嵌入式系统

1. 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

2. 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

3. 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

4. 单片机原理及接口技术 • 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

5. 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

6. 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

7. 2.1 家用电器上的应用 1. 智能冰箱 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．智能饭煲 3．智能食品配料机

8. 2.2 智能仪器仪表上的应用 交直流电压电流表 数字式测角仪 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）。

9. 2.3 工业控制上的应用 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。 数控线切割机床 数控车床

10. 2.4 计算机网络和通信领域上的应用 • 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。 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。

11. 2.5 医用设备上的应用 • 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 医用呼吸机 电池分析仪

12. 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

13. 3.1 单片机的发展历史 • 初级阶段（1974~1976）两片集成芯片（集成工艺限制） • 低性能阶段（1976~1978）INTEL MCS-48 • 高性能阶段（1978~1982）MCS-51 • 更高性能阶段（1983~ 多种机型并行发展

14. 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。

15. 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

16. 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？

17. 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。

18. 5.2 从哪种单片机学起？ MCS-51 、PIC、AVR • 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。

19. 5.3 买什么样的书籍？ • 前面看得懂，后面看不懂的书籍。 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。

20. 5.4 学习条件和学习环境 • 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。

21. 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。

22. 5.5 ISP-4单片机实验开发板 数码管显示 红外遥控 继电控制 下载接口 串行模块 单片机 芯片 彩灯显示 电源模块 开关输入 音乐输出

23. 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。

24. KEIL uVISION2软件环境

25. 单片机c语言基本步骤 • 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

26. 51单片机c语言举例

27. 调试运行程序

28. 项目选项窗口

29. 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

30. 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

31. 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

32. 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。

33. 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。

34. 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4～5V即可。 • 电源范围：89S5*电源范围宽达4～5.5V，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。

35. 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

36. 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。

37. 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。

38. 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。

39. 8、 附录初学单片机几个不易掌握的概念

40. 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。

41. 8.2 数据、地址、指令 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）

42. 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

43. 8.4 程序的执行过程 • 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。

44. 8.5 仿真、仿真机 • 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需要仿真器 （片内flash的使用）

45. 教材及参考教材： 1．教材：李朝青编. 1999. 单片机原理与接口技术. 北京航空航天大学出版社 2．参考资料： • 吴黎明主编. 2005. 单片机原理及应用技术. 科学出版社 • 胡汉才编著.1996.单片机原理及其接口技术.清华大学出版社 • 徐安 陈耀 李玲玲编著. 2003.单片机原理与应用. 北京希望电子出版社 • 张振荣 晋明武 王毅平编著. 2000. MCS-51单片机原理及实用技术. 人民邮电出版社 • 何立民编.MCS-51单片机应用系统设计 • 张毅刚等编.MCS-51单片机应用系统设计