嵌入式系统最小系统硬件设计
控制系统-嵌入式系统的组成
控制系统-嵌入式系统的组成嵌入式系统最核心的层次是中央处理单元部分，它包含运算器和控制器模块，在cpu 的基础上进一步配上存储器模块、电源模块、复位模块等就构成了通常所说的最小系统。
由于技术的进步，集成电路生产商通常会把许多外设做进同一个集成电路中，这样在使用上更加方便，这样一个芯片通常称之为微控制器。
在微控制器的基础上进一步扩展电源传感与检测、执行器模块以及配套软件并构成一个具有特定功能的完整单元，就称之为一个嵌入式系统或嵌入式应用。
硬件结构尽管各种具体的嵌入式系统的功能、外观界面、操作等各不相同，甚至千差万别，但是基本的硬件结构却是大同小异的，而且和通用计算机的硬件系统有着高度的相似性。
嵌入式系统的硬件部分看起来与通用计算机系统的没有什么区别，也由处理器、存储器、外部设备、I/O接口、图形控制器等部分组成。
但是嵌入式系统应用上的特点致使嵌入式系统在软硬件的组成和实现形式上与通用计算机系统有较大区别。
为满足嵌入式系统在速度、体积和功耗上的要求，操作系统、应用软件、特殊数据等需要长期保存的数据，通常不使用磁盘这类具有大容量且速度较慢的存储介质，而大多使用EPROM、E2PROM或闪存(FlashMemory)。
在嵌入式系统中，A/D或D/A模块主要用于测控方面，这在通用计算机中用得很少。
根据实际应用和规模的不同，有些嵌入式系统要采用外部总线。
随着嵌入式系统应用领域的迅速扩张，嵌入式系统越来越趋于个性化，根据自身特点采用总线的种类也越来越多。
另外，为了对嵌入式处理器内部电路进行测试，处理器芯片普遍采用了边界扫描测试技术(JTAG)。
软件体系嵌入式系统的软件体系是面向嵌入式系统特定的硬件体系和用户要求而设计的，是嵌入式系统的重要组成部分，是实现嵌入式系统功能的关键。
嵌入式系统软件体系和通用计算机软件体系类似，分成驱动层、操作系统层、中间件层和应用层等四层，各有其特点。
驱动层驱动层是直接与硬件打交道的一层，它为操作系统和应用提供硬件驱动或底层核心支持。
嵌入式系统开发
嵌入式系统开发嵌入式系统是指内嵌在其他设备或系统中，实现特定功能的计算机系统。
它通常集成了硬件和软件，通过专门的开发平台进行开发和编程。
嵌入式系统广泛应用于各个领域，如汽车、家电、医疗设备、通信设备等。
本文将围绕嵌入式系统开发展开，介绍嵌入式系统的基本原理、开发流程以及相关技术。
一、嵌入式系统的基本原理嵌入式系统的基本原理是将处理器、存储器、输入输出设备等硬件组件集成在一起，通过操作系统和应用程序实现特定的功能需求。
常见的嵌入式系统采用单片机或微处理器作为核心处理器，具有较小的体积和功耗。
嵌入式系统的设计需要考虑硬件平台的选择、外设的接口设计、系统调度和任务管理等方面。
同时，软件开发也是嵌入式系统的重要组成部分，包括操作系统的移植、设备驱动程序的编写以及应用程序的开发。
二、嵌入式系统开发流程嵌入式系统的开发流程包括需求分析、硬件设计、软件开发、集成测试和发布等环节。
下面将逐一介绍各个环节的内容。
1. 需求分析在嵌入式系统开发之前，需要明确系统的功能需求和性能要求。
通过与用户沟通和需求分析，确定硬件平台、输入输出设备和外部接口等方面的需求。
2. 硬件设计硬件设计是指基于嵌入式系统的功能需求，选择合适的处理器、存储器、外设等硬件组件，并进行相应的电路设计和PCB布局。
硬件设计需要考虑系统的稳定性、扩展性和功耗等因素。
3. 软件开发软件开发是嵌入式系统开发的关键环节。
首先，根据硬件平台的选择，进行操作系统的移植和配置。
然后，编写设备驱动程序，实现对外设的控制和数据交换。
最后，根据系统需求，开发应用程序，实现特定功能。
4. 集成测试集成测试是将硬件和软件进行整合，测试系统的功能和性能是否满足需求。
通过功能测试、性能测试和稳定性测试，发现并修复系统中的缺陷和问题。
5. 发布在集成测试通过后，将嵌入式系统制作成最终产品，进行出厂测试和质量控制。
然后，将产品发布给客户或上线市场。
三、嵌入式系统开发的相关技术嵌入式系统开发涉及到多个技术领域，下面将介绍几个重要的技术。
《嵌入式电子系统设计》课程实验指导书实验1：最小系统实验,(2014.7.11)
实验一最小系统实验一、实验目的熟悉最小系统的硬件构成，掌握复位电路、晶振电路、电源电路（尤其是滤波电容的应用），编写一个例程，并在最小系统上运行；了解嵌入式开发的基本思想和过程。
掌握最小系统的构成，在将来的项目运用中能根据不同的场合选择相应的复位电路。
二、实验原理本实验通过一个简短的 Boot 引导程序介绍 ARM 开发平台的启动过程，同时该引导程序也可其他章节程序引导的示例程序。
本程序主要为了让读者能够清晰理解启动程序的基本架构组成部分以及掌握ARM 引导程序的编写方法。
三、主要实验设备1．硬件：宿主机、ARM教学试验箱；2．软件：Windows操作系统、ADS1.2集成开发环境。
四、实验内容构建最小系统，用示波器观察一下晶振电路的波形，测一下晶振正常工作时的电压。
编写一个例程，编译并运行。
设置ARM仿真器的开发环境。
程序架构如下：1．程序头IMPORT MDCNFG ;声明 MDCNFG（读写寄存器）物理地址0x48000000IMPORT MDREFR ;声明 MDREFR（刷新寄存器）0x48000004IMPORT MDMRS ;声明 MDMRS（模式/设置寄存器 0x48000040IMPORT init_MDCNFG ; 声明 init_MDCNFG 0x02000ac9IMPORT init_MDREFR ; 声明 init_MDREFR 0x0011e018IMPORT init_MDMRS ; 声明 init_MDMRS 0x320032IMPORT StackSvc ; 声明 StackSvc 0xa0600000IMPORT StackIrq ; 声明 StackIrq 0xa0605000IMPORT StackFiq ; 声明 StackFiq 0xa060a000IMPORT StackAbt ; 声明 StackAbt 0xa060e000IMPORT StackUnd ; 声明 StackUnd 0xa0714000IMPORT StackUsr ; 声明 StackUsr 0xa0720000IMPORT mainIMPORT宏通知编译器本源码文件需要引用在其他文件中定义的变量或函数。
S3C2410及最小系统设计
AHB AHB主要用于高性能模块(如CPU、DMA等)之间的连接。
APB APB主要用于低带宽的周边外设之间的连接，例如UART等
POWER MANAGEMENT NORMAL mode, SLOW mode, IDLE mode, and Power-OFF mode.
18
19
各部件简介
——复位
时钟系统
调试测试接口
供电系统 (电源)
s3c2410
复位及其 配置系统
存储器系统
所有微控制器均有一个复位逻辑，它负责将微控制器初 始化为某个确定的状态。这个复位逻辑需要一个复位信 号才能工作。这个信号的稳定性和可靠性对微控制器的 正常工作有重大影响。
11
最小系统
简介 ——最小系统框图 时钟系统
调试测试接口
供电系统 (电源)
s3c2410 存储器系统
复位及其 配置系统
12
各部件简介
——电源
时钟系统
调试测试接口
供电系统
(电源)
时钟系统
s3c2410
存储器系统
复位及其
配置系统
调试测试接口
供电系统
s3c2410
复位及其
(电源)
配置系统
电源系统为整个系统提供能量，是整个系统工作的
—除 bank0 (16/32-bit) 外，所有的Bank都可以通过编程选 择总线宽度= (8/16/32-bit)
— 最后两个Bank大小可编程,且保持容量相等
— 7个Bank固定起始地址； 最后一个Bank可调整起始地址 ；
嵌入式最小系统与S3C2410开发板(完全)
• ARM 微处理器目前包括下面几个系列，以及其它厂商基 于 ARM 体系结构的处理器，除了具有 ARM 体系结构的 共同特点以外，每一个系列的 ARM 微处理器都有各自的 特点和应用领域。
– – – – – – – ARM7 系列 ARM9 系列 ARM9E 系列 ARM10E 系列 SecurCore 系列 Inter 的 Xscale Inter 的 StrongARM
– 1．工业控制领域：
• 作为32位的 RISC架构，基于ARM 核的微控制器芯片不但占据了高 端微控制器市场的大部分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应用 领域扩展，ARM 微控制器的低功耗、高性价比，向传统的 8 位/16 位微控制器提出了挑战。
– 2．无线通讯领域：
• 目前已有超过 85%的无线通讯设备采用了 ARM 技术， ARM 以其高 性能和低成本，在该领域的地位日益巩固。
– 4．片内外围电路的选择
• 除 ARM 微处理器核以外，几乎所有的 ARM 芯片均根据各自 不同的应用领域，扩展了相关功能模块，并集成在芯片之中， 我们称之为片内外围电路，如 USB 接口、IIS 接口、LCD 控 制器、键盘接口、RTC、ADC 和 DAC、DSP 协处理器等， 设计者应分析系统的需求，尽可能采用片内外围电路完成所需 的功能，这样既可简化系统的设计，同时提高系统的可靠性。
2.1 ARM 微处理器概述
– 2．系统的工作频率
• 系统的工作频率在很大程度上决定了 ARM 微处理 器的处理能力。ARM7 系列微处理器的典型处理速 度为 0.9MIPS/MHz，ARM9系列微处理器的典型处 理速度为 1.1MIPS/MHz，常见的 ARM9 的系统主 时钟频率为 100MHz-233MHz，ARM10 最高可以 达到 700MHz。不同芯片对时钟的处理不同，有的 芯片只需要一个主时钟频率，有的芯片内部时钟控 制器可以分别为 ARM 核和 USB、UART、DSP、 音频等功能部件提供不同频率的时钟。 • 本书所讨论的 S3C2410 时钟频率为 200MHz 以上， 若更换成 S3C2440 时钟频率最高可达到 500MHz。
嵌入式最小系统设计PPT课件
81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96
VD1/GPD1 97
VD0/GPD0 98
RXD0/GPE2 99
TXD0/GPE1 100
DATA31/nCTS0/GPC15 101
DATA30/nCTS0/GPC14 102
DATA29/RxD1/GPC13 103 DATA28/TxD1/GPC12 104
7个起始地址固定及大小可编程的地址空间。
1个起始地址及大小可变的地址空间。
所有存储器空间的访问周期都可通过编程配置。
提供外部扩展总线的等待周期。
在低功耗模式下支持DRAM/SDARM自动刷新。
支 持 地 址 对 称 或 非 地第址18页对/共称102的页 D R A M 。
3. cache和片内SRAM 4路相连统一的8KB指令/数据cache。 未作为cache使用的0/4/8KB cache存储空间可作为片内SRAM使用。 cache伪LRU（最近最少使用）的替换算法。 通过在主内存和缓冲区内容之间保持一致的方式写内存。 具有4级深度的写缓冲。 当缓冲区出错时，请求数据填充。
• SDRAM存储器作为系统运行时的主要区域，系
第3页/共102页
• JTAG接口可对芯片内部的所有部件进行访问，通 过该接口可对系统进行调试、编程等。
嵌入式系统硬件体系结构设计
嵌入式系统硬件体系结构设计一、嵌入式计算机系统体系结构体系主要组成包括：硬件层中涵盖嵌入式微处理器、存储器（sdram、rom、flash等）、通用设备USB和i/oUSB（a/d、d/a、i/o等）。
在一片嵌入式处理器基础上添加电源电路、时钟电路和存储器电路，就构成了一个嵌入式核心控制模块。
其中操作系统和应用程序都可以固化在rom中。
硬件层与软件层之间为中间层，也称作硬件抽象化层（hardwareabstractlayer，hal）或板级积极支持纸盒（boardsupportpackage，bsp），它将系统上层软件与底层硬件拆分开去，并使系统的底层驱动程序与硬件毫无关系，上层软件开发人员无须关心底层硬件的具体情况，根据bsp层提供更多的USB即可展开研发。
该层通常涵盖有关底层硬件的初始化、数据的输出/输入操作方式和硬件设备的布局功能。
3.系统软件层系统软件层由实时多任务操作系统（real-timeoperationsystem，rtos）、文件系统、图形用户USB（graphicuserinterface，gui）、网络系统及通用型组件模块共同组成。
rtos就是嵌入式应用软件的基础和研发平台。
功能层主要由实现某种或某几项任务而被开发运行于操作系统上的程序组成。
一个嵌入式系统装置通常都由嵌入式计算机系统和继续执行装置共同组成，而嵌入式计算机系统就是整个嵌入式系统的核心，由硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层共同组成。
继续执行装置也称作被控对象，它可以拒绝接受嵌入式计算机系统收到的掌控命令，继续执行所规定的操作方式或任务。
本网关硬件环境以单片机s3c2440芯片和dm9000以太网控制芯片为主，实现rj45接口和rs232接口的数据传输。
内容包括硬件环境的初始化，数据的收发控制，封包解包设计，操作系统的移植等。
硬件框图就是直观的将每个功能模块列举，也就是一个基本的模块女团，可以简约的每个模块的功能彰显出。
soc最小系统原理
soc最小系统原理
SOC最小系统是一种集成电路系统，它包含了实现特定功能的所有硬件和软件组件，并在单一芯片上集成。
它的工作原理可以从硬件和软件两个方面来解释。
在硬件方面，SOC最小系统通过将各种硬件组件集成在单一芯片上，实现了高度的集成化。
这些硬件组件可能包括微处理器、存储器、输入输出接口、信号处理电路等。
这些组件之间的连接是通过芯片内部的电路实现的，使得它们之间的通信和数据传输速度极快，从而提高了系统的整体性能。
在软件方面，SOC最小系统通常采用嵌入式软件来控制和管理硬件组件的工作。
这些软件通常被预先加载到存储器中，并在系统启动时或根据需要自动加载和运行。
通过嵌入式软件的编程和控制，SOC最小系统可以实现各种复杂的功能，例如数据处理、信号处理、人机交互等。
总的来说，SOC最小系统的原理是通过高度集成化的硬件和嵌入式软件的有机结合，实现了系统的智能化和自动化。
这种技术具有很多优点，例如低功耗、高性能、小型化、可靠性高等，因此在许多领域都有广泛的应用前景。
嵌入式系统设计与开发
嵌入式系统设计与开发1. 引言嵌入式系统是最近几十年来较为重要的技术之一，具有广泛的应用领域。
嵌入式系统一般是指在计算机系统或其他电子设备中嵌入了专门的软件与硬件，以完成特定的任务。
它广泛应用于家用电器、汽车、医疗设备、通信设备、工业控制、航空航天等领域。
本文将从嵌入式系统的设计与开发角度来讨论该技术的基本实现原理、软件开发流程、硬件设计原则以及一些应用场景。
2. 基本实现原理嵌入式系统的设计思路与传统计算机系统不同，它通常需要一个微小的芯片来扮演整个系统的角色。
因此，嵌入式系统的设计架构非常紧凑，尽量减少硬件和软件的耗用，以实现更快的运行速度与更低的功耗。
嵌入式系统的设计与开发分为两个主要方面：软件开发和硬件设计。
3. 软件开发流程嵌入式系统的软件开发一般有以下五个步骤：1. 系统需求分析在开发嵌入式系统之前，需要对系统进行需求分析。
这可以帮助设计团队确定需要实现哪些功能，并定义硬件和软件的最小要求。
2. 软件设计在嵌入式系统的软件设计过程中，需要使用编程语言来实现所需的功能。
常用的编程语言有C、C++、Assembly等。
由于嵌入式系统通常只有很小的空间来存储程序，因此在设计时需要注意代码的体积和效率。
3. 软件开发在软件开发过程中，需要实现软件设计的方法和要求。
在这里，开发人员需要验证软件的正确性，并进行相关的测试，以确保程序的正确执行。
4. 系统集成在硬件和软件开发完成后，需要将系统硬件和软件进行集成。
在集成过程中，需要对系统进行调试和测试，以确保所有组件能够正常工作，并实现预期的任务。
5. 运行维护系统开发完成后，需要对其进行维护和管理。
在运行过程中需要进行相关检查和保养，以确保系统能够正常运行。
4. 硬件设计原则嵌入式系统的硬件设计需求取决于具体应用场景。
通常，硬件设计需要满足以下几个方面的要求：1. 可靠性和安全性嵌入式系统在很多关键应用中发挥着重要作用，因此，系统的可靠性和安全性至关重要。
嵌入式系统的软硬件设计
图2系统硬件框图
2.2
首先分析系统的功能需求，我们设计题目是基于嵌入式web服务器的远程控制系统，那么此系统需要完成以下几个功能：
1)WEB服务器的搭建
经过查阅资料我们选择BOA服务器作为本系统的WEB服务器，BOA服务器是一个小巧高效的web服务器，是一个运行于unix或linux下的，支持CGI的、适合于嵌入式系统的单任务的http服务器，源代码开放、性能高。具体的搭建流程参考网络资料。
exit(1);
}
ioctl(fd, PWM_IOCTL_SET_TCNTB, 3000);
ioctl(fd, PWM_IOCTL_SET_TCMPT, 0);
ioctl(fd, PWM_IOCTL_START);
通过读取设备文件然后通过ioctl来控制PWM的输出及启动。
4
DS18B20是常用的温度传感器，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。硬件连接图如下图所示（本系统DS18B20接在GPB1上）。其操作主要通过1-wire协议完成，根据数据手册提供的操作时序及命令定义即可实现温度的获取。由于DS18B20的驱动也是采用字符设备驱动所以在设计时很多东西都是和PWM设备驱动是相同的，下面主要介绍两者不同的地方。虽然在linux驱动说明提供有关的1-wire但一直没有找到相关使用资料，所以整个DS18B20的驱动只能采用IO的控制来实现读取数据。
pwm_ioctl
static long pwm_ioctl(struct file *file, unsigned intcmd, unsigned long arg)
{
switch(cmd)
{
case PWM_IOCTL_START:
嵌入式系统设计与实现
嵌入式系统设计与实现近年来，随着物联网和智能设备行业的迅速发展，嵌入式系统设计与实现成为了一个备受关注的热点话题。
嵌入式系统是一种特殊的计算机系统，通常被嵌入到其他设备中，用于控制设备的各种功能。
在这样一个信息时代，嵌入式系统已经无处不在，并且在各行各业中扮演着重要的角色。
一、嵌入式系统的定义和特点嵌入式系统是指一种专门为特定应用设计的计算机系统，通常包括处理器、内存、输入输出设备以及操作系统和应用程序。
嵌入式系统的特点是体积小、功耗低、成本低，并且具有高度可靠性和实时性。
因此，嵌入式系统通常被用于控制、监测、数据采集等实时应用场景。
二、嵌入式系统的设计流程嵌入式系统的设计流程通常包括需求分析、系统设计、硬件设计、软件设计、验证测试等几个关键阶段。
在需求分析阶段，工程师需要明确系统的功能需求和性能指标；在系统设计阶段，需要确定系统的整体结构和模块划分；在硬件设计阶段，需要选择合适的处理器、存储器、传感器等硬件部件；在软件设计阶段，需要编写系统的应用程序和驱动程序；最后，在验证测试阶段，需要对系统进行功能验证和性能测试，确保系统的稳定性和可靠性。
三、嵌入式系统的实现技术嵌入式系统的实现技术包括硬件设计技术和软件设计技术两个方面。
在硬件设计技术方面，需要掌握电子电路设计、PCB设计、嵌入式处理器选型等知识；在软件设计技术方面，需要掌握C/C++编程、嵌入式操作系统、实时系统编程等知识。
此外，还需要了解信号处理、通信技术、嵌入式网络等相关技术，才能够设计和实现复杂的嵌入式系统。
四、嵌入式系统的应用领域嵌入式系统已经广泛应用于各个行业领域，如消费电子、汽车电子、智能家居、医疗器械等。
在消费电子领域，嵌入式系统被广泛应用于智能手机、智能手表、智能音箱等产品中，为用户提供更加智能和便捷的生活体验；在汽车电子领域，嵌入式系统被应用于汽车的发动机管理、车身控制、信息娱乐系统等方面，提高了驾驶安全性和舒适性；在智能家居领域，嵌入式系统被应用于智能灯光、智能门锁、智能家电等产品中，实现了家居自动化的目标。
嵌入式教学PPT-第3章 最小系统
• 各部件简介 ——调试与测试接口
• 各部件简介 ——复位电路
• 各部件简介 ——串口电路一
• 各部件简介 ——串口电路二
• 各部件简介 ——按键电路
• 各部件简介 ——指示灯电路
• 各部件简介 ——指示灯电路
• 各部件简介 ——AD采集电路
• 各部件简介 ——液晶显示电路
• 各部件简介 ——芯片电路
（如减少功耗、需要严格同步等情况）需要使用外部振
荡源提供时钟信号。
• 各部件简介 ——时钟
• 各部件简介 ——存储器系统
时钟系统
调试测试接口
供电系统 (电源)
嵌入式控制器 存储器系统
复位及其 配置系统
对于大部分微控制器来说，存储器系统不是必需的， 但如果微控制器没有片内程序存储器或数据存储器时， 就必须设计存储器系统，这一般通过微控制器的外部总 线接口实现。
VDD3.3 37
27
C15
46
104
LPC2210存储器系统
• 各部件简介 ——调试与测试接口
时钟系统
调试测试接口
供电系统 (电源)
嵌入式控制器 存储器系统
复位及其 配置系统
调试与测试接口不是系统运行必须的，但现代系统 越来越强调可测性，调试、测试接口的设计也要重视了。 LPC1700有一个内置JTAG调试接口，通过这个接口可以 控制芯片的运行并获取内部信息。
模拟电源：电路简单，输出电压纹波较小，并且干扰较开关 电源小得多。
• 各部件简介 ——电源
• 各部件简介 ——时钟
时钟系统
调试测试接口
供电系统 (电源)
嵌入式控制器 存储器系统
复位及其 配置系统
目前所有的微控制器均为时序电路，需要一个时钟 信号才能工作，大多数微控制器具有晶体振荡器。简单 的方法是利用微控制器内部的晶体振荡器，但有些场合 （如减少功耗、需要严格同步等情况）需要使用外部振 荡源提供时钟信号。
STM32最小系统原理图
STM32最小系统原理图STM32是一款高性能、高可靠性的32位单片机系列产品，采用Cortex-M内核。
它可以用来设计各种嵌入式系统，包括家电、医疗设备、汽车电子和工业自动化等领域。
在进行STM32的设计时，我们需要先画出最小系统原理图，该原理图包含了STM32所需的电源和外围器件。
首先，我们需要为STM32提供合适的电源。
通常情况下，我们可以使用LM1117-3.3三端稳压器作为主芯片的电源。
其输入电压可以在6V至12V之间，输出电流为800mA，输出电压为3.3V。
此外，还需要添加适当的电容来提供电源稳定性。
接下来，我们需要为STM32添加晶振电路。
晶振电路主要包括一个晶振和两个电容。
在选择晶振时，我们需要确定频率和精度。
常见的选择包括8MHz和16MHz的晶振。
晶振电路的作用是为STM32提供系统时钟信号。
复位电路是STM32系统中非常重要的部分，它用于在系统启动时将芯片复位到初始状态。
复位电路主要由一个复位按钮、一个电阻和一个电容组成。
在启动或出现故障时，按下复位按钮将使STM32芯片重新启动。
调试电路主要用于在开发和调试过程中进行调试操作。
它包括JTAG或SWD接口、调试器、与调试器连接的引脚等。
通过调试电路，开发人员可以通过调试器进行单步调试、变量查看和性能分析等操作。
最后，我们需要为STM32添加一些扩展接口电路，如LED指示灯、按键开关、LCD模块、以太网接口、USB接口、UART接口等。
这些扩展接口可以根据实际应用需求来选择和设计。
51单片机最小系统原理图
51单片机最小系统原理图51单片机是一种常用的微控制器，它具有体积小、功耗低、性能稳定等特点，因此在嵌入式系统中得到了广泛的应用。
而要搭建一个完整的嵌入式系统，首先需要设计并搭建一个最小系统，本文将介绍51单片机最小系统的原理图设计。
首先，我们需要明确51单片机最小系统的组成部分。
一个完整的最小系统包括51单片机、晶振、复位电路、电源电路、下载电路等几个基本部分。
其中，晶振是单片机工作的时钟信号源，复位电路用于单片机的复位控制，电源电路提供单片机所需的电源，下载电路用于单片机的程序下载。
其次，我们需要根据这几个基本部分设计出相应的原理图。
首先是晶振电路，一般使用的是12MHz的晶振，其原理图是将晶振的两端分别连接到单片机的晶振输入引脚和晶振输出引脚。
接下来是复位电路，复位电路一般由一个电阻和一个电容组成，其原理是通过电容的充放电来实现单片机的复位控制。
然后是电源电路，电源电路一般包括稳压电路和滤波电路，其原理是通过稳压电路将输入的电压稳定在单片机所需的工作电压范围内，并通过滤波电路去除电源中的杂波。
最后是下载电路，下载电路一般由一个串口电平转换芯片和一个串口接口组成，其原理是通过串口电平转换芯片将电脑串口的TTL电平转换成单片机所需的电平，并通过串口接口与单片机相连接。
最后，我们需要将这几个部分的原理图进行整合，设计出完整的51单片机最小系统原理图。
在设计原理图时，需要注意各个部分之间的连接关系，以及引脚的连接方式。
同时，还需要考虑到原理图的布局和美观性，尽量使得原理图清晰易懂，方便后续的调试和维护工作。
总的来说，设计51单片机最小系统原理图是搭建一个完整嵌入式系统的第一步，它直接关系到后续系统的稳定性和可靠性。
因此，在设计原理图时需要认真对待，确保各个部分的连接正确，电路设计合理，从而为后续的系统开发奠定良好的基础。
希望本文的介绍能够对大家有所帮助，谢谢阅读。
嵌入式系统原理及应用—基于STM32和RT-Thread 第2章 STM32软硬件基础
本章总结
课后作业
2.2.2 最小系统示例
5. 启动
具有BOOT0和BOOT1引脚的MCU启动模式配置
启动模式选择引脚
BOOT1
BOOT0
启动模式
说明
X
0
从Flash启动
Flash被选为启动区域
0
1
从系统存储器启动 系统存储器被选为启动区域
1
1
从SRAM启动
SRAM被选为启动区域
22
嵌入式系统基本 概念
1 0 1 1 0 1 0
Flash 空
0 X 1 X X X X
启动模式
从Flash启动 从Flash启动 从系统存储器启动 从系统存储器启动 从系统存储器启动
从SRAM 从SRAM
23
本节小结
嵌入式系统基本 概念
最小系统搭建
开发环境搭建
本章总结
课后作业
1. 掌握STM32最小系统概念； 2. 熟练设计STM32最小系统。
24
2.3 开发环境搭建
裸机开发环境 RT-Thread开发环境 本节小结
STM32概述 最小系统设计 开发环境搭建
本章总结 课后作业
2.3.1 裸机开发环境
1. 软件下载 2. 软件安装
3. 软件测试
报错——安装程序所在路径包含 中文
26
STM32概述 最小系统设计 开发环境搭建
本章总结 课后作业
最小系统搭建
开发环境搭建
本章总结
课后作业
2.2.2 最小系统示例
5. 启动
具有BOOT0，无BOOT1引脚的MCU启动模式配置
BOOT0
0 X 0 1 X 1 X
第4章-嵌入式最小系统(三版)
4.3 供电模块设计
供电模块设计是整个系统 工作的基础，极其重要。 电源模块好，系统故障 往往减少一大半。
STM32F10x电源部分框图
供电模块设计应考虑的因素
(1)输出的电压、电流(按硬件系统需要的最大功率) (2)输入的电压、电流(直流/交流，输入电压和电流) (3)安全因素(是否需要本安型电源) (4)电磁兼容 (5)体积限制 (6)功耗限制 (7)成本限制
供电
调试
模块
接口
嵌入式处理器
复位
时钟
模块
内部存储器
模块
存储模块
外部存储器 器
4.2嵌入式处理器选型
嵌入式处理器芯片品种繁多，各有特色，其选型应该遵 循以下总体原则：性价比越高越好。 (1)性能：应该选择完全能够满足功能和性能要求且略 有余量的嵌入式处理器，够用就行。 (2)价格：在满足需求的前题下选择价格便宜的。
19 20
SWD调试接口设计
SWD(Serial wire Debug)调试接口，即串行线调试接口。
VCC
R1 R2 R3
10K 10K 10K
嵌入式处理器
ICEDAT ICECLK nRST SW调试接口 GND
VCC
SWD-10
VREF ICEDAT ICECLK nRST GND
1 3 5 7 9
对于需要隔离的电源可使用DC－DC隔离模块，主要有 1W和2W两种主要隔离模块，典型代表包括B0305、 B0505、B0509、B0512、B0524、B1205、B1212、 B1224、B2405、B2412以及B2424等。隔离电压通常高 于2000V，这些隔离型DC-DC模块在抗干扰要求高的 场合非常有用，缺点是代价高。图4.6为5V变换为24V 的隔离DC-DC模块引脚示意图，输入5V，通过隔离变 换为24V输出。可以只设计一路电源，需要多路时可 用隔离型DC-DC模拟变换成不同电压等级的电源。
基于ARM芯片的小型嵌入式系统设计与程序开发
基于ARM芯片的小型嵌入式系统设计与程序开发随着技术的飞速发展，越来越多的小型嵌入式设备出现在我们的生活中，如智能手表、智能家居、智能车等，这些设备都需要嵌入式系统的支持。
而基于ARM芯片的小型嵌入式系统，具有低功耗、高性能、易于开发和广泛应用等优点，成为了当前最为流行和常用的嵌入式系统之一。
基于ARM芯片的小型嵌入式系统设计需要考虑以下几个方面：首先，要根据嵌入式设备的不同使用场景，确定合适的芯片型号和外围器件，以保证系统的稳定性和性能。
ARM芯片的种类很多，如Cortex-M3、Cortex-M4、Cortex-A53等，不同芯片具有不同的处理能力和功耗。
因此，在选择芯片型号时，需要考虑到嵌入式设备的具体应用场景，如是否需要高性能处理、是否需要低功耗等。
其次，需要根据系统的需求（如需要哪些功能，需要支持哪些接口等），进行硬件电路设计，确定适当的外围器件。
硬件电路设计包括各种传感器、存储器、通讯接口等，其中，存储器和通讯接口是非常重要的一部分。
存储器主要用于存储程序代码和数据，而通讯接口则用于与外部设备进行通讯。
因此，在进行硬件电路设计时，需要考虑到存储器容量大小和通讯接口的类型和数量等。
最后，进行开发板的设计和制作，在开发板上安装合适的软件操作系统，如uC/OS、FreeRTOS等，并进行程序开发。
程序开发主要包括开发设备驱动程序、编写应用程序和测试程序等。
在ARM芯片上开发程序，可以使用Keil等集成开发环境（IDE）进行程序开发和调试，也可以使用GNU工具链进行程序开发。
总之，基于ARM芯片的小型嵌入式系统设计需要进行硬件电路设计、开发板设计和软件程序开发等多个方面的工作。
虽然工作量比较大，但随着市场需求的不断增加，基于ARM芯片的小型嵌入式系统已成为未来的趋势。
嵌入式系统的知识体系
1 嵌入式系统的知识体系嵌入式系统的应用范围可以粗略分为两大类：电子系统的智能化（工业控制、现代农业、家用电器、汽车电子、测控系统、数据采集等），计算机应用的延伸（MP3、手机、通信、网络、计算机外围设备等）。
从这些应用可以看出，要完成一个以MCU为核心的嵌入式系统应用产品设计，需要硬件、软件及行业领域相关知识。
硬件主要有MCU的硬件最小系统、输入/输出外围电路、人机接口设计。
软件设计有固化软件的设计，也可能含PC机软件的设计。
行业知识需要通过协作、交流与总结获得。
概括地说，学习以MCU为核心的嵌入式系统，需要以下软硬件基础知识与实践训练：①硬件最小系统（电源、晶振、复位、写入调试接口）；②通用I/O（开关量输入/输出，涉及各种二值量检测与控制）；③模/数转换（各种传感器信号的采集与处理，如红外、温度、光敏、超声波、方向等）；④数/模转换（对模拟量设备利用数字进行控制）；⑤通信（串行通信接口SCI、串行外设接口SPI、集成电路互联总线I2C、CAN、USB、嵌入式以太网、ZigBee技术等）；⑥显示（LED、LCD等）；⑦控制（控制各种设备，包括PWM等控制技术）；⑧数据处理（图形、图像、语音、视频等的处理或识别）；⑨各种具体应用。
万变不离其宗，任何应用都可以归入这几类。
而应用中的硬件设计、软件设计、测试等都必须遵循嵌入式软件工程的方法、原理与基本原则。
所以，嵌入式软件工程也是嵌入式系统知识体系的有机组成部分，只不过它融于具体项目的开发过程之中。
以上实践训练涉及硬件基础、软件基础及相关领域知识。
计算机语言、操作系统、开发环境等均是达到这些目的的工具。
有些初学者，容易把工具的使用与所要达到的真正目的相混淆。
例如，有的学习者学了很长时间的嵌入式操作系统移植，而不进行实际嵌入式系统产品的开发，到最后也做不好一个嵌入式系统小产品，偏离了学习目标，甚至放弃嵌入式系统领域。
这就是进入了嵌入式系统学习误区，下面对此作一些分析。
嵌入式系统设计(STM32)第2讲
文档和库规范
一、缩写 缩写 GPIO NVIC EXTI RCC SysTick TIM USART
外设/单元 通用输入/输出 嵌套中断向量列表控制器 外部中断事件控制器 复位与时钟控制器 系统嘀嗒定时器 通用定时器 通用同步异步接收发射端
备份区域复位。
2.2.3 时钟树
P83 图4-3
➢ 系统时钟（SYSCLK）的产生
来源有3个：HSI, PLLCLK, HSE
由SW（时钟配置寄存器RCC_BDCR的D0位和D1位）控制选择。
SW[1:0]= 00， HSI，内部
01， HSE，外部
10， PLLCLK，锁相环，倍频
锁相环输入来自HSI/2或者HSE, 由PLLSRC控制选择。
2.3 STM32时钟配置
在STM32中，有五个时钟源: HSI、HSE、LSI、LSE、PLL。 ①HSI是高速内部时钟，RC振荡器，频率为8MHz。 ②HSE是高速外部时钟，可接石英/陶瓷谐振器，或者接外部
时钟源，频率范围为4MHz~16MHz。 ③LSI是低速内部时钟，RC振荡器，频率为40kHz。 ④LSE是低速外部时钟，接频率为32.768kHz的石英晶体。 ⑤PLL为锁相环倍频输出，其时钟输入源可选择为HSI/2、
第2讲 STM32最小系统
下周一下午实验，带上笔记本电脑
熟悉软件开发环境 笔记本需要安装的软件有：
MDK4.70a STM32固件库V3.5 JLINK驱动 PL2303驱动（USB转串口驱动） mcuisp.exe（STM ISP下载器） 串口调试助手 固件库使用手册 STM32中文参考手册_V10
锁相环倍频系数由PLLMUL（ RCC_BDCR 的D21—D18位）控制。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
引言嵌入式系统是以应用为中心，软件硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。
本文主要研究了基于SEP3202（内嵌ARM7TDMI 处理器内核）的嵌入式最小系统，围绕其设计出相应的存储器、总线扩展槽、电源电路、复位电路、JTAG、UART等一系列电路模块。
嵌入式最小系统根据IEEE的定义，嵌入式系统是：控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置。
这主要是从应用上加以定义的，从中可以看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机械等附属装置。
不过上述定义并不能充分体现出嵌入式系统的精髓，目前国内一个普遍被认同的定义是：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。
嵌入式最小系统即是在尽可能减少上层应用的情况下，能够使系统运行的最小化模块配置。
以ARM内核嵌入式微处理器为中心，具有完全相配接的Flash电路、SDRAM电路、JTAG电路、电源电路、晶振电路、复位信号电路和系统总线扩展等，保证嵌入式微处理器正常运行的系统，可称为嵌入式最小系统。
对于一个典型的嵌入式最小系统，以ARM处理器为例，其构成模块及其各部分功能如图1所示，其中ARM微处理器、FLASH和SDRAM模块是嵌入式最小系统的核心部分。
•微处理器——采用了SEP3203；•电源模块——为SEP3203内核电路提供2.5V的工作电压，为部分外围芯片提供3.3V的工作电压；•时钟模块（晶振）——通常经ARM内部锁相环进行相应的倍频，以提供系统各模块运行所需的时钟频率输入。
32.768kHz给RTC和Reset模块，产生计数时钟，10MHz作为主时钟源；•Flash存储模块——存放嵌入式操作系统、用户应用程序或者其他在系统掉电后需要保存的用户数据等；•SDRAM模块——为系统运行提供动态存储空间，是系统代码运行的主要区域；•JTAG模块——对芯片内部所有部件进行访问，通过该接口对系统进行调试、编程等，实现对程序代码的下载和调试；•UART模块——用于系统与其他应用系统的短距离双向串行通信；•复位模块——实现对系统的复位；•系统总线扩展——引出地址总线、数据总线和必须的控制总线，便于用户根据自身的特定需求，扩展外围电路。
SEP3202简述SEP3203处理器内嵌由英国ARM 公司提供的ARM7TDMI 处理器内核，整个芯片可以运行在75MHz。
集成了支持黑白，灰度，彩色的LCD 控制器；多媒体加速模块，用于提供多媒体处理定点矢量乘加的计算能力；支持低成本的NAND Flash 控制器并可从其直接启动；支持多种外存类型：SRAM，NOR Flash，SDRAM；支持实时钟（RTC）；支持四通道的定时器和两通道的PWM；支持用于连接触摸屏通讯的SPI 协议；支持两个UART 控制器，其中一个支持红外传输；支持USB1.1 Device 控制器用于PC 与移动终端之间的高速信息传输；支持MMC/SD 卡控制器，用户可以扩展系统的存储能力和外设功能；支持兼容AC97 协议的控制器，用于音频文件的播放和录制。
SEP3203 处理器内嵌20KByte 零等待的静态存储器（SRAM），用于多媒体处理时的核心代码与数据的存放，用户也可以将操作系统的核心代码或LCD 帧缓存存放在该处理器中，用于提供更高的性能和更低的能量消耗；6 通道DMA 控制器，为用户提供了高速的数据传输通道。
为了支持低成本的系统方案，SEP3203 支持外部32 位/16 位数据总线，结合ARM 提供的Thumb 指令集，将大大降低系统成本和功耗，考虑到Nand Flash 的成本优势，SEP3203 处理器提供专用的Nand Flash 控制器，并支持系统直接从Nand Flash 启动。
SEP3203 处理器采用LQFP176 封装形式（针对用户需求，我们还可以提供BGA 封装的版本）。
最小系统硬件的选择和单元电路的设计•电源电路电源电路的好坏，直接影响应用系统的稳定性、可靠性、功耗、成本及电池寿命和可靠性。
电源系统的总体架构如图所示：当电池电量充足时，由电池供给整个系统用电，当电池电量不足时，由5V输入电源一方面对电池充电，另一方面供给真个系统。
主要包括以下几个部分：• 3.3V~5V的DC-DC转换器，给SEP3203及其他需要3.3V电源的外围电路供电。
• 2.5V~5V的DC-DC转换器，给SEP3203芯片内核电路供电。
上电顺序为3.3V－2.5V。
其中5V－2.5V转换电路前面连接RC延迟网络，可获得比3.3V较晚些的上电时间，时间设为约10ms。
电源电路中使用了大量的去耦电容，用于滤除交流成分，使输出的直流电源更平滑。
同时，每个芯片的电源引脚和地之间都连接了这样的去耦电容，以防止电源噪声影响元件正常工作。
•晶振电路晶振电路为微处理器及其他电路提供工作时钟，是系统必须的重要电路。
本系统用两个晶振电路分别为微处理器及其他电路提供工作时钟，32.768kHz给RTC（实时时钟电路）和Reset模块，产生计数时钟，10MHz作为主时钟源。
电路图如下。
其中CD4096是非门。
•复位及唤醒电路在应用系统中，复位电路主要完成系统的上电复位和系统在运行时用户的按键复位功能。
SEP3202中的Reset方案主要是产生整个系统工作需要的Reset信号，处理wakeup信号，对外接的不规则reset、wakeup信号进行规则化，避免误触发。
外围硬件复位电路如图所示：该复位电路的工作原理如下：在系统上电时，通过电阻R5向电容C5充电，当C5两端的电压未达到高电平的门限电压时，RESET端输出为低电平，系统处于复位状态；当C5两端的电压达到高电平的门限电压时，RESET端输出为高电平，系统进入正常工作。
当用户按下按钮K1时，C5两端的电荷被释放掉，RESET端输出为低电平，系统进入复位状态，再重复以上充电过程，系统进入正常工作状态。
其中具体参数为：复位响应点电压（+2.9 ～3.00V），复位时间（140 ～560ms），有效复位条件（1V），并且支持手动复位功能。
除此之外，我们还增加了一个watchdog电路，用于监视系统状态，防止系统锁死。
使能watchdog功能以后，需要软件周期性复位，以避免该模块产生中断或者复位。
设计该模块我们用到了芯片DS1232LPS。
DS1232LP/DS1232LPS是一款低功耗的Micro Monitor芯片，用于监视微处理器控制系统的三个关键条件：电源、软件运行和外部故障。
首先，DS1232LP/DS1232LPS精确的温度补偿电路用于监视Vcc 状态。
一旦检测到主电源失效，DS1232LP/DS1232LPS将产生一个掉电中断信号，强制将处理器重置为有效状态。
当Vcc 回到电压容差范围，重置信号至少保持250ms 的有效状态，以便恢复供电和保持处理器稳定。
当软件没有对watchdog进行服务时，会产生timeout事件，通过配置中断使能寄存器中的中断位和reset请求位可以产生中断和reset请求，如果需要屏蔽也可以通过配置这两位来获得（默认情况为屏蔽）。
其电路图如下：因为SEP3203芯片有四种工作模式，即slow、normal、idle、sleep。
为了帮助系统从idle模式或sleep模式中恢复过来，建立完善的、有效的唤醒机制是必须的，这将从硬件上保证系统不会瘫痪。
•存储器存储器是计算机硬件系统中用于存放程序和数据等二进制信息的部件，是计算机的记忆部件。
CPU根据地址访问存储单元，读出或写入数据。
从一个存储单元读出或写入数据的时间称为读写时间，两次读/写操作之间的间隔称为存取周期，这两项是衡量存储器存取速度的指标。
本次试验，我们所选取的FLASH以及SDRAM的芯片如下所示：型号描述W986416EH SDRAM 64MbitTE28F160NorFlash 16M bit•FLASH存储FLASH即为闪存，有许多种种类，从结构上分主要有and、nand、nor、dinor等，其中nand 和nor是目前主流的类型，在嵌入式系统中，一般用FLASH来存放需要永久保存的程序和数据，掉电后不会丢失。
而用SDRAM来存放系统运行时的数据，掉电后则消失。
综合各方面的性能，nand flash更优，它拥有较快的擦除和写入速度（大多数的写入操作需要先进行擦除操作）；在更低的成本上获得更大的容量；它的每个块最大擦写次数是100万次，远高于nor的10万次，拥有更长的使用寿命；并且nand的擦除单元（nor的擦出块单元为64~128KB，nand的擦除块单元为8~32KB）更小，相应的擦除电路更简单。
但是在nand flash中，位反转的问题更加严重，在使用nand闪存时必须同时使用EDC/ECC算法来确保其可靠性，并且nand器件中的坏块是随机分布的，如果通过可靠的方法不能进行坏块扫描，则将导致较高的故障率。
与此同时，nor闪存的连接方式类似于其他存储器，并可以直接运行代码，而不像nand器件上始终必须进行虚拟映射。
并且在nor器件上运行代码不需要任何的软件支持，在进行写入和擦除操作时，nor器件所需要的MTD（闪存技术驱动程序）相对较少，驱动程序还可用于对DiskOnChip 产品进行仿零点和闪存管理，包括纠错、坏块处理和损耗平衡。
虽然nand的性能较好，但是Nor Flash 带有SRAM接口,有足够的地址引脚，可以很容易的对存储器内部的存储单元进行直接寻址。
在实际的系统中，可以根据需要选择ARM处理器与Nor Flash的连接方式。
nor的操作最更加方便，电路也更为简易易懂，因此本次试验我们选择了nor型的闪存。
其电路图如下所示：•SDRAMSDRAM是对bank结构，例如在一个具有两个bank的SDRAM的模组中，其中一个bank在进行预充电期间，另一个bank则马上可以被读取，这样可以大大提高存储器的访问速度。
在SDRAM 芯片中一般会有实现bank选择的引脚，用于实现多个bank的选择。
目前常用的SDRAM为8bit/16bit数据宽度、工作电压一般为3.3V，主要生产厂商为Micron、HynixI、Winbond等，若同类器件具有相同的电气特性和封装形式可通用。
但在使用SDRAM时要注意ARM芯片是否具有独立的SDRAM的刷新控制逻辑，若有可直接与SDRAM接口，若无则不能直接与SDRAM连接。
实验中选用Winbond公司的64Mbit的SDRAM—W986416EH。
其读写速度都高于SEP3203芯片的典型工作时钟75MHz，从而消除了存储器访问瓶颈。
SDRAM通过对电容的充放电完成存储操作，但因电容本身有漏电问题，所以内存中的数据要持续不断地存取，存储在SDRAM中的数据必须不断地刷新以保持数据的完整性，否则数据将会丢失。