(yīng)用

2.單片機(jī)在工業(yè)控制中的應(yīng)用

3.單片機(jī)在通訊方面的應(yīng)用

?第7章微型行寡機(jī)基砒0

單片機(jī)成功地應(yīng)用于玩具、游戲機(jī)、無繩電話、

充電器、按摩器、IC卡電話、IC卡水表、IC卡煤氣表、

IC卡電度表、流量溫控儀表、家庭自動(dòng)化、電子鎖、

電子秤、步進(jìn)電機(jī)、防盜報(bào)警、電子日歷時(shí)鐘等這些

日常生活的產(chǎn)品中。

圖形終端、彩色黑白復(fù)印機(jī)、軟盤及硬盤驅(qū)動(dòng)器、

磁帶機(jī)、打印機(jī)的內(nèi)部都采用單片機(jī)進(jìn)行控制。

在各類儀器儀表中（包括醫(yī)療器械、色譜儀、溫度、

濕度、流量、流速、電壓、頻率、功率、厚度、角度

長(zhǎng)度、硬度、元素測(cè)定等）引人單片機(jī)，使儀器儀表

數(shù)字化、智能化、微型化，功能大大提高。

?第7章微型行寡機(jī)基砒0

嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介

?計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的三大領(lǐng)域

-服務(wù)器市場(chǎng)

?功能強(qiáng)

?利潤(rùn)最大的市場(chǎng)

?可用性強(qiáng)

?可擴(kuò)展性

-桌面市場(chǎng)

?最廣闊的市場(chǎng)

-嵌入式市場(chǎng)

?潛力最大的市場(chǎng)

?第7章微型行寡機(jī)基砒0

嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介

?以往計(jì)算機(jī)分類：

-大型計(jì)算機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)和微計(jì)算機(jī)

?目前計(jì)算機(jī)分類：

-超級(jí)計(jì)算機(jī)，大型計(jì)算機(jī)、工作站、微計(jì)算機(jī)、亞

微計(jì)算機(jī)

亞微計(jì)算機(jī)（嵌入式計(jì)算機(jī)）是以嵌入式系統(tǒng)的形

式隱臧在各種裝置、產(chǎn)品和系統(tǒng)中

?—第7章微型材普梃摹%0

Wark-

stafian

NOW

?第7章微型行寡機(jī)基砒0

嵌入式系統(tǒng)定義

?一般定義

-以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪,

應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗和應(yīng)用

環(huán)境有特殊要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。是修應(yīng)用程序、

操作系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)硬件集成在一起的系統(tǒng)（技術(shù)角度）

-嵌入式系統(tǒng)是設(shè)計(jì)完成復(fù)雜功能的硬件和軟件，并使

其緊密耦合在一起的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。（系統(tǒng)角度）

?術(shù)語嵌入式反映了這些系統(tǒng)通常是更大系統(tǒng)（被稱之為嵌入的系統(tǒng)）

的一個(gè)完整子系統(tǒng)。嵌入式的系統(tǒng)可以包含多個(gè)嵌入式系統(tǒng)。

?廣義定義

-任何一個(gè)非計(jì)算機(jī)的計(jì)算系統(tǒng)

第/章微型計(jì)真機(jī)基砒0

嵌入式系統(tǒng)定義

?IEEE定義

一原文為：devicesusedtocontrol,

monitor,orassisttheoperationof

equipment,machineryorplants）。

-嵌入式系統(tǒng)是“用于控制、監(jiān)視或者輔助

操作的機(jī)器、設(shè)備或裝置”通常執(zhí)行特定

功能

?嵌入式系統(tǒng)的核心----嵌入式微處理器

?嚴(yán)格的時(shí)序和穩(wěn)定性要求

?全自動(dòng)操作循環(huán)

?第7章微型行寡機(jī)基砒0

嵌入式系統(tǒng)定義

?微機(jī)學(xué)會(huì)定義

-嵌入式系統(tǒng)是以嵌入式應(yīng)用為目的的計(jì)

算機(jī)系統(tǒng)。可分為系統(tǒng)級(jí)、板級(jí)、片級(jí)

?系統(tǒng)級(jí)：各種類型的工控機(jī)、PC104模塊

?板級(jí)：各種類型的帶CPU的主板及OEM產(chǎn)品

?片級(jí)：各種以單片機(jī)、DSP、微處理器為核心的產(chǎn)

品

?第7章微型行寡機(jī)基砒0

嵌入式系統(tǒng)定義

?廣義上講，凡是帶有微處理器的專用軟硬件系統(tǒng)都可稱

為嵌入式系統(tǒng)。如各類單片機(jī)和DSP系統(tǒng)。這些系統(tǒng)在完

成較為單一的專業(yè)功能時(shí)具有簡(jiǎn)潔高效的特點(diǎn)。但由于

他們沒有操作系統(tǒng)，管理系統(tǒng)硬件核軟件的能力有限，

在實(shí)現(xiàn)復(fù)雜多任務(wù)功能時(shí)，往往困難重重，甚至無法實(shí)

現(xiàn)。

?從狹義上講，我們更加強(qiáng)調(diào)那些使用嵌入式微處理器構(gòu)

成獨(dú)立系統(tǒng)，具有自己操作系統(tǒng)，具有特定功能，用于

特定場(chǎng)合的嵌入式系統(tǒng)。

第7章微型行賓機(jī)基礎(chǔ)0

嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)

-功耗限制

?嵌入式系統(tǒng)中，尤其是在用電池供電的嵌入式系統(tǒng)中，這是

一個(gè)主要考慮的因素。大耗電量直接影響到硬件費(fèi)用，并影

響電源壽命以及帶來散熱問題。

-低成本

?包含硬件成本和軟件成本。硬件成本主要決定于所使用的微

處理器、所需的內(nèi)存及相應(yīng)的外圍芯片；軟件成本通常難于

預(yù)測(cè)，但一個(gè)好的設(shè)計(jì)方法有利于降低軟件成本。

-多速率

?系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行多個(gè)實(shí)時(shí)性任務(wù)，系統(tǒng)必須同時(shí)控制這些動(dòng)作,

但這些動(dòng)作有些速度慢，有些速度快。

-環(huán)境相關(guān)性

?嵌入式系統(tǒng)不是獨(dú)立的，而是與其被嵌入的設(shè)備緊密相關(guān)聯(lián)。

第7章微型行賓機(jī)基礎(chǔ)0

嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)

-系統(tǒng)內(nèi)核小

?由于嵌入式系統(tǒng)一般是應(yīng)用于小型電子裝置的，

系統(tǒng)資源相對(duì)有限，所以內(nèi)核較之傳統(tǒng)的操作系

統(tǒng)要小得多。

?比如ENEA公司的OSE實(shí)時(shí)OS,內(nèi)核只有5K,而

Windows的內(nèi)菽則要差得多。

-專用性強(qiáng)

?嵌入式系統(tǒng)的個(gè)性化很強(qiáng)，其中的軟件系統(tǒng)和硬

件的結(jié)合非常緊密，一般要針對(duì)硬件進(jìn)行系統(tǒng)的

移植。

?同時(shí)針對(duì)不同的任務(wù)，往往需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行較大

更改，程序的編譯下載要和系統(tǒng)相結(jié)合，這種修

改和通用軟件的“升級(jí)”是完全不同的概念。

?第7章微型行寡機(jī)基砒0

嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)

-不可壟斷性

?PC有WinTel壟斷

?嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的基礎(chǔ)是以應(yīng)用為中心的“芯片”

設(shè)計(jì)和面向應(yīng)用的軟件產(chǎn)品開發(fā)。

_產(chǎn)品相對(duì)穩(wěn)定性

?普通處理器18月

?嵌入式處理器8-10年

9第7章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)0

嵌入式系統(tǒng)市場(chǎng)

-2001年嵌入式系統(tǒng)國(guó)際會(huì)議年會(huì)JimTurley

的報(bào)告中，統(tǒng)計(jì)得到PC的數(shù)量只占CPU總

耗量的0」％。

-據(jù)CCID2003年的數(shù)據(jù)顯示，2000年嵌入式

軟件市場(chǎng)規(guī)模為70.33億元，2001年為95.43

億元，2002年118.56億元，三年平均增長(zhǎng)

38.85%O

-2002年中國(guó)軟件市場(chǎng)為345.0億元，嵌入式軟

件約占軟件總市場(chǎng)的34.37%。

第/章微型行竄機(jī)基砒0

嵌入式系統(tǒng)市場(chǎng)

-2004年，軟件統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為：

-套裝軟件共計(jì)478億元，為具有獨(dú)立產(chǎn)品形態(tài)的軟件。

?其中包括系統(tǒng)軟件89億元（操作系統(tǒng)44.19億元、數(shù)據(jù)庫管

理系統(tǒng)20.06億元、支撐軟件25.71億元）、

?中間件軟件6.98億元、

?應(yīng)用軟件304.53億元（包括通用應(yīng)用軟件（安全軟件、辦

公軟件、管理軟件、游戲軟件、教育軟件等）與行業(yè)應(yīng)用

軟件（金融、電信、政府等））、

-嵌入式軟件（673.62億元）

-相關(guān)軟件服務(wù)（937.48億元）：除生產(chǎn)產(chǎn)品化軟件

之外的所有的軟件研發(fā)及相關(guān)活動(dòng)，包括系統(tǒng)集成、

軟件外包、咨詢、數(shù)據(jù)加工和處理等。

?第7章微型行寡機(jī)基砒0

嵌入式系統(tǒng)組成

應(yīng)用程序

操作系統(tǒng)

（協(xié)議棧）軟件子系統(tǒng)

?第7章微型行寡機(jī)基砒0

嵌入式系統(tǒng)的軟/硬件框架

功能層應(yīng)用程序

圖形用戶

文件系統(tǒng)任務(wù)管理

軟件層接口

實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)

中間層BSP/HAL硬件抽象層/板極支持包

D/A通用接口

嵌入式

A/DROM

硬件層微處理器

I/OSDRAM

人機(jī)交互接口

嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

1.2.1微型計(jì)算機(jī)的組成

微型計(jì)算機(jī)

1、存儲(chǔ)器（類型、結(jié)構(gòu)、重要指標(biāo)）

類型：

ROM正常工作時(shí)只能讀不能寫的存儲(chǔ)器

產(chǎn)ROM可編程ROM,廠家一次寫入

不

易EPROM用戶可編程可擦寫ROM,紫外線擦除器

失EEPROM電可擦寫可編程ROM,在線，讀快/寫慢

[FlashPEROM閃速可編程可擦寫ROM

RAM正常工作時(shí)即可讀又可寫的存儲(chǔ)器

DRAM動(dòng)態(tài)RAM,集成度高，外加刷新電路]

SRAM靜態(tài)RAM,成本高、速度快卜J

iRAM全集成化RAM,DRAM+刷新電路J失

NVRAMSRAM+EEPROM,不揮發(fā)即不易失

?第7章微型耐送機(jī)基砒0

ROM和RAM的主要區(qū)別：

1、斷電后ROM內(nèi)的信息不丟失

RAM中的信息立即丟失

2、讀/寫方式不同

ROM采用特殊方式寫入信息，

正常工作是只讀方式

RAM正常工作既能讀又能寫

oOo

?第7章微型行寡機(jī)基砒

第7章微型行寡機(jī)基砒A

一贏需謠而行要指標(biāo)0

存貯容量

存儲(chǔ)單

存儲(chǔ)容量=2地址線條數(shù)X數(shù)據(jù)線的條數(shù)bit元個(gè)數(shù)

—字?jǐn)?shù)X字長(zhǎng)

D

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