嵌入式单片机概述

嵌入式单片机概述本单元任务任务1广告电子屏需求分析任务2广告电子屏需求分析任务1广告电子屏需求分析任务描述：任务分析：某生产厂家新推出一款商品，迫切希望赢得时间，抢占市场。因此，如何尽快、有效地提高这款商品的知名度成为了市场推广部最重要的议程。除普通的报刊、电视、网络等宣传手段外，决定在广州北京路步行街上加装一块广告电子屏，要求不间断地循环播放此款商品的名称，同时在电子屏四周加装闪烁霓虹灯，以提高行人注意力，尽可能让川流不息的人流对商品有感性的认识，以达到宣传目的。电子屏是商家常用的广告宣传方式，制作广告电子屏涉及到电路设计，以及软件编程控制显示内容、显示时间间隔等，这对于非电子专业的学生来说，感觉神秘而深奥。业界把包括广告电子屏在内的众多软硬件结合的、具有自动处理能力的电子系统称为之智能系统、或嵌入式系统。嵌入式系统？！近年来，这个概念风靡大江南北，但很多人只限于耳闻，并没有真正明白嵌入式系统的含义。本任务将从嵌入式系统的由来、定义及发展历程三个方面还原什么是嵌入式系统。相关知识：一、嵌入式系统由来二、嵌入式系统定义三、嵌入式系统典型应用产品一、嵌入式系统由来回顾计算机的基本组成？CPU显示器键盘鼠标存储器……WindowsXPWindows7游戏软件多媒体软件文字处理软件……I/O(输入输出)接口设备(外设)操作系统应用软件CPU存储器硬件软件计算机基本组成分为硬件和软件两大部分，主要由CPU、存储器、外部设备和操作系统、用户应用软件构成。嵌入式系统是将计算机嵌入到另外的系统中，另外的系统可能是家电行业、工业控制、玩具等方面的产品。日常见到的计算机体积这么大？怎么嵌入？？解决办法：将计算机小型化、专用化。嵌入之后的主体的情况有无变化？1，计算机嵌入到冰箱：智能冰箱2，计算机嵌入到摩托车、赛车结论：嵌入之后，维持被嵌入对象的主体性不变思考：举例说明嵌入式系统有哪些产品?计算机应用形态的转变二、嵌入式系统的定义国际电气与电子工程师协会（IEEE）的定义：嵌入式系统是用来控制、监视或辅助设备、机器或工厂操作的装置。嵌入式系统的含义通俗地说：嵌入式系统就是将计算机的硬件或软件嵌入到机电设备或应用系统中，构成的新的系统，即嵌入式系统构造原则：以应用为中心、以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗和应用环境有特殊要求的专用计算机系统。实现对设备控制、监视和管理的功能。嵌入式系统适用场合检测、控制数控机床、单机电、仪表小型化、微型化设备通讯、医疗、移动办公大吞吐量信号处理视频流处理移动媒体信息处理DC、MP3、MP4多机电协同工作汽车电子、航空电子嵌入式系统与桌面通用系统的区别（1）嵌入式系统中运行的任务是专用而确定的心脏监视器只需运行信号输入、信号处理、心电图显示任务如果更改任务，需要对整个系统重新设计或在线维护桌面通用系统需要支持大量的、需求多样的应用程序对系统中运行的程序不做假设程序升级、更新等方便嵌入式系统往往对实时性提出较高的要求实时系统：指系统能够在限定的响应时间内提供所需水平的服务嵌入式实时系统可分为（POSIX1003.b）强实时：响应时间us-ms级一般实时：响应时间ms-s级弱实时：响应时间s级以上嵌入式系统与桌面通用系统的区别（2）嵌入式系统中一般使用的是实时操作系统嵌入式实时操作系统数量众多，如VxWorksWindowsCEpSOSQNX国产嵌入式实时操作系统HOPENDeltaOSSmartOS嵌入式系统与桌面通用系统的区别（3）嵌入式系统运行需要高可靠性保障，比桌面系统的故障容忍能力弱很多嵌入式系统需要忍受长时间、无人值守条件下的运行嵌入式系统运行的环境恶劣嵌入式系统与桌面通用系统的区别（4）嵌入式系统大多具有功耗约束如：珍贵文物微气象环境监测要求1分钟采样一次，每个采样节点采用电池供电，一年更新一次。采用常规的方法，能量只能持续工作5天。引入间歇工作方式，从而降低能耗，节省能量。嵌入式系统与桌面通用系统的区别（5）嵌入式系统比桌面通用系统可用资源少得多为降低系统成本，降低功耗，嵌入式系统的资源遵循够用就行的原则。嵌入式系统的开发需要专用工具和特殊方法：开发：交叉编译、交叉链接调试：仿真器、虚拟机更新：在线升级等嵌入式系统与桌面通用系统的区别（6）嵌入式系统开发是一项综合的计算机应用技术系统结构：状态控制机、中断控制器处理汇编语言：操作外围设备、端口操作系统：设置运行任务、通讯、互斥编译原理：交叉编译、bootloader加载嵌入式系统与桌面通用系统的区别（7）典型的嵌入式系统应用领域包括制造工业、过程控制、通信、仪器仪表、航空航天、军事装备、消费类电子产品等。三、嵌入式系统典型应用产品嵌入式技术的应用-手机普通手机智能手机与PDA结合嵌入式技术的应用-智能家居智能家具智能家电嵌入式技术的应用-PDA个人信息处理掌上电脑嵌入式技术的应用-PMPPMP-PortableMediaPlayer嵌入式技术的应用-办公用品录音笔FLY数字笔能“看懂”写在专用纸上的内容能“阅读”写作和纠正语言错误完成简单的算术运算将英文翻译成西班牙语等Genius数字便存储100页便2000LPI分辨率32MB板载内存USB连接电脑笔迹识别软件PolymerVision手机书嵌入式技术的应用-手表MartinFrey手表日程表和手机联动获取网络连接和GPS定位手机手表：M3001英寸显示屏USB接口可播放音乐支持蓝牙Nike的Speed+手表结合iPod和运动计测韩国防性犯罪的电子手镯可跟踪罪犯的定位和坐标爱国者视频MP4手表嵌入式技术的应用-运动玩具游戏GTX公司定位的运动跑鞋内置的GPS接收器和可充电电池遥控蜻蜓次时代三大主流三款主机xbox360，WⅡ，PS3嵌入式技术的应用-摄像器材数码相机DV嵌入式技术的应用-多媒体终端IP会议视频会议可视电话嵌入式技术的应用-家庭音响引入计算机技术的音响嵌入式技术的应用-电视高清电视数字电视立体显示技术嵌入式技术的应用-通讯设备由计算机能力的各种通讯设备路由器/交换机/防火墙等嵌入式技术的应用-仪器仪表DCG（动态心电图仪）便携式多参数监护仪中医指套传感器脉象虚拟仪器推拿手法测试仪电动机故障状态监测保护系统嵌入式技术的应用-交通相关汽车电子处理器个数高达3位数车载娱乐、定位等车控ABS、EBD等其它嵌入式技术的应用-军工武器控制系统数字化单兵系统有苛刻要求尺寸和重量功率消耗震动和冲击温度和湿度嵌入式技术的应用-新兴硬件一、项目功能分析1．能显示广告词及简单图案。2．显示当前系统时间及温度信息。3．广告屏四周环绕行走的霓虹灯。4．可以手动调整广告词显示方式（左移、右移等）、霓虹灯行走样式及系统时间。*5．可远程更改调整广告词，远程控制显示方式等。*6．大容量存储空间，并预留I/O作今后系统扩展。任务实施二、项目功能划分1．霓虹灯模块：环绕在显示屏四周，循环闪烁，提高行人对广告屏的注意及关注。2．按键模块：可通过按键控制霓虹灯的闪烁模式，也可按键改变广告词显示的方式以及调整系统时间。3．系统时间模块：能实时运行系统时间。4．温度采集模块：实时采集当前温度信息，让行人及时了解天气情况，使得广告电子屏更人性化。5．显示屏模块：用于显示广告宣传词、系统时间及温度信息，一目了然呈现在行人面前。6．通信模块：用于和远程计算机进行数据及指令的收发。7．扩展模块：主要为今后增加功能而预留，包括增大存储容量、增多和外部连接的通道。任务2广告电子屏设计分析任务描述：任务分析：任务1将广告电子屏系统的典型需求进行了分析，其除了实现广告词的显示，还具有温度及实时时间显示等人性化功能；另外，为了调节广告电子屏显示方式、调整系统时间等，还需要为系统加上人机对话和计算机通信功能。接下来将展开设计分析，即为实现广告电子屏的各个功能的实现进行全盘设计考虑，并对每个功能模块提出具体的设计方案广告电子屏是一个经典的嵌入式系统，因此，它的设计过程将依据嵌入式系统一般的开发步骤，即由技术方案论证、硬件系统设计、应用软件设计，再到调试及系统最后完成等环节组成。本任务主要提出广告电子屏系统设计的技术方案，并对方案进行阐述，硬件系统、应用软件的具体设计过程将根据系统功能模块划分而分散到后续的相应单元中讲解相关知识：一、嵌入式系统基本组成二、初识单片机三、嵌入式单片机软件设计—C51简介一、嵌入式系统基本组成一个典型的嵌入式系统应用嵌入式系统结构嵌入式系统一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统（可选），以及用户软件系统等四个部分构成。1．嵌入式系统硬件嵌入式系统硬件以嵌入式核心处理器为中心，包括了嵌入式核心处理器、存储器及外部接口。嵌入式系统微处理器1000多种硬件处理器，分为MCU、DSP、MPU、SOCARMRISC（ARM）TMS320DSP（TI）Trimedia（Philips）StrongARM（Intel）Xscale（Intel）MIPSRISC（MIPS）DragonBall（Motorola）外围硬件设备（1）片外总线：连接系统各个部件，进行互联和传输信息的信号线ESIA总线、SCSI总线、PCI总线AMBA总线：ARM研发的总线标准专用总线CompactPCI总线：工业控制CAN总线：汽车电子总线1553B总线：航空工业总线电子盘：采用flash芯片存储数据，体积小、功耗低、抗震DOC：DiskOnChipDOM：IDE电子盘CF：CompactFlashSM：SmartMediaMS：MemoryStickI/O设备A/D、D/A中断控制器UARTLCD通讯设备有线通讯：IEEE1394、USB无线通讯：IrDA、Bluetooth、802.11b/g外围硬件设备（2）2．嵌入式系统软件应用软件嵌入式操作系统(可选)BSP(可选)底层硬件API嵌入式实时操作系统典型的嵌入式实时操作系统（RTOS）近200种操作系统，VxWorks、QNX，WinCE、PalmOS面向SOC的操作系统：Symbian的Epoc、ExpressLogic的ThreadX、ATI的Nucleus开放源码的操作系统：linux系列、uC/OS典型性能指标内核大小：几K-几百K调度时间片：1ms实时任务响应时间：20-40us一般任务响应时间：20us-几百ms二、初识单片机1，单片机定义：把中央处理器(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、输入/输出端口(I/O)等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。微型计算机的主要部件集成在一个芯片上，称之为单片机。CPU输入设备输出设备软件系统+单片微型计算机系统硬件系统单片微型计算机是指集成在一个芯片上的微型计算机，简称单片机——单片机实质上就是一个芯片P3口线的第二功能VCCVSSXTAL2XTAL1RSTP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0ALEP3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.72、振荡电路：XTAL1、XTAL23、复位引脚：RST4、并行口：P0、P1、P2、P37、ALE：地址锁存控制信号1、电源线：VCC(+5V)、VSS(地)EAPSEN5、EA：访问程序存储控制信号6、PSEN：外部ROM读选通信号RXD/TXD/INT0/INT1/T0/T1/WR/RD/1234567891011121314151617181920403938373635343332313029282