《嵌入式系统》PPT课件.ppt

嵌入式系统,以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统,嵌入式计算机系统的硬件系统,嵌入式处理器 CPU、DSP、单片机、ASIC 常规外设及其接口 键盘、显示器、打印机等 专用外设及其接口 直流电机、步进电机、A/D等 操作控制台和报警设备 闪烁灯、扬声器等,嵌入式计算机软件系统,嵌入式操作系统 ：大规模应用 实时监控程序 ：中规模 用户程序 ：简单应用,什么叫单片机？ 单片机的应用 单片机的发展 单片机的分类 如何学习单片机 单片机的开发思路 常用单片机系列介绍 初学单片机几个不易掌握的概念,单片机原理及接口技术,1 、什么叫单片机？,Single Chip Microcomputer (Microcontroller) 计算机 单板机同一块板 单片机同一块芯片,2、 单片机的应用,（面广量大） 家用电器上的应用 智能仪器仪表上的应用 工业控制上的应用 计算机网络和通信领域上的应用 医用设备上的应用,1. 智能冰箱,2智能饭煲,3智能食品配料机,可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。,2.1 家用电器上的应用,数字式测角仪,交直流电压电流表,单片机的特点：体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等。 结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。 采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。,2.2 智能仪器仪表上的应用,数控车床,数控线切割机床,用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。,2.3 工业控制上的应用,现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制。,手机 电话机 程控交换机 调制解调器 楼宇自动通信呼叫系统 列车无线通信 无线电对讲机等。,2.4 计算机网络和通信领域上的应用,医用呼吸机 各种分析仪 监护仪 超声诊断设备 病床呼叫系统等等,电池分析仪,医用呼吸机,2.5 医用设备上的应用,3、单片机的发展,有多种说法，其中一种： 第一代：1971-1975， 4位 第二代：1976-1982， 8位 第三代：1983年以后 16位、32位,3.1 单片机的发展历史,初级阶段（19741976）两片集成芯片（集成工艺限制） 低性能阶段（19761978）INTEL MCS-48 高性能阶段（19781982）MCS-51 更高性能阶段（1983 多种机型并行发展,3.2 单片机的发展趋势,1、低功耗CMOS化 象80C51就采用了HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺)和CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺)。更适合于在要求低功耗象电池供电的应用场合。 2、微型单片化 要求体积小、重量轻、具有多种封装形式，其中SMD(表面封装)越来越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。 3、主流与多品种共存 在一定的时期内，以C8051为核心的单片机占据半壁江山，各品种单片机陆续侵占市场的情形将得以延续，将不存在某个单片机一统天下的垄断局面，走的是依存互补，相辅相成、共同发展的道路。,4、单片机的分类,器件厂家 美国：Intel 、Motorola、Zilog 、Microchip 、Atmel 荷兰: Philips 德国： Siemens 日本：Nec、东芝、松下等,5、如何学习单片机,具备什么知识基础？ 从哪种单片机学起？ 买什么样的书籍？ 需要的学习条件和环境？ 学习方法？,5.1 具备什么知识基础？,C语言（或其它基础语言）：打好编程基础。 电子技术：特别是数字电子技术，是必备的电路基础。 微机原理：对计算机基础知识有较好的准备。,8051单片机的书籍、资料、器材都较多，其派生品也很多，例如ATMEL公司的AT89C51系列单片机的指令、管脚、内部主要结构、用法都与MSC-51相同。目前其价格较低，你学习的片子也可以做产品，做产品的片子也可以做实验，当然AVR系列也有这些特点；而PIC及其它系列在这一点上则显得不太理想。 PIC和AVR的书籍、资料以及器件供应并不理想，不太适合初学者选择。若对这些并不在意的话那选择后者进行学习也未尚不可。,5.2 从哪种单片机学起？,MCS-51 、PIC、AVR,前面看得懂，后面看不懂的书籍。,5.3 买什么样的书籍？,若前后都看不懂的书最好先别买，因为这本书短时间内不会对你起多大作用。当然若不是把书当资料查也不必买前后你都懂的书，因为它对你来说有点浅。应以原理书籍为主。其次可以购买一些应用方面的书籍以便参考。,需要哪些器材？ 电子技术本身与实验离不开，若光靠看书是很难理解其原理和学会单片机开发的。你应该购置相关单片机的芯片、编程器、实验板，以及开发单片机的相关软件。并以边看书边实验的方式进行学习其效果将明显好的多！由于初学，不可能购置很多昂贵的设备，建议学习用的单片机芯片其程序储存器是可以反复可擦写的，如AT89C系列或AVR系列。这样，在学习烧写时是无后顾之忧的。,5.4 学习条件和学习环境,推荐初学者的软件硬件准备 计算机一台：无特殊要求，可选用经济型电脑。 开发实验板一块 ISP下载线一条：用于对单片机进行编程下载，可自制。 相关软件：开发软件、仿真软件、ISP下载软件等。 工具书：教材一本，较祥细的手册类书一本。 其它资料：器件资料、应用文档、实例等，主要由网络收集。,5.5 ISP-4单片机实验开发板,单片机 芯片,电源模块,开关输入,音乐输出,彩灯显示,数码管显示,下载接口,红外遥控,继电控制,串行模块,51单片机C语言学习,编程语言：汇编语言、C语言。 汇编语言：机器代码生成效率很高但可读性却并不强，复杂一点的程序就更是难读懂， C语言：可读性和可移植性强，还可以嵌入汇编来解决高时效性的代码编写问题。,使用C语言肯定要使用到C编译器，KEIL uVISION2是众多单片机应用开发软件中优秀的软件之一，它的界面和常用的微软VC+的界面相似。KEIL51是一个商业的软件，对于我们这些普通爱好者可以到KEIL中国代理周立功公司的网站上下载一份能编译2K的DEMO版软件，基本可以满足一般的个人学习和小型应用的开发 。即使没有一块实验板，甚至没有一块单片机，也可以通过KEIL软件仿真看到程序运行的结果。,KEIL uVISION2软件环境,建立项目 选择所要的单片机 编写程序 编译运行 生成HEX文件 烧写芯片,单片机c语言基本步骤,51单片机c语言举例,调试运行程序,项目选项窗口,5.6 单片机学习方法,熟悉和了解单片机的内部资源； 熟悉和了解单片机的指令系统； 坚持手、脑并用的原则； 学好相关硬件电路知识，软件与硬设计结合，理论与实践结合。 看、练、做结合，多参加工程实践,6、单片机的开发思路,确定任务、技术指标 选择机型、划分软硬件功能 设计硬件电路 软件结构设计 搭电路 确定算法、框图 加工组装样机 编写程序 样机静态测试 编译程序、软件调试 联机仿真调试 测试样机硬件 测试程序 测试系统性能 程序固化到EPROM,7、常用单片机系列介绍,MCS-51系列 MC68系列 PIC16系列 MSP430系列 AVR系列,MCS-51系列,Intel公司的高性能8位单片机，该系列机有8051、8031、8751。80C51系列是其兼容性单片机，与8051系统结构相同，但采用CMOS工艺，对8051做了一些扩充，更有特点，功能更强。,MCS51单片机和8051、8031、89C51等的关系,这一系列单片机包括了好些品种，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型的产品，该系列其它单片机都是在8051的基础上进行功能的增、减、改变而来的，所以人们习惯于用8051来称呼MCS51系列单片机，而8031是前些年在我国最流行的单片机，所以很多场合会看到8031的名称。,INTEL公司将MCS51的核心技术授权给了很多其它公司，所以有很多公司在做以8051为核心的单片机，当然，功能或多或少有些改变，以满足不同的需求，其中89C51就是这几年在我国非常流行的单片机，它是由美国ATMEL公司开发生产的。,89C51与89S51的区别,答：89C51和89S51内核相同，89S51针对89C51的明显的几个升级如下： 程序存储器写入方式：二者的写入程序的方式不同，89C51只支持并行写入，同时需要VPP烧写高压。89S51则支持ISP在线可编程写入技术！串行写入、速度更快、稳定性更好，烧写电压也仅仅需要45V即可。 电源范围：89S5*电源范围宽达45.5V，而89C5*系列在低于4.8V和高于5.3V的时候则无法正常工作。 工作频率：目前89S5*的性能远高于89C5*,89S5*系列支持最高高达33MHZ的工作频率，而89C51工作频率范围最高只支持到24M。 市场价格：由于89C51已经全面停产,所以在市场价格方面，库存的89C5*的批发价格要比89S5*贵将近一倍！ 兼容型：89S5*向下兼容89C5*，就是说用89S5*可以替代89C5*使用，同样的程序，运行结果相同。就是说89S5*也同样兼容目前所有的教科书范例程序。 加密功能：89S5*系列全新的加密算法，这使得对于89S51的*变为不可能，程序的保密性大大加强，这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯。 抗干扰性：内部集成看门狗计时器，不再需要像89C51那样外接看门狗计时器单元电路。 烧写寿命更长：89S5*标称的1000次，实际最少是1000次10000次，这样更有利初学者反复烧写，减低学习成本。,MC68系列,Motorola公司的8位单片机 M6801 M6804 MC6805 MC68HC05 MC58HC11,速度更快，功耗更低、功能更强,约占8位机市场的30%份额,PIC系列,美国Microchip公司生产，价格低、体积小、速度高、功耗低、C语言编程、程序保密性强、开发方便，率先采用RISC（精简指令集），现已成为嵌入式单片机的主流产品之一。,MSP430系列,TI（德州仪器）公司推出的新型高性能单片机。 16位精简指令结构可确保运行速度、带FLASH的微控制器可将功耗降低5倍、具有多种省电模式、型号相当丰富。,AVR系列,美国ATMEL公司推出的全新配置精简指令集（RISC）的单片机系列。高速度、高保密性、低功耗。 片内程序存储器采用Flash 大多数指令仅用1个晶振周期 采用C语言编程 CMOS工艺生产 ATMEL公司的单片机可分为AT89、AT90、AT91和智能IC卡等系列，AT90系列属于增强型RISC内载Flash新型嵌入式8位单片机，通常简称为AVR单片机。,8、 附录 初学单片机几个不易掌握的概念,8.1 总线,模拟电路：单独连线 微处理机：总线，即共享连线 数据总线：器件的数据线。 控制总线：器件所有的控制线 。 地址总线：存储单元要被分配地址，才能使用，用于地址分配的线被称为地址总线。,这三者都是一串0和1组成的序列。 指令：由单片机芯片的设计者规定的一种数字，不可由单片机的开发者更改。 地址：单片机内部、外部的存储单元、输入输出口 数据： 1.地址（如MOV DPTR，#1000H），即地址1000H送入DPTR。 2.方式字或控制字（如MOV TMOD，#3），3即是控制字。 3.常数（如MOV TH0，#10H）10H即定时常数。 4.实际输出值 （如MOV P1，#00H）,8.2 数据、地址、指令,8.3 堆栈,堆栈：内部RAM的一部份 先进后出，后进先出 PUSH和POP 堆栈指针SP 程序开始阶段可更改SP的值,单片机在通电复位后8051内的程序计数器（PC）中的值为0000，所以程序总是从0000单元开始执行，也就是说：在系统的ROM中一定要存在0000这个单元，并且在0000单元中存放的一定是一条指令。,8.4 程序的执行过程,利用仿真机来代替应用电路板（称目标机）的单片机部份，对应用电路部份进行调试。 主要目的是进行软件调试，借助仿真机，也能进行一些硬件排错。 仿真有CPU仿真和ROM仿真两种: 开发单片机应用不再