单片机与嵌入式系统应用

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目前，实现嵌入式系统的硬件方法主要有：定
制逻辑（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA） 和嵌入式微理器三种。在实际系统实施中，绝 大多数系统是采用嵌入式微处理器方式，如单 片机、单板机或嵌入式微处理器芯片等。这是 因为用微处理器实现嵌入式系统是一种十分有 效的方法，它使得在不同价位上设计不同特性 的产品系列成为可能，并且能够扩充新特性以 满足飞速发展变化的市场需求。
随着我国装备制造业的发展，嵌入式系统 已经成为制造业的核心技术。它被广泛地 应用到工业控制、仿真系统、医疗仪器、 信息家电、通信设备等众多领域。目前， 围绕嵌入式系统展开研究和开发，已经成 为计算机软硬件技术发展最活跃的方向之 一。
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系统运作流程
系统开机上电后，经过初始化处理自动进入到等待状态， 在等待状态，Microcontrollor对象根据用户键盘按钮命令， 调度相应的操作对象。当用户发出正或反点动命令时，系统 进入点动运行态，此时Convertor对象输出6Hz正或反相序三 相脉冲。当用户松开正或反点动按钮时，系统返回等待状态。 在系统预置频率设定正确的情况下，用户按启动按钮时，系 统先进入到启动运行态。在此状态时系统从6Hz开始按每步 0.2Hz的步长稳步增加电机运转频率，直到达到预置频率时进 入到稳定运行态。在稳定运行态用户可以改变预置频率，步 长为1Hz 。每次预置频率的改变事件，都会产生从稳定运行 态到启动运行态的交替变动。当系统运行出现故障时，进入 到故障处理状态处理，完成后自动返回到等待状态。
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单片机及嵌入式系统应用实例
变频调速器系统
对任何一个三相交流电机，在输入单相交流电源的情况下， 实现6Hz到[9Hz，50Hz]区间内任一频率的稳步启动运转。 系统用户界面包括2位数码显示器、一个运行/停止指示器、 电源开/关指示器、6个按钮键盘和电源开关。2位显示器用 于显示电机当前正在运转的频率，6个按键分别代表启动、 停机、正点动、反点动、频率加和频率减。启动命令使电机 从6Hz以每步0.2Hz的步长稳步提升到当前设置频率上后在 该频率上稳定运转；正点动命令使电机稳定在6Hz上正向运 转；反点动命令时，电机转动频率与正点动上同，但旋转方 向相反；频率加命令在电机运转时使电机以1Hz/s的速率增 加运转频率和当前预置频率，在电机停止时仅改变预置频率； 频率减命令与频率加命令相反；停机命令则无论电机运行在 什么状态下，都使电机停止运转。
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问题的解决
目前，面向对象技术正是建立在对真实世界抽
象思维的基础上，统一建模语言（UML）为这 种思维提供了可视化工具，解决了以上难题。 使用UML对嵌入式系统建模，不仅可以使系统 分析设计实现标准化，而且完全可以实现系统 分析、设计和制作、测试分别由不同的项目成 员在统一、一贯的方式下完成，也使得系统分 析和设计模型在相似系统中重用成为可能。
单片机与嵌入式系统应用
什么是单片机？ 嵌入式系统应用概述
嵌入式系统设计面临的问题和解决办法
应用实例
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单片机(SCM, MCU, SoC)
单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模
集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理 器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种 I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可 能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟 多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅 片上构成的一个小而完善的微型计算机系统， 在工业控制领域广泛应用。
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嵌入式系统设计面临的 问题和解决办法


分析设计没有一个统一的标准 分析设计方法不统一 从分析设计到制作和编程没有一个始终一贯的工 程化方法
培养良好的面向对象的设计与开发思维
以上四个问题使得大部分从事嵌入式系统应用开发的 组织和团体，基本上是采用小组甚至是作坊式的动作 模式 ,这使得开发较复杂或大型系统的工作变得十分 困难甚至无法进行 。
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嵌入式系统应用 概述

随着我国装备制造业的发展，嵌入式系统已经成为制造 业源自文库核心技术。它被广泛地应用到工业控制、仿真系统、 医疗仪器、信息家电、通信设备等众多领域。目前，围 绕嵌入式系统展开研究和开发，已经成为计算机软硬件 技术发展最活跃的方向之一。 嵌入式系统不同于通常纯粹的软件系统或硬件系统， 而是软件与硬件通过在一起的，有些功能既可以用软件 实现，也可以通过硬件实现。另外，嵌入式系统设计所 面临的挑战不仅涉及到计算机软件和硬件，也会涉及到 许多非计算机工程中的问题，诸如机械尺寸问题、功耗 问题和制造成本问题等。即使是计算机工程方面的问题， 大部分系统在实时性、可靠性和多速率等问题方面也都 有特别要求。
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系统类图如图1所示。图中有2个硬件类Button*和Light*，1个主动 类Microcontrollor和3个一般类Convertor、Watchdog和Display。Button*类 代表所有按钮;Light*类代表2个发光数码管和1个运行指示灯;主 动类Microcontrollor是系统主控模块，完成所有对象的调度和管理； 3个一般类为3个功能独立的程序模块。图2为系统实施图。微处 理器节点是系统的主控节点，采用Atmel 89C52。其内部8KB Flash ROM和128B RAM资源已能满足系统需要，因此不再增加外部存 储器。与其它节点的连接完全通过其本身的串并接口就可完成。 按钮节点代表所有按钮，在系统变化时也可以用键盘取代，本 例为6个单独机械按钮。显示节点代表系统显示部分，本例为2 个数码管和1个表示电同运行状态的发光二极管。运行监控节点 具有两部分功能，其一是通过WatchDog技术监视微处理器的运行 状况，另一个是监视变换器输出的脉冲宽度。变换器设计为专 用电路，通过微处理器并行口接受三相正弦脉冲，根据电机功 率转换成本相电机线圈所需要的脉冲电压。三相电机节点不属 于嵌入式系统本身，但为了说明本嵌入式系统与控制对象关系 而布置在同一实施图中。