嵌入式单片机概述

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？
应用软件 游戏软件 多媒体软件 文字处理软件 ……
软件
Windows XP 计算机基本组成分为硬件和软件两大部分， 操作系统 Windows 7 主要由CPU、存储器、外部设备和操作系 CPU 存储器 统、用户应用软件构成。 CPU 存储器 硬件 I/O(输入输出) 接口设备(外设) 鼠标 键盘 显示器 ……

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





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?
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
嵌入式系统与桌面通用系统的区别（6）

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。 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

嵌入式系统的开发需要专用工具和特殊方法：

嵌入式系统与桌面通用系统的区别（7）
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 小型化、微型化设备 大吞吐量信号处理 移动媒体信息处理 多机电协同工作
数控机床、单机电、仪表 通讯、医疗、移动办公 视频流处理
DC、MPLeabharlann Baidu、MP4
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
输 入 设 备
输 出 设 备
软
+
件
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
2，8051单片机管脚功能
P1. 0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST RXD/ P3. 0 TXD/ P3.1 INT0/ P3.2 INT1/ P3.3 T0/ P3.4 T1/ P3.5 WR/ P3.6 RD/ P3.7 XTAL2 XTAL1 VSS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 24 22 21 VCC P0. 0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA ALE PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2. 0

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 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

Genius数字便


Polymer Vision手机书
嵌入式技术的应用-手表
任务分析：
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。

汽车电子

处理器个数高达3位数 车载

娱乐、定位等 ABS、EBD等

车控


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
任务实施
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。

Martin Frey手表



日程表 和手机联动 获取网络连接和GPS定位 1英寸显示屏 USB接口 可播放音乐 支持蓝牙 结合iPod和运动计测 可跟踪罪犯的定位和坐标

手机手表：M300


Nike的Speed+手表

韩国防性犯罪的电子手镯

爱国者视频MP4手表
嵌入式技术的应用-运动玩具游戏
嵌入式系统与桌面通用系统的区别（4）



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（5）

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。
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。

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（3）

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 Windows CE pSOS QNX

国产嵌入式实时操作系统


HOPEN Delta OS Smart OS
任务2 广告电子屏设计分析
任务描述：
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
任务分析：
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


DOC：Disk On Chip DOM：IDE电子盘 CF：CompactFlash SM：Smart Media MS：Memory Stick
外围硬件设备（2）

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
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。

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
嵌入式系统与桌面通用系统的区别（2）


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（POSIX 1003.b）


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
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-Portable Media Player
嵌入式技术的应用-办公用品

录音笔 FLY数字笔
嵌入式系统微处理器

1000多种硬件处理器，分为MCU、DSP、 MPU、SOC

ARM RISC（ARM） TMS320 DSP（TI） Trimedia（Philips） StrongARM（Intel） Xscale（Intel） MIPS RISC（MIPS） DragonBall（Motorola）

典型性能指标

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。
单片微型计算机系统
CPU

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
三、嵌入式系统典型应用产品

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。
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：
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。
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、Express Logic的 ThreadX、ATI的Nucleus 开放源码的操作系统：linux系列、uC/OS 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