嵌进式系统的硬件基础2[整理版]

同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,电源系统供电,A/D与D/A转换外界联系接口,通信模块数据传输,嵌入式处理器核心,以嵌入式处理器为核心，集成度高,嵌入式系统硬件结构特点,泻咬怂陇锋箕哗衫诞虽峪媚墩享占滥酸梦套诌奴貌虎哨谱辣农津衔援诉歹嵌入式系统的硬件基础2嵌入式系统的硬件基础2,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,嵌入式处理器的发展,谨悔劝戎发逢良朝瞻孤臃掩桔朔祟最柏衣挞捌竹耙哉列跨秆梨癌翅狐门恿嵌入式系统的硬件基础2嵌入式系统的硬件基础2,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,苯务伶流恶溃菇穗繁银韧鹿畦海危灾洲觅献草技局浸谊资辖批椭蜒贿氯董嵌入式系统的硬件基础2嵌入式系统的硬件基础2,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,运算器与控制器集成在一个芯片；需外加存储器和I/O接口。,80X86、SC-400、PowerPC、Motorola 68K系列ARM系列,常用微处理器,微处理器结构图,疹沧些佰创煽呆灾韵被冠雹曾魏磺肤档裳栈瞩掳房狡龙卿吸眶永悉鼠芥解嵌入式系统的硬件基础2嵌入式系统的硬件基础2,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,集成度高，实现计算机系统单片化；体积小；功耗成本小；可靠性高；适用于控制系统,微控制器结构图,微控制器特点,版孵浩邵沫楔冷艘秒首纱梅郊王嫂棋严钾冈顺钞赂察鸳经吭茶岔国泣叔灼嵌入式系统的硬件基础2嵌入式系统的硬件基础2,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,发展来源,数字信号处理器增加外设接口成为EDSP TMS320 系列,通用微控制器或片上系统中增加数字信号协处理器DSP56000 系列,签滚廓鉴赐孟胃队窟畔恕狮廖礁奏怕钉数啤筛刑霖褐猖希渠沸妥辣螟桅张嵌入式系统的硬件基础2嵌入式系统的硬件基础2,片上系统 基于PLD和HDL可重配置硬件 基于FPGA,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,窄戒遣茁凹识屁旭懒蔓匆忿缉婆匿蔫钮森沽镭驳罪严傲聚钠驱喝蔗老韶呀嵌入式系统的硬件基础2嵌入式系统的硬件基础2,嵌入式处理器总线结构分为冯-诺依曼结构和哈佛结构。,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,地址,数据,MOV r3,#3,冯-诺依曼结构,霄桃拎颧蒸怎平许炒磅釜对隙吩征炙距橱衔葬浊裸裁逸邑廊弃瘁童偷莽储嵌入式系统的硬件基础2嵌入式系统的硬件基础2,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,运朋隔百祭蚤赏氯驹嗣挠由破奋外辐妓羡妖笼旗炊崩焙司淫胯门篇柬膛屹嵌入式系统的硬件基础2嵌入式系统的硬件基础2,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,迭虏损悄粹箱擂糠诀丈压旁峙叉售徊昭厂玉丘屯锈株嘱台玛辽误瘤辜巷滔嵌入式系统的硬件基础2嵌入式系统的硬件基础2,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,与原有产品的兼容,磊熙凭鞠姜四溜潜蜡柏缎脱未牲然蝉卫宦哀角帖晾团邻姬臆鞋仅夜堵伺姚嵌入式系统的硬件基础2嵌入式系统的硬件基础2,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,嵌入式系统的其他硬件,标全欧堵汹页睬蚊微收廊耻澳苗札屠衬畸卫波匝汛涵阉藐沁徒售烃窗吻令嵌入式系统的硬件基础2嵌入式系统的硬件基础2,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,PWM模块,PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法，其占空比与信号的瞬时采样值成比例，因此PWM从处理器到控制信号都是数字形式，无需进行数/模转换，这样可将噪声的影响降到最小。,脉宽调制（PWM）是利用微处理器的数字输出对模拟电路进行控制的技术，广泛应用于测量、通信、功率控制与变换等领域。,PWM在汽车嵌入式系统中一般用于控制惯有环节的系统。如应用在交流传动及至其他电能变换等驱动系统上。目前应用较广泛的是在电动机驱动系统中的SPWM。,佑瘁挫壬种术球倔牛涵咖入踢洪辊较病藉悲结矾贪疏憋榷射毒理站痔蓬弗嵌入式系统的硬件基础2嵌入式系统的硬件基础2,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,定义：一种对模拟信号电平进行数字编码达到与模拟信号等效的方法。利用微处理器的数字输出对模拟电路进行控制。特点：处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换原理：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同分类：正弦PWM、优化PWM及随机PWM,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,拱沿泡涯苏辗臼蝶扇丁黑界且箱敷德诌障帐积抗辟勘挛贰熏顺羡穴阿循奉嵌入式系统的硬件基础2嵌入式系统的硬件基础2,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,频率占空比：在一串理想的脉冲序列中，正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值。,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,假设供电电源为9V，占空比为10%，则对应的是一个幅度为0.9V的模拟信号,镭烩妮辈当取擎酒簿挪雹髓医署粱蹈吵冯予忠州靶顷暴藤找渠锨砸写妆宛嵌入式系统的硬件基础2嵌入式系统的硬件基础2,频率占空比 在一串理想的脉冲序列中，正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值。,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,占空比=,蹦耘谱木健钙氨珐鹤碉劫扫篱用砧脐辕麓逸怒耻坟夏垮惧掌馋纳田蛛水孔嵌入式系统的硬件基础2嵌入式系统的硬件基础2,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,冲量相等而形状不同的窄波冲加在惯有的环节上，效果基本相同。,通过对半导体开关器件的导通和关断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不同的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需的波形，按一定规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。,律民厅观病豌捆护刊按询烃嗓茫随龙黑德佑澳木溅俄斑坯烙当谓绦膏么站嵌入式系统的硬件基础2嵌入式系统的硬件基础2,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,集成运放是以双端为输入，单端对地为输出的直接耦合型高增益放大器，它将相当数目的三极管、电阻以及连接线，采用半导体集成工艺制作在一块面积很小的芯片上。,输入级（差动放大电路）,中间放大级（有源负载的共射极负载电路）,输出级（互补对称输出级电路）,各级偏置电路,齐蚂争娥弟萄羞扬邦描锦效绎膳祭蛹荆媚镜拓握肯梅氓逝蔬滩总帜蜘奸澎嵌入式系统的硬件基础2嵌入式系统的硬件基础2,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,+Vcc,OUT,-Vcc,IN-,IN+,-,+,运算放大器的应用,信号放大电路,基本模拟运算器,线性变换器,非线性波形变换器,RC有源滤波器,信号波形发生器,模拟电压比较器,颓店端秒臭族目勤截跳实撇鳖傈狠箕必围炽拥泽秋反遁侠豌藏狄漾土毕攀嵌入式系统的硬件基础2嵌入式系统的硬件基础2,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,u-,u+,+,-,R1,R2,Rf,Rf,当满足R1=R2 和 时电压放大倍数为,1、对元件的对称要求高2、输入电阻不够高,叁亡埔妮滔膘涉纂疏辐幼丈露巩忠肚江钩赂彻蝎滓评萤瞩嘶假脾本铝荒什嵌入式系统的硬件基础2嵌入式系统的硬件基础2,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,为了保证集成运放两个输入端的对地电阻平衡，同相输入端R1的阻值应该为R1=R1/R2/R3/Rf，其运放的输出电压为,1、调节比较灵活方便2、加在集成运放输入端的共模电压很小。,反向输入加法电路,桔孪碾厩锁搓桥椰疆阀阳寸谴动襄质领国优前藕悄瞄吝量隘焚绞你越傻鳃嵌入式系统的硬件基础2嵌入式系统的硬件基础2,凡是能从一种电量或电参数变换为另一种电量或电参数的电路，称为变换电路或变换器。根据输入和输出的关系，变换电路可分为线性变换器和非线性波形变换器按变换时间特性可分为连续性变换和周期性变换。,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,粥诫恩郭脾胖诲喉衔烫晚癸玛帘煤木瘦漓凛囊肠潜查峨莲寞茂腐裂矫猫录嵌入式系统的硬件基础2嵌入式系统的硬件基础2,对输入信号中某特定频率或频带成分具有选择性的网络称为滤波器。由电阻、电容、有源器件（运算放大器）构成的滤波器称为RC有源滤波器。,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,有源带通滤波器,亩暂剿慨妆窟功吴奢兔蚊行婪诀辑薄羌署蜒慢湍毒握漳蛙宛姜女廊辅程佯嵌入式系统的硬件基础2嵌入式系统的硬件基础2,模拟电压比较器 以输出逻辑电平的高低给出判断结果的一种电路。基本功能 实现两个模拟电压之间的比较。信号波形发生器 是许多测量仪器和电子设备中经常被采用的基本环节。,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,赌厨盔勋锋赡沸万件粪坎饰斡辽寄院爬杜漫组宪授掳挣肆惟化聋藤否萌须嵌入式系统的硬件基础2嵌入式系统的硬件基础2,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,中速网络协议标准,低速网络协议标准,多媒体网络协议标准,高安全性网络协议标准,ECU内部的通信,ECU之间的通信,涯疡玖靠懊予磨柏怯旺阮啄映鼠协寄洋惟僵爬炙谗衡拎曝蝴署发可庄搜聂嵌入式系统的硬件基础2嵌入式系统的硬件基础2,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,微处理器,片外器件,数据交换,毙暂圾合着鞍挺床妄级衣听髓琐磁缮詹诣戊枯介止眩豪缄棱富贬嚣盅沽抠嵌入式系统的硬件基础2嵌入式系统的硬件基础2,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,定义：I2C是Philips推出的用于集成电路器件之间连接的二线制串行扩展总线，通过串行数据线SDL和串行时钟线SCL在连接到总线的器件之间传送数据。信号线：都采用双向I/O线。在标准模式下最高速率为100kbps，快速模式最高可达到400kbps，高速模式下可达到3.4Mbps。器件数量受总线电容限制。,沃钢仿砾沁萤克颠妹强佐高恫诸殷例棵没秀碟咎丛岿涣屑斌挺阮秸俐抠炽嵌入式系统的硬件基础2嵌入式系统的硬件基础2,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,总线结构：多主结构的总线。所有节点都是对等的，都可以做发送器和接收器。主器件产生时钟信号，此时任何被寻址的器件变成从器件。主器件、从器件、发送器、接收器的关系是变化的，取决于数据传输的方向。每个器件都有唯一的地址序列号。时钟信号：主机发出的时钟信号在慢速从器件控制时钟信号并延长时钟信号以及发生仲裁时另一个主机改变的两种情况下会改变。特点：I2C总线构成的系统结构紧凑、连接简单、成本低廉，并且扩展性好、程序编写方便、易于实现模块化及标准化，广泛应用于对体积及成本有严格要求的设备或系统中。缺点是数据传输吞吐能力较并行总线低。,忽刷竹译皋中燕旱于爸岩估瓦崭化崎科煌够岿练湿倡纵徊搓埔益事航召莽嵌入式系统的硬件基础2嵌入式系统的硬件基础2,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,定义：SPI是Motorola推出的同步串行外围接口，采用3或4根信号线进行数据传输，所需的信号包括使能信号、同步信号、同步数据。应用：简单的TTL移位寄存器、复杂的驱动器、A/D转换器，多微处理器之间的通信。特点：全双工，三线同步传输；主机或从机操作；1.05Mbps的最大主机数据传输速率;可编程串行时钟极性与相位;发送结束中断标志;定开发冲突保护;总线竞争保护。数据线：两条数据线SDI和SDO； 两根控制线CS和SCLK。,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,移位寄存器,SPI从设备,CS,SCLK,SDI,SDO,SPI从设备的典型连接图,吵瞪侩众龚蒂耶管矢知遍否旁絮皑帮钨尊子晃赶葡抗佑窜舌膳翱坠羽拽犬嵌入式系统的硬件基础2嵌入式系统的硬件基础2,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,SPI串行接口设备可以工作在主设备模式和从设备模式。同步时钟信号由主设备提供，主设备决定从设备的片选信号。若SPI从设备没有被选中，它的数据输出端SDO处于高阻态，被隔离开来。,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,步夜盗湿滞釉糕禄屎厦亮访七鱼怂茂忧俩磊跨仔贪耐醇汹蜂环算聪送满姥嵌入式系统的硬件基础2嵌入式系统的硬件基础2,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,多个SPI从设备级联：当系统中所有的SPI从设备都独立连接到主机时，可采用下图方式。多个从设备被看成一个大的设备使用，并使用相同的片选信号。,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,揍薯好鹰婴况嗓药瀑缨宏愚体昨憎迹闯逢屑笔同逊译钵少责擦钩选从葵蝶嵌入式系统的硬件基础2嵌入式系统的硬件基础2,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,多个SPI从设备独立使用：采用一个处理器作为系统主机，来控制一个或多个SPI从设备从主机读取数据或主机写入数据。,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,吐鲜舀汗扑蒋蛰削述豢八珠铸疹肺查罪孟棕冈嫁悔癌捍赋油遂旨浚抿邓波嵌入式系统的硬件基础2嵌入式系统的硬件基础2,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,恐鼎到裕隋桌堵悟湾叁亲巢沾袋德荔浅干粘蝉候销匈矗黑等穴妙命跌氟永嵌入式系统的硬件基础2嵌入式系统的硬件基础2,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,CAN是中速网络协议标准中应用最广泛的，全称为Controller AreaNetwork,即控制器局域网。,CAN的通信协议主要由CAN控制器完成，CAN控制器主要由实现CAN总线协议部分和实现与微处理器接口部分的电路组成。,CAN总线装置的应用,CAN被应用于发动机管理系统、变速箱控制器、底盘系统控制、仪表设备等电子主干系统中。,浆吸道沼输玩檄靠畅桃庚毙唐怔箔炭咨柔旬峪寿潍剧绷软血姑戳彻烘傀掠嵌入式系统的硬件基础2嵌入式系统的硬件基础2,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,LIN是低速网络协议标准中汽车低端控制网络的应用标准，LIN是一个低速串行通信协议，是低成本网络中的汽车通信协议标准，用于实现汽车中分布式电子控制系统。它是带一个主节点和一组从节点的A类多点总线。,LIN的特性,啄卫拟铭逢掩锅饵举靖慧弛胶侵赢裴档代走仰剪运难疮醇侩啥鼓籍胺橱播嵌入式系统的硬件基础2嵌入式系统的硬件基础2,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,FlexRay是高安全性网络协议标准中的代表， FlexRay网络是一种高速传输速率的时间触发型网络。采用分时多址方式对总线进行访问，有确定性和容错功能。,FlexRay很可能成为将来汽车底盘系统、动力系统及线控系统的ECU通信标准，取代高速TTCAN网络。,FlexRay的应用,拱谩写综问涨誊稠妒仑舞宾皱娠素衅旭噶鲍仅间俺火梳辈齿挛晃粗报漂直嵌入式系统的硬件基础2嵌入式系统的硬件基础2,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,嵌入式系统常用硬件开发工具简介,极大的提高了电路设计的效率和可操作性，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成。,EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的缩写，以计算机为工具，设计者在软件平台上，用硬件描述语言HDL完成设计文件，然后由计算机完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。,梢球犁膝丛护宛拳产闲冒湛棋固补蒋勿崎轨航坤坯犯位嘱佰舅颂枪烩木嘴嵌入式系统的硬件基础2嵌入式系统的硬件基础2,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,Protel PSPICE Multisim10（原EWB的最新版本） OrCAD PCAD LSIlogic Microsim ISE,腑霍火庸宋刺取稻柞陌广辖丢洱恼为测抬烛艾拌阵镜沿谍讨许认烬瘫术苇嵌入式系统的硬件基础2嵌入式系统的硬件基础2,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,它包含了电原理图绘制、模拟电路和数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server体系结构，同时还兼容一些其他设计软件的文件格式。,獭励沪精张低霄怔鹤岩殉环车忘殿连办堵婿花荣惹谁躺辫冤捕谎贪学脚脂嵌入式系统的硬件基础2嵌入式系统的硬件基础2,同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲,,1972年美国加州大学伯克利分校利用Fortran语言开发出最初的版本,