《嵌入式系統(tǒng)》PPT課件.ppt

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嵌入式系統(tǒng) 以應(yīng)用為中心 以計算機技術(shù)為基礎(chǔ) 軟件硬件可裁剪 適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能 可靠性 成本 體積 功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng) 嵌入式計算機系統(tǒng)的硬件系統(tǒng) 嵌入式處理器CPU DSP 單片機 ASIC常規(guī)外設(shè)及其接口鍵盤 顯示器 打印機等專用外設(shè)及其接口直流電機 步進電機 A D等操作控制臺和報警設(shè)備閃爍燈 揚聲器等 嵌入式計算機軟件系統(tǒng) 嵌入式操作系統(tǒng) 大規(guī)模應(yīng)用實時監(jiān)控程序 中規(guī)模用戶程序 簡單應(yīng)用 什么叫單片機 單片機的應(yīng)用單片機的發(fā)展單片機的分類如何學(xué)習(xí)單片機單片機的開發(fā)思路常用單片機系列介紹初學(xué)單片機幾個不易掌握的概念 單片機原理及接口技術(shù) 1 什么叫單片機 SingleChipMicrocomputer Microcontroller 計算機單板機 同一塊板單片機 同一塊芯片 2 單片機的應(yīng)用 面廣量大 家用電器上的應(yīng)用智能儀器儀表上的應(yīng)用工業(yè)控制上的應(yīng)用計算機網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域上的應(yīng)用醫(yī)用設(shè)備上的應(yīng)用 1 智能冰箱 2 智能飯煲 3 智能食品配料機 可以這樣說 現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機控制 從電飯褒 洗衣機 電冰箱 空調(diào)機 彩電 其他音響視頻器材 再到電子秤量設(shè)備 五花八門 無所不在 2 1家用電器上的應(yīng)用 數(shù)字式測角儀 交直流電壓電流表 單片機的特點 體積小 功耗低 控制功能強 擴展靈活 微型化和使用方便等 結(jié)合不同類型的傳感器 可實現(xiàn)諸如電壓 功率 頻率 濕度 溫度 流量 速度 厚度 角度 長度 硬度 元素 壓力等物理量的測量 采用單片機控制使得儀器儀表數(shù)字化 智能化 微型化 且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強大 例如精密的測量設(shè)備 功率計 示波器 各種分析儀 2 2智能儀器儀表上的應(yīng)用 數(shù)控車床 數(shù)控線切割機床 用單片機可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 例如工廠流水線的智能化管理 電梯智能化控制 各種報警系統(tǒng) 與計算機聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等 2 3工業(yè)控制上的應(yīng)用 現(xiàn)代的單片機普遍具備通信接口 可以很方便地與計算機進行數(shù)據(jù)通信 為在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件 現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實現(xiàn)了單片機智能控制 手機電話機程控交換機調(diào)制解調(diào)器樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)列車無線通信無線電對講機等 2 4計算機網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域上的應(yīng)用 醫(yī)用呼吸機各種分析儀監(jiān)護儀超聲診斷設(shè)備病床呼叫系統(tǒng)等等 電池分析儀 醫(yī)用呼吸機 2 5醫(yī)用設(shè)備上的應(yīng)用 3 單片機的發(fā)展 有多種說法 其中一種 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單片機的發(fā)展歷史 初級階段 1974 1976 兩片集成芯片 集成工藝限制 低性能階段 1976 1978 INTELMCS 48高性能階段 1978 1982 MCS 51更高性能階段 1983 多種機型并行發(fā)展 3 2單片機的發(fā)展趨勢 1 低功耗CMOS化象80C51就采用了HMOS 即高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝 和CHMOS 互補高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝 更適合于在要求低功耗象電池供電的應(yīng)用場合 2 微型單片化要求體積小 重量輕 具有多種封裝形式 其中SMD 表面封裝 越來越受歡迎 使得由單片機構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展 3 主流與多品種共存在一定的時期內(nèi) 以C8051為核心的單片機占據(jù)半壁江山 各品種單片機陸續(xù)侵占市場的情形將得以延續(xù) 將不存在某個單片機一統(tǒng)天下的壟斷局面 走的是依存互補 相輔相成 共同發(fā)展的道路 4 單片機的分類 器件廠家美國 Intel Motorola Zilog Microchip Atmel荷蘭 Philips德國 Siemens日本 Nec 東芝 松下等 5 如何學(xué)習(xí)單片機 具備什么知識基礎(chǔ) 從哪種單片機學(xué)起 買什么樣的書籍 需要的學(xué)習(xí)條件和環(huán)境 學(xué)習(xí)方法 5 1具備什么知識基礎(chǔ) C語言 或其它基礎(chǔ)語言 打好編程基礎(chǔ) 電子技術(shù) 特別是數(shù)字電子技術(shù) 是必備的電路基礎(chǔ) 微機原理 對計算機基礎(chǔ)知識有較好的準備 8051單片機的書籍 資料 器材都較多 其派生品也很多 例如ATMEL公司的AT89C51系列單片機的指令 管腳 內(nèi)部主要結(jié)構(gòu) 用法都與MSC 51相同 目前其價格較低 你學(xué)習(xí)的片子也可以做產(chǎn)品 做產(chǎn)品的片子也可以做實驗 當然AVR系列也有這些特點 而PIC及其它系列在這一點上則顯得不太理想 PIC和AVR的書籍 資料以及器件供應(yīng)并不理想 不太適合初學(xué)者選擇 若對這些并不在意的話那選擇后者進行學(xué)習(xí)也未尚不可 5 2從哪種單片機學(xué)起 MCS 51 PIC AVR 前面看得懂 后面看不懂的書籍 5 3買什么樣的書籍 若前后都看不懂的書最好先別買 因為這本書短時間內(nèi)不會對你起多大作用 當然若不是把書當資料查也不必買前后你都懂的書 因為它對你來說有點淺 應(yīng)以原理書籍為主 其次可以購買一些應(yīng)用方面的書籍以便參考 需要哪些器材 電子技術(shù)本身與實驗離不開 若光靠看書是很難理解其原理和學(xué)會單片機開發(fā)的 你應(yīng)該購置相關(guān)單片機的芯片 編程器 實驗板 以及開發(fā)單片機的相關(guān)軟件 并以邊看書邊實驗的方式進行學(xué)習(xí)其效果將明顯好的多 由于初學(xué) 不可能購置很多昂貴的設(shè)備 建議學(xué)習(xí)用的單片機芯片其程序儲存器是可以反復(fù)可擦寫的 如AT89C系列或AVR系列 這樣 在學(xué)習(xí)燒寫時是無后顧之憂的 5 4學(xué)習(xí)條件和學(xué)習(xí)環(huán)境 推薦初學(xué)者的軟件硬件準備計算機一臺 無特殊要求 可選用經(jīng)濟型電腦 開發(fā)實驗板一塊ISP下載線一條 用于對單片機進行編程下載 可自制 相關(guān)軟件 開發(fā)軟件 仿真軟件 ISP下載軟件等 工具書 教材一本 較祥細的手冊類書一本 其它資料 器件資料 應(yīng)用文檔 實例等 主要由網(wǎng)絡(luò)收集 5 5ISP 4單片機實驗開發(fā)板 單片機芯片 電源模塊 開關(guān)輸入 音樂輸出 彩燈顯示 數(shù)碼管顯示 下載接口 紅外遙控 繼電控制 串行模塊 51單片機C語言學(xué)習(xí) 編程語言 匯編語言 C語言 匯編語言 機器代碼生成效率很高但可讀性卻并不強 復(fù)雜一點的程序就更是難讀懂 C語言 可讀性和可移植性強 還可以嵌入?yún)R編來解決高時效性的代碼編寫問題 使用C語言肯定要使用到C編譯器 KEILuVISION2是眾多單片機應(yīng)用開發(fā)軟件中優(yōu)秀的軟件之一 它的界面和常用的微軟VC 的界面相似 KEIL51是一個商業(yè)的軟件 對于我們這些普通愛好者可以到KEIL中國代理周立功公司的網(wǎng)站上下載一份能編譯2K的DEMO版軟件 基本可以滿足一般的個人學(xué)習(xí)和小型應(yīng)用的開發(fā) 即使沒有一塊實驗板 甚至沒有一塊單片機 也可以通過KEIL軟件仿真看到程序運行的結(jié)果 KEILuVISION2軟件環(huán)境 建立項目選擇所要的單片機編寫程序編譯運行生成HEX文件燒寫芯片 單片機c語言基本步驟 51單片機c語言舉例 調(diào)試運行程序 項目選項窗口 5 6單片機學(xué)習(xí)方法 熟悉和了解單片機的內(nèi)部資源 熟悉和了解單片機的指令系統(tǒng) 堅持手 腦并用的原則 學(xué)好相關(guān)硬件電路知識 軟件與硬設(shè)計結(jié)合 理論與實踐結(jié)合 看 練 做結(jié)合 多參加工程實踐 6 單片機的開發(fā)思路 確定任務(wù) 技術(shù)指標選擇機型 劃分軟硬件功能設(shè)計硬件電路軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計搭電路確定算法 框圖加工組裝樣機編寫程序樣機靜態(tài)測試編譯程序 軟件調(diào)試聯(lián)機仿真調(diào)試測試樣機硬件測試程序測試系統(tǒng)性能程序固化到EPROM 7 常用單片機系列介紹 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位單片機 該系列機有8051 8031 8751 80C51系列是其兼容性單片機 與8051系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同 但采用CMOS工藝 對8051做了一些擴充 更有特點 功能更強 MCS51單片機和8051 8031 89C51等的關(guān)系 這一系列單片機包括了好些品種 如8031 8051 8751 8032 8052 8752等 其中8051是最早最典型的產(chǎn)品 該系列其它單片機都是在8051的基礎(chǔ)上進行功能的增 減 改變而來的 所以人們習(xí)慣于用8051來稱呼MCS51系列單片機 而8031是前些年在我國最流行的單片機 所以很多場合會看到8031的名稱 INTEL公司將MCS51的核心技術(shù)授權(quán)給了很多其它公司 所以有很多公司在做以8051為核心的單片機 當然 功能或多或少有些改變 以滿足不同的需求 其中89C51就是這幾年在我國非常流行的單片機 它是由美國ATMEL公司開發(fā)生產(chǎn)的 89C51與89S51的區(qū)別 答 89C51和89S51內(nèi)核相同 89S51針對89C51的明顯的幾個升級如下 程序存儲器寫入方式 二者的寫入程序的方式不同 89C51只支持并行寫入 同時需要VPP燒寫高壓 89S51則支持ISP在線可編程寫入技術(shù) 串行寫入 速度更快 穩(wěn)定性更好 燒寫電壓也僅僅需要4 5V即可 電源范圍 89S5 電源范圍寬達4 5 5V 而89C5 系列在低于4 8V和高于5 3V的時候則無法正常工作 工作頻率 目前89S5 的性能遠高于89C5 89S5 系列支持最高高達33MHZ的工作頻率 而89C51工作頻率范圍最高只支持到24M 市場價格 由于89C51已經(jīng)全面停產(chǎn) 所以在市場價格方面 庫存的89C5 的批發(fā)價格要比89S5 貴將近一倍 兼容型 89S5 向下兼容89C5 就是說用89S5 可以替代89C5 使用 同樣的程序 運行結(jié)果相同 就是說89S5 也同樣兼容目前所有的教科書范例程序 加密功能 89S5 系列全新的加密算法 這使得對于89S51的 變?yōu)椴豢赡?程序的保密性大大加強 這樣就可以有效的保護知識產(chǎn)權(quán)不被侵犯 抗干擾性 內(nèi)部集成看門狗計時器 不再需要像89C51那樣外接看門狗計時器單元電路 燒寫壽命更長 89S5 標稱的1000次 實際最少是1000次 10000次 這樣更有利初學(xué)者反復(fù)燒寫 減低學(xué)習(xí)成本 MC68系列 Motorola公司的8位單片機M6801M6804MC6805MC68HC05MC58HC11 速度更快 功耗更低 功能更強 約占8位機市場的30 份額 PIC系列 美國Microchip公司生產(chǎn) 價格低 體積小 速度高 功耗低 C語言編程 程序保密性強 開發(fā)方便 率先采用RISC 精簡指令集 現(xiàn)已成為嵌入式單片機的主流產(chǎn)品之一 MSP430系列 TI 德州儀器 公司推出的新型高性能單片機 16位精簡指令結(jié)構(gòu)可確保運行速度 帶FLASH的微控制器可將功耗降低5倍 具有多種省電模式 型號相當豐富 AVR系列 美國ATMEL公司推出的全新配置精簡指令集 RISC 的單片機系列 高速度 高保密性 低功耗 片內(nèi)程序存儲器采用Flash大多數(shù)指令僅用1個晶振周期采用C語言編程CMOS工藝生產(chǎn)ATMEL公司的單片機可分為AT89 AT90 AT91和智能IC卡等系列 AT90系列屬于增強型RISC內(nèi)載Flash新型嵌入式8位單片機 通常簡稱為AVR單片機 8 附錄初學(xué)單片機幾個不易掌握的概念 8 1總線 模擬電路 單獨連線微處理機 總線 即共享連線數(shù)據(jù)總線 器件的數(shù)據(jù)線 控制總線 器件所有的控制線 地址總線 存儲單元要被分配地址 才能使用 用于地址分配的線被稱為地址總線 這三者都是一串 0 和 1 組成的序列 指令 由單片機芯片的設(shè)計者規(guī)定的一種數(shù)字 不可由單片機的開發(fā)者更改 地址 單片機內(nèi)部 外部的存儲單元 輸入輸出口數(shù)據(jù) 1 地址 如MOVDPTR 1000H 即地址1000H送入DPTR 2 方式字或控制字 如MOVTMOD 3 3即是控制字 3 常數(shù) 如MOVTH0 10H 10H即定時常數(shù) 4 實際輸出值 如MOVP1 00H 8 2數(shù)據(jù) 地址 指令 8 3堆棧 堆棧 內(nèi)部RAM的一部份先進后出 后進先出 PUSH 和 POP 堆棧指針SP程序開始階段可更改SP的值 單片機在通電復(fù)位后8051內(nèi)的程序計數(shù)器 PC 中的值為 0000 所以程序總是從 0000 單元開始執(zhí)行 也就是說 在系統(tǒng)的ROM中一定要存在 0000 這個單元 并且在 0000 單元中存放的一定是一條指令 8 4程序的執(zhí)行過程 利用仿真機來代替應(yīng)用電路板 稱目標機 的單片機部份 對應(yīng)用電路部份進行調(diào)試 主要目的是進行軟件調(diào)試 借助仿真機 也能進行一些硬件排錯 仿真有CPU仿真和ROM仿真兩種 開發(fā)單片機應(yīng)用不再需要仿真器 片內(nèi)flash的使用 8 5仿真 仿真機 教材及參考教材 1 教材 李朝青編 1999 單片機原理與接口技術(shù) 北京航空航天大學(xué)出版社2 參考資料 吳黎明主編 2005 單片機原理及應(yīng)用技術(shù) 科學(xué)出版社胡漢才編著 1996 單片機原理及其接口技術(shù) 清華大學(xué)出版社徐安陳耀李玲玲編著 2003 單片機原理與應(yīng)用 北京希望電子出版社張振榮晉明武王毅平編著 2000 MCS 51單片機原理及實用技術(shù) 人民郵電出版社何立民編 MCS 51單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計張毅剛等編 MCS 51單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計