马洪连-电路设计课后答案

【1-1】嵌入式系统的定义是什么？简述嵌入式系统的主要特点。//嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且在软、硬件方面可进行裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统.【1-3】嵌入式系统基本架构主要包括哪几部分？//由嵌入式微处理器、外围硬件系统和嵌入式操作系统及应用程序等部分组成。/基本硬件架构包括有处理器、外围电路及接口和外部设备三大部分。软件包括:操作系统、应用软件、驱动层软件。【1-4】举例说明嵌入式系统与通用PC的主要差异体现在哪些方面。//嵌入式系统一般指非pc系统，有计算机功能但又不称之为计算机的设备或器材。它是以应用为中心，软硬件可裁减的，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。简单地说，嵌入式系统集系统的应用软件与硬件于一体，类似于pc中bio的工作方式，具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点，特别适合于要求实时和多任务的体系。嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系及应用软件系统等组成，它是可独立工作的“器件”。【1-5】嵌入式微处理器一般可分为有哪几种类型？各自有什么特点？微控制器、微处理器、数字信号处理器和片上系统。1.MCU的最大特点是单片化，体积大大减小，从而使功耗和成本下降、可靠性提高2低功耗体积小、重量轻、成本低、可靠性高3采用哈佛结构：采用数据总线与程序总线分离方式；采用流水线技术；配有专用的硬件乘法-累加器：可在一个周期内完成一次乘法和一次累加操作；具有特殊的DSP指令：循环寻址、位码倒置。快速的指令周期；支持多处理器结构；省电管理和低功耗4.SOC最大的特点实现了软硬件无缝结合。【1-6】嵌入式操作系统按实时性可分为几种类型？各自特点是什么？//硬（强）实时和软（弱）实时系统1系统在指定的时间内未能实现某个确定的任务，会导致系统的全面失败，则被称为硬（强）实时系统。硬实时系统，其系统响应时间在毫秒或微秒级（数控机床、防滑刹车系统等）。硬实时系统通常在硬件上需要添加专门用于时间和优先级管理的控制芯片，uc/os和VxWorks是实时操作系统2在软实时系统中，虽然响应时间同样重要，但是超时却不会发生致命的错误。软实时系统则主要在软件方面通过编程实现现实的管理。比如WindowsCE、Linux是一个多任务分时系统。一般软实时系统，其系统响应时间在毫秒或几秒的数量级上，其实时性的要求比强实时系统要差一些（电子菜谱的查询）。【1-7】简述嵌入式软件系统的运行流程。//工程建立,源文件,编译(链接脚本文件*.ld),调试(存储区映像文件*.map),固化【1-8】嵌入式系统开发过程主要分为哪几个步骤？各步骤主要完成哪些工作？//编辑-交叉编译、链接-定位和下载-调试【1-9】在嵌入式系统开发中应该注意哪些事项？//嵌入式系统开发的代码生成是在PC机上完成，但由于嵌入式目标平台的不同，就要求在开发机上的编译器能支持交叉编译（例如GCC）、链接，然后将程序的代码下载到目标机上指定位置，然后还要交叉调试。调试器还是运行在宿主机的操作系统上，被调试的程序是放在目标机上，通过串口或网络接口相连接。【1-10】通过一个熟悉的嵌入式产品来描述其嵌入式系统的组成。【2-1】在嵌入式系统中，通常采用哪几种复位电路？并简述各自的特点。//复位电路主要类型有：积分型复位电路、专用复位集成器件电路等。1.积分型复位电路产生的是低电平有效的复位信号，其典型电路如图所示。在实际应用中，可以将R、C的值增大以提高时间常数。并且，应用具有施密特输入的反相器以提高抗干扰性。2.用复位芯片各种性能优良，有的内部还集成了上电复位、手动复位、低压监测和看门狗定时器等功能，例如MAX813L就是常用的一种.内部结构如所示。WDI喂狗信号输入端，喂狗定时1.6秒，WDO看门狗输出信号。【2-2】在嵌入式微处理器中为什么要采用的多时钟电路？//在8位单片机中时钟电路产生的频率可直接作为单片机的主频工作，但在高频时易产生电磁干扰。在嵌入式处理器上通常使用频率较低的基准时钟源，然后通过锁相倍频电路得到高频时钟在进行分频器进行分频，获得多时钟源来提供给系统使用。【2-3】嵌入式存储系统与通用的微机中存储系统相比，主要有哪些方面不同？//(1)嵌入式系统由于体积的限制，尽量使用存储密度比较大的存储芯片。(2)嵌入式系统由于功耗的限制，在设计嵌入式系统的存储系统时需要考虑功耗问题。3)出于成本考虑，大多数嵌入式系统的存储器容量与软件的大小相匹配。4)如果嵌入式处理器中没有存储器，就进行扩充，通常需要扩充ROM子系统用于存储程序，RAM子系统用于存储中间数据，FlachROM子系统也可用于存储配置数据和常数。5)嵌入式系统的存储子系统通常设置成模块结构，包括ROM子系统、RAM子系统，每个子系统占用一定的存储空间。【2-4】描述嵌入式系统中的存储系统结构、存储器分类以及各类存储器的常规特征//多级存储器系统:寄存器组—访问时间约为几个ns。片上RAM—与片外RAM比速度快、功耗小、容量小。读写时间约为几个ns。片上Cache—8—32KB,访问时间约为十几个ns。主存储器—一般为几兆字节—1GB的动态存储器，访问时间约50ns。【2-5】微处理器识别存储器单元是通过地址信号来完成的，说明10根、20根、30根地址引脚分别能访问的存储器容量。//2^10=1k2^20=1M2^30=1G【2-6】简述在嵌入式系统中，NANDFlash与NORFlash各自的特点及应用场合。//在嵌入式应用系统中，通常使用NorFlash、NandFlash和SDRAM三种存储器接口电路。引导程序即可储存在NorFlash存储器中，也可以储存在NandFlash中（S3C2410处理器）。而SDRAM中存储的是程序执行中的程序和产生的数据。存储在NorFlash中的程序可以直接执行，与在SDRAM执行相比速度较慢。储存在NandFlash中的程序，需要复制到RAM中执行。【2-7】衡量直流稳压电源的主要技术指标有哪些？//容量、输出电压及调节范围；稳定度、输出内阻、纹波系数和响应速度；【2-8】比较一下串联型线性稳压电源与串联型开关稳压电源各自的特点。//普通的串联稳压电源都安装电源变压器，具有输出电压稳定、波纹小等优点，但是电压范围小，效率低。开关电源是近代普遍推广的稳压电源，具有效率高、电压范围宽，输出电压相对稳定等特点，现在应用比较广。线性串联式稳压电源是通过调节调整管的动态电阻来调整输出电压，开关稳压电源是调节高频交流脉冲的占空比或频率通过储能元件电感电容来调整输出电压。线性稳压电源的优点是输出纹波小，缺点是在输入输出压差大的情况下转换效率低，发热严重；开关稳压电源的优点是电压转换效率高，缺点是输出纹波大些。【2-10】简述常用的DC/DC降压型转换电路的实现方法。//在具体实现中，常采用DC/DC变换集成器件，在配合少量的电阻、电容、二极管、三极管等构成。其工作原理一般是基于脉冲宽度调制PWM或者脉冲频率调制PFM的机理。DC/DC变换集成器件有升压、降压、倍压、和负压专项功能。【2-11】在嵌入式设备中，如何实现交流电源与电池供电方式的切换？//源转换技术方案有采用二极管隔离、使用带交/直流切换的双输出集成器件IC方式。采用二极管隔离的方式最简单，利用两个肖特基二极管隔离两种电源。3.1传感器的类型有哪些？//1）按转换原理分类,物理传感器和化学传感器2）按用途分类：温度、压力、力敏传感器、位置传感器、液面传感器、速度传感器、热敏传感器、射线辐射传感器、振动传感器、湿敏传感器、气敏传感器、生物传感器等。3）按输出信号分类：模拟传感器、数字传感器和开关量传感器等。3.2简述一下传感器的选用原则。//在实际选用传感器时可根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境等因素合理选用，主要应考虑以下两个方面1.传感器的类型:由于同一物理量可能有多种原理的传感器可供选用，可根据被测量的特点、传感器的使用条件如传感器的量程、体积、测量方式（接触式还是非接触式）、信号的输出方式、传感器的来源（国产还是进口）、价格等首先考虑选用何种原理的传感器。2.传感器的性能指标:(1)线性范围传感器的线性范围（模拟量）是指输出与输入成正比的范围。(2)精度(3)灵敏度(4)稳定性(5)频率响应特性3.3传感器的主要性能指标有哪些？//(1)线性范围传感器的线性范围（模拟量）是指输出与输入成正比的范围。传感器的线性范围越宽，量程越大。(2)精度(3)灵敏度(4)稳定性传感器的性能不随使用时间而变化的能力称为稳定性。(5)频率响应特性3.4例举一下温度传感器的类型以及各自特点。//温度的传感器就有：热电偶（热电特性）、热电阻（电阻变化）、晶体温度计（晶体温度特性）、半导体PN结（半导体温度特性）、辐射温度计（热辐射）、光纤温度传感器等好多种。3.5什么是智能识别技术？举例说明。//自动识别技术就是应用一定的识别装置，通过被识别物品和识别装置之间的接近活动，自动地获取被识别物品的相关信息，并提供给后台的计算机处理系统来完成相关后续处理的一种技术。商场的条形码扫描系统银行卡支付过程.3.6智能识别系统能够完成哪些功能？//自动识别系统完成系统的采集和存储工作。应用系统软件对自动识别系统所采集的数据进行应用处理，而应用程序接口软件则提供自动识别系统和应用系统软件之间的通信接口，将自动识别系统采集的数据信息转换成应用软件系统可以识别和利用的信息，并进行数据传递。3.7简述RFID系统的组成。//RFID系统主要由数据采集和后台数据库网络应用系统两大部分组成。RFID系统具有两个基本的构成部分，即电子标签（含天线）和阅读器。3.8简述RFID技术的基本工作原理。//无线射频识别技术(RadioFrequencyIdenti-fication，RFID)是一种非接触的自动识别技术。射频识别系统一般由两个部分组成，即电子标签和阅读器。在RFID的实际应用中，电子标签附着在被识别的物体上，当带有电子标签的被识别物品通过其可识读范围时，阅读器自动以无接触的方式将电子标签中的约定识别信息取出来，从而实现自动识别物品或自动收集物品标志信息的功能。3.9RFID技术是如何分类方法？//（1）根据标签的供电形式：射频标签可分为有源（有源射频标签使用标签内电池的能量）的和无源（无源射频标签不含有电池）的两种。（2）根据标签的数据调制方式：被动式的射频系统（无源系统为被动式），主动式的射频系统（有源系统为主动式）。（3）根据标签的工作频率可以分：低频系统高频系统超高频系统（4）根据标签的可读写性：可读写卡(RW)一次写入多次读出卡(WORM)只读卡(RO)（5）根据标签中存储器数据存储能力：用于标识目的的标识标签与便携式数据文件3.10简述无线射频识别系统的运行环境。//无线射频识别技术的运行环境比较宽松，从应用软件系统的运行环境来看，可以在现有的任何系统上运行基于任何编程语言的任何应用软件。计算机平台系统包括Windows系列、Linux、UNIX以及DOS平台系统。3.11多路模拟输入通道的采集方式主要分为哪两大类型？简述其特点。//多路模拟输入通道可分为分散采集式和集中采集式两大类型。其中多路分散采集方式具体是采用分时进行数据采集，分时输入的结构形式。多路集中采集方式具体是采用同时进行数据采集，分时输入的结构形式。3.12什么是模拟信号调理电路//信号调理的任务实现物理信号向电信号的转换、小信号放大、滤波外，还有诸如零点校正、线性化处理、温度补偿、误差修正和量程切换等，这些操作统称为信号调理（SignalConditioning），相应的执行电路统称为信号调理电路。3.13A/D转换器有哪几种类型？简述其各自的特点。//按分辨率：8位、10位、12位、14位、16位、24位、3位半、4位半等;按工作原理：逐次比较型、并行型、Σ－Δ型、双积分型按转换速度：慢速、中速、高速、超高速;按输出接口：并行接口、