嵌入式系统程序设计实例共59页文档
嵌入式系统设计实例(1)
2.2.1.2 FLASH接口电路设计
– 本设计中设定数据宽度为32位,而在ARM中希望字单元的地址是字对齐的, 这就要求地址的低两位为0，即地址为0B00，因此在连接SDRAM和FLASH时 要使其地址低两位A[0:1]为0。FLASH采用三星的KM29U128T，FLASH在实 际中主要用nFWE、nFOE、ALE、CLE、nFCE等的控制信号，电路图如图2-4 所示。
接
扩
展 板
CPU S3C2410X
接
口
64M SDRAM 16M FLASH 外部晶振
图 2-3 嵌入式水文信息采集智能终端核心板原理图
2.2.1 核心板硬件设计
• 2.2.1.1 CPU S3C2410X功能概述 S3C2410X是基于ARM920T内核的，最大工作频率能达到203MHz；可支持基 本的外设接口，如彩色TFT LCD、USB、IIC、IIS、SPI、UART等，并支持 MMC和SD等标准的外部插卡。S3C2410X能支持NAND FLASH启动，具有很高 的性价比，另外S3C2410X在市场上已有很多成熟的应用，因此作者选用了 S3C2410X作为基于GPRS的嵌入式水文信息采集智能终端的应用处理器，下 面是对S3C2410X功能的简要说明： S3C2410X芯片是韩国三星电子公司推出的一款基于ARM920T内核的16/32位 RISC嵌入式微处理器，作为S3C2410X芯片的CPU内核，16/32位ARM920T RISC微处理器采用0.18um CMOS标准单元结构。ARM920T内核由ARM9TDM1存 储管理单元(MMU)和高速缓存三部分组成。其中MMU可以管理虚拟内存，高 速缓存由独立的16KB地址和16KB数据高速Cache组成。 S3C2410X芯片集成了一个LCD控制器(支持STN和TFT液晶显示屏)、NAND FL-ASH控制器、SDRAM控制器、3个通道的UART、4个通道的DMA， 4个具有 PWM(脉冲宽度调制)功能的计时器和一个内部时钟、8通道的10位ADC。 S3C2410X还有很多丰富的外部接口，如触摸屏接口、I2C总线接口、I2S总 线接口、两个USB主机接口、一个USB设备接口、两个SPI接口、SD接口和 MMC卡接口。在时钟方面S3C2410X也有突出的特点，该芯片集成了一个具 有日历功能的RTC(实时控制)和具有PLL(M-PLL和UPLL)的芯片时钟发生器。 MPLL产生主时钟，能够使处理器工作频率最高达到203MHz。这个工作频率 能够使处理器轻松运行WinCE, Linux等操作系统以及进行较为复杂的数据 处理。
嵌入式系统的设计与实例开PPT65页
典型嵌入式系统基本组成－硬件
电源
外围电路
模块
Flash
微处理器
时钟
RAM
MPU
复位
ROM
外设
USB LCD Keyboard
Other
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典型嵌入式系统基本组成－软件
应用程序 操作系统
软件 结构
输入
处理器 存储器
输出
硬件 结构
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➢ 嵌入式处理器
嵌入式处理器是嵌入式系统的核心，是控制、辅助 系统运行的硬件单元。 ４位、 ８位单片机，16位、 32位 、64位嵌入式CPU。
任务之间切换而使用的时间。
－ 中断延迟（Interrupt latency）：
计算机接收到中断信号到操作系统作出响应，并完成切换转入中 断服务程序的时间。
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二、硬件基础
➢ 冯·诺依曼体系结构和哈佛体系结构 ➢ CISC与RICS ➢ 影响CPU性能的因素 ➢ 存储器系统 ➢ I/O接口
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冯·诺依曼体系结构模型
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（5）嵌入式软件开发走向标准化
嵌入式系统的应用程序可以没有操作系统直接在 芯片上运行。
为了合理地调度多任务、利用系统资源、系统函 数以及和专家库函数接口，用户必须自行选配RTOS （Real－Time Operating System）开发平台，这样才 能保证程序执行的实时性、可靠性，并减少开发时间 ，保障软件质量。
➢ 实时操作系统
实时操作系统是嵌入式系统目前最主要的组成部分 。实时性需要调度一切可利用的资源完成实时控制任务 ，着眼于提高计算机系统的使用效率，满足对时间的限 制和要求。
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－ 系统响应时间（System response time）：
嵌入式系统设计实例
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四、详细设计阶段
1、硬件系统的设计
（4）RS485电路的考虑 因为实验箱上有相应的电路，可以直接使用。考虑到远程
传输，最好使用隔离的485电路，因此，要加光电隔离器。 有三个信号要隔离：RXD，TXD，RTS
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三、总体设计阶段
3、远程温度监控系统的软件系统设计方案
（3）通讯任务：制定相应的通信协议，完成与微机的通讯。建 议参考Modbus协议。
（4）按键与显示任务：当有按键时，显示设定值并进行加减操 作，在5秒内没有按键，则恢复显示当前温度值。 以上各任务间需要进行一定的通讯，以便传递数据。如温度 设定值与任务2、3、4有关。请自行分析任务间的通讯。
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三、总体设计阶段
总体设计是设计的第一步，其目的是描述系统如何 实现由系统定义规定的那些功能。它需要解决嵌入式系 统的总体构架，从功能实现上对软硬件进行划分；在此 基础上，选定处理器和基本接口器件；根据系统的复杂 程度确定是否使用操作系统，以及选择哪种操作系统； 此外，还需要选择系统的开发环境、软件系统的总体架 构设计等。
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二、系统定义阶段
2、可行性分析示例：远程温度监控系统的可行性分析
1. 引言 1.1 编写目的 1.2 背景 1.3 定义 1.4 参考资料 2. 可行性研究的前提 2.1 要求 2.2 目标 2.3 条件、假定和限制 2.4 进行可行性研究的方法 2.5 评价方法与尺度 3. 对现有系统的分析 3.1 处理流程和数据流程 3.2 所需的人员 3.3 设备 3.4 局限性
四、详细设计阶段
1、硬件系统的设计
（5）按键与LED数码管电路的考虑 可以使用GPIO接口。GPF口实比较简单的8位数字量I/O口，
嵌入式系统的例子(一)
嵌入式系统的例子(一)嵌入式系统什么是嵌入式系统嵌入式系统（Embedded System）是集成了计算机硬件和软件，专门用来控制特定功能的计算机系统。
它通常被嵌入到一些特定的物理设备或系统中，不像常见的通用计算机系统那样具备多样化的功能。
嵌入式系统在现代科技中起着重要的作用，应用广泛，包括但不限于：- 汽车 - 手机 - 家电 - 医疗设备 - 无人机 - 工业控制设备等。
嵌入式系统的重要性嵌入式系统之所以如此重要，主要有以下几个原因：1. 特定功能由于嵌入式系统被设计用来控制特定功能，它们可以通过集成硬件和软件满足特定需求。
例如，汽车中的嵌入式系统可以控制车辆的引擎、导航系统和娱乐系统等。
这种特定功能使得嵌入式系统能够在各种复杂的设备中发挥作用。
2. 节省成本和空间相比于传统的计算机系统，嵌入式系统通常更简化、更紧凑。
它们通常集成在设备中的电路板上，不需要额外的外部连接。
这样可以节省空间，并减少设备的成本。
此外，嵌入式系统大多数时候不需要高速处理器和大容量存储器，这也降低了成本。
3. 实时性要求很多嵌入式系统需要实时响应，以满足特定应用的需求。
例如，在工业自动化中，嵌入式系统需要及时地接收和处理传感器数据，从而控制设备的运行。
这种实时性要求使得嵌入式系统能够在高压力、高并发的环境下稳定运行。
嵌入式系统的例子嵌入式系统有非常多的应用场景，下面列举几个常见的例子：1. 智能手机智能手机是目前最常见的嵌入式系统之一。
它们集成了处理器、操作系统、存储器、传感器和通信模块等组件，可以实现通话、上网、拍照和娱乐等功能。
智能手机的嵌入式系统需要满足性能稳定、省电和安全性等要求。
2. 家电现代家电产品如电视、空调、冰箱等，都配备了嵌入式系统。
这些嵌入式系统可以通过用户界面和传感器来实现智能控制和自动化。
例如，智能冰箱中的嵌入式系统可以监测食物的存储情况并提醒用户补货。
3. 无人机无人机也是一种广泛应用嵌入式系统的设备。
一个典型的嵌入式系统设计和实现[五篇模版]
![一个典型的嵌入式系统设计和实现[五篇模版]](https://img.taocdn.com/s3/m/edd3dce1ab00b52acfc789eb172ded630b1c9812.png)
一个典型的嵌入式系统设计和实现[五篇模版]第一篇：一个典型的嵌入式系统设计和实现关键字：嵌入式系统设计ARM FPGA 多功能车辆总线Multifunction Vehicle Bus在计算机、互联网和通信技术高速发展的同时，嵌入式系统开发技术也取得迅速发展，嵌入式技术应用范围的急剧扩大。
本文介绍了一种基于ARM和FPGA，从软件到硬件完全自主开发多功能车辆总线(Multifunction Vehicle Bus)MVB??B嵌入式系统的设计和实现。
系统设计和实现通常来说，一个嵌入式系统的开发过程如下：1. 确定嵌入式系统的需求；2. 设计系统的体系结构：选择处理器和相关外部设备，操作系统，开发平台以及软硬件的分割和总体系统集成；3. 详细的软硬件设计和RTL代码、软件代码开发；4. 软硬件的联调和集成；5. 系统的测试。
一、步骤1：确定系统的需求：嵌入式系统的典型特征是面向用户、面向产品、面向应用的，市场应用是嵌入式系统开发的导向和前提。
一个嵌入式系统的设计取决于系统的需求。
1、MVB总线简介列车通信网（Train Communication Network,简称TCN）是一个集整列列车内部测控任务和信息处理任务于一体的列车数据通讯的IEC国际标准（IEC－61375-1）, 它包括两种总线类型绞线式列车总线(WTB)和多功能车厢总线(MVB)。
TCN在列车控制系统中的地位相当与CAN总线在汽车电子中的地位。
多功能车辆总线MVB是用于在列车上设备之间传送和交换数据的标准通信介质。
附加在总线上的设备可能在功能、大小、性能上互不相同，但是它们都和 MVB总线相连，通过MVB总线来交换信息，形成一个完整的通信网络。
在MVB系统中，根据IEC－61375－1列车通信网标准，MVB总线有如下的一些特点：拓扑结构：MVB总线的结构遵循OSI模式，吸取了ISO的标准。
支持最多4095个设备，由一个中心总线管理器控制。
嵌入式技术课程设计案例
嵌入式技术课程设计案例嵌入式技术课程设计案例：智能家居控制系统一、项目背景随着人们生活水平的提高，智能家居逐渐成为现代家庭的重要组成部分。
智能家居控制系统能够实现对家庭设备的集中控制，提高生活便利性，降低能源消耗。
本项目旨在设计一个基于嵌入式技术的智能家居控制系统。
二、系统设计1. 硬件平台选择：选用STM32F103C8T6微控制器作为主控制器，该控制器具有丰富的外设接口和强大的处理能力。
2. 传感器模块：包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器、烟雾传感器等，用于监测家庭环境参数。
3. 执行器模块：包括灯光控制器、窗帘控制器、空调控制器等，用于控制家庭设备的开关和调节。
4. 通信模块：采用WiFi模块实现控制器与手机APP的通信，采用Zigbee模块实现传感器与控制器之间的无线通信。
5. 人机界面：开发一款手机APP，实现远程控制家庭设备、实时监测家庭环境等功能。
三、系统实现1. 硬件平台搭建：根据设计要求搭建硬件平台，包括微控制器、传感器模块、执行器模块、通信模块等。
2. 传感器数据处理：编写程序实现传感器数据的采集和处理，将环境参数实时显示在APP上。
3. 执行器控制：编写程序实现执行器设备的开关和调节，如灯光亮度调节、空调温度调节等。
4. 通信协议制定：制定传感器与控制器、控制器与手机APP之间的通信协议，实现数据的有效传输。
5. APP开发：开发手机APP，实现用户界面的设计和功能开发，如设备控制、环境监测等。
四、系统测试与优化1. 功能测试：对系统进行功能测试，确保各模块正常运行，满足设计要求。
2. 性能测试：对系统进行性能测试，包括数据传输速率、稳定性等指标的测试。
3. 优化改进：根据测试结果对系统进行优化改进，提高系统性能和稳定性。
五、总结与展望本课程设计通过智能家居控制系统项目的实践，使我们深入了解了嵌入式技术的实际应用和系统开发流程。
在项目实施过程中，我们掌握了硬件平台的搭建、传感器数据处理、执行器控制、通信协议制定等方面的技能，提高了实际动手能力和团队协作能力。
嵌入式系统设计与实例开发
2）事件驱动系统：（Event-Driven system）
事件驱动系统是能对外部事件直接响应的系统。它包括前后台、 实时多任务、多处理器等，是嵌入式实时系统的主要形式。
应用程序是一个无限的循环，循环中调用相应的函数完成相应的 操作，这部分可以看成后台行为（background）。中断服务程序处 理异步事件，这部分可以看成前台行为（foreground)。
系统集成：把系统的软件、硬件和执行装置集成在一起，进行调 试，发现并改进单元设计过程中的错误。
系统测试：对设计好的系统进行测试，看其是否满足规格说明书 中给定的功能要求。
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嵌入式开发工具与开发环境
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嵌入式软件开发流程
开始 新工程
以 太
网
口
编辑源代码
ARM
并
交叉编译连接
SDT
口
Debug
USB
仿真调试
接
口
ArmDvk
串
程序下载
口
JTAG 仿真器
网络 接口
ARM300开发板
JTAG
接口
USB 接口
ARM7 处理器
执行
串口
0
监测结果
超级终端
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1.4 影响CPU性能的因素：流水线、超标量和缓存
流水线技术：几个指令可以并行执行 提高了CPU的运行效率 内部信息流要求通畅流动
Add
取指
Sub Cmp
时间
译码 取指
执行add 译码 取指
执行sub 译码
执行cmp
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超标量执行
超标量执行：超标量CPU采用多条流水线结构
指令CACHE
预取
流 译码1 水 译码2 线 执行1 1
嵌入式软件系统设计方案案例
待定颜色修改颜色疑问颜色采集器软件系统设计方案版本历史目录1．引言 (5)1.1 目的 (5)1.2 背景和范围 (5)1.3 定义 (5)1.4 参考资料 (5)2．系统结构 (5)2.1 系统功能 (5)2.2硬件系统框架 (6)2.2 软件系统框架 (7)3．上行规约解析模块设计说明 (9)3.1描述 (9)3.2功能 (9)3.3设计思路（算法、流程） (9)3.4接口 (10)3.5资源分配、性能 (12)3.6测试方法 (12)4．读写参数模块设计说明 (12)4.1描述 (12)4.2功能 (12)4.3设计思路（算法、流程） (13)4.4接口 (13)4.5资源分配、性能 (14)4.6测试方法 (14)5．周期抄表任务管理 (14)5.1描述 (14)5.2功能 (14)5.3设计思路（算法、流程） (14)5.4接口 (14)5.5资源分配、性能 (14)5.6测试方法 (15)6．读历史电量数据模块设计说明 (15)6.1描述 (15)6.2功能 (15)6.3设计思路（算法、流程） (15)6.4接口 (15)6.5资源分配、性能 (15)6.6测试方法 (15)7．数据存储和电表信息存储管理 (15)7.1描述 (15)7.2功能 (16)7.3设计思路（算法、流程） (16)7.4接口 (20)7.5资源分配、性能 (20)7.6测试方法 (20)8．数据交换模块设计说明 (21)8.1描述 (21)8.2功能 (21)8.3设计思路（算法、流程） (21)8.4接口 (21)8.5资源分配、性能 (21)8.6测试方法 (21)9．广播校时任务模块设计说明 (21)9.1描述 (21)9.2功能 (22)9.3设计思路（算法、流程） (22)9.4接口 (22)9.5资源分配、性能 (22)9.6测试方法 (22)10．更改RS485通讯速率设计说明 (23)10.1描述 (23)10.2功能 (23)10.3设计思路（算法、流程） (23)10.4接口 (23)10.5资源分配、性能 (23)10.6测试方法 (23)11．抄表记录周期任务设计说明 (23)11.1描述 (23)11.2功能 (23)11.3设计思路（算法、流程） (23)11.4接口 (23)11.5资源分配、性能 (24)11.6测试方法 (24)12．循环显示周期任务设计说明 (24)12.1描述 (24)12.2功能 (24)12.3设计思路（算法、流程） (24)12.4接口 (24)12.5资源分配、性能 (24)12.6测试方法 (24)13．底层驱动设备设计说明 (25)13.1红外通讯驱动 (25)13.2 上行RS485通讯驱动 (26)13.3 下行RS485通讯驱动 (27)13.4 液晶i2c驱动 (29)13.5 时钟i2c驱动 (29)13.6 系统时钟8025驱动 (30)13.7 液晶显示驱动 (31)13.8 FLASH底层驱动 (32)13.9 按键操作驱动 (32)13.10 LED灯和看门狗驱动 (33)1．引言1.1 目的设计一个在采集器系统中对数据进行合理、高效、快速管理和处理；任务提出者：XX；开发者：集抄开发组；适合读者：集抄开发小组以及相关领导；用户或单位：。
9、嵌入式系统设计实例
考虑所有定义的场景.
确保所有分配的资源在结束时释放. 考虑使用层次状态机简化状态机设计.
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数控系统设计－任务设计
选择任务类型
单个状态机 多个任务
选择状态机
简单状态机
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数控系统设计－任务设计
分配优先级，由于采用ucos操作系统，操作系统采 用基于优先权可抢占的调度方式
基于实现的工作类型分组.把执行同一功能的 模块归为一个任务.例如人机界面，译码，插 补，伺服等.
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数控系统设计－数控系统任务模块
数控系统任务模块
人机界面－显示，操作，控制功能 译码模块－把数控代码翻译成可识别的结构 插补模块－把数据点细化 伺服模块－生成脉冲指令控制电机
总控模块－协调各个模块之间的关系
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操作系统平台的选取
通用操作系统
(window unix/linux)本质上是不可预测的，导致实时处理的 不可靠性（即使是相对较慢，计算简单的任务）。通用系统 都是多任务系统，意味着它们允许计算机同时运行几个进程。 它们通过分时技术允许多个任务并发，在所有活动任务间分 配资源。分时的一个直接后果是实时精度不能保证， 很多时候，程序员使用软件中断满足任务的最后期限，这就 是强迫操作系统在一个给定的时间响应中断并提供服务，然 而由于中断的分辨率很低（如linux是100hz），这个方法只 在任务实时性较低的情况下使用（也就是说任务的速率比中 断的速率还要低）。还有就是对操作系统底层的修改，如提 高中断频率，改变任务的优先级等方法可以提高一些操作系 统的实时精度，但是这样的改变对操作系统的性能有一定的 损坏。
任务设计
11嵌入式系统设计实例
基于嵌入式uClinux的测控系统网络平台的研究，2019，仲兆峰
基于ARM与uC/OS-II嵌入式系统的研究与应用，2019，唐其伟 基于QTE的嵌入式工业网络控制器的系统开发与研究，2019，许星
嵌入式水文信息采集智能终端的研究与设计，2019，刘 泽 建
2019/9/14
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图 2-6 电源电路图
图 2-6 电源电路图
2019/9/14
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2.2.2.2 JTAG电路设计
JTAG(Joint Test Action Group，联合测试行动 小组)是一种国际标准测试协议，主要用于芯 片内部测试及对系统进行仿真、调试。它在芯 片内部封装了专门的测试电路TAP( Test Access Port，测试访问口)，通过专用的JTAG 测试工具对内部节点进行测试。
2019/9/14
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2.1.2 系统硬件平台总体设计方案
通常的嵌入式设备的硬件架构是以嵌入式微处理 器为核心，通过CPU扩展接口以及平台硬件的支 持，把众多的外设单元集到整个系统中，并通过 CPLD等逻辑转换器件和其它硬件电路完成对外 设模块进行读写和控制操作。 本智能终端采用了S3C2410X处理器，利用 S3C2410X出色的内核性能和丰富的外部接口构 造一个嵌入式系统平台，其硬件框图如图2-2所 示。
基于嵌入式网络控制器的工业监控系统的研究与实现,2019，周珊珊
2019/9/14
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CPU
Motorola公司生产的32位RISC结构的MCF5272 微处理器
ARM9核的主频最高达到203MHZ的S3C2410微 处理器
操作系统
uClinux
uC/OS-II
11嵌入式系统设计实例
2019/11/11
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2.2 系统硬件电路详细设计
基于GPRS的嵌入式水文信息采集智能终端 主要分为两部分来设计，一部份为核心板， 另一部分为扩展板，这样做的优点是两块 板可分别调试，高频和低频分离，核心板 做成6层板而扩展板可做成2层板，这样可 大大节省成本,其原理框图如图2-3所示。
2019/11/11
RJ45 以太网 接口
完成的功能
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项目领域
1。工业现场环境网络控制器 2。水文信息采集系统 3。RFID网络控制器 4。嵌入式移动数据库
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系统实物图
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2.1 系统需求及硬件总体方案设计
2.1.1 系统需求 一般水文信息采集系统包括多个水文数据采集 站，它承担的主要任务是实时采集、存储、传 输各采集站的水位、流量、日降水量、水库水 位、入库流量、蓄水量等信息，实现水文信息 采集和长期存储的数字化处理，并将实时采集 的数据通过嵌入式控制器经GPRS空中接口接 入无线网络，并由移动服务商转接到Internet， 最终通过各种网关和路由到达统一的数据处理 中心工作站，其功能框图如图2-1所示。
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GPRS模块 LCD
JTAG接口 12M 晶振
IO模块
RS232接口
S3C2410X ARM920T
DC/DC转换 5V电源 16M
NAND FLASH 64M SDRAM
触摸屏
USB接口
spi接口 以太网PHY
RJ45以太网 接口
图2-2嵌入式水文信息采集智能终端硬件构架
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IO模块
水水
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1、纪律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 பைடு நூலகம்纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
5、教导儿童服从真理、服从集体，养 成儿童 自觉的 纪律性 ，这是 儿童道 德教育 最重要 的部分 。—— 陈鹤琴
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭