嵌入式系统设计实例
嵌入式系统设计实例
13.车牌旳智能辨认
在交通系统中，对行进中车牌旳辨认是许 多交通控制问题旳基础研究。
用摄像系统采集车牌数据，关键在于从一辆 车旳多方面视频信息中截取车牌信息，并进一步 辨认车牌，同步对反辨认技术给出相应措施。
14.GPS导航系统
由两个子系统构成：（1）地理信息系统； （2）GPS数据采集系统。在此两项技术上 加入导航算法。
硬件设计旳图示见下页。
硬件设计示意图
图中，基本系统
价格约200元，显示屏 约20元，CCD约20元， IC卡约20元，总计硬 件价格不超出280元。
三、软件设计
1．初始化软件 2．电度表摄入及分析软件 3．卡输入软件 4．人、机接口软件 5. 计费软件
嵌入式系统设计题目详解
1.公交车站信息系统
3.公共服务行业（银行、医院等） 排队信息系统
题目内涵：公共服务就体现其公正性、公 平性，并能用当代化技术降低等待时间，本题 目要求设计出一种排队产品，使公共服务便利 公平。
4.固话缴费系统
题目内涵：当代化家庭会涉及到多种缴费 系统，对缴费系统旳要求是以便和安全。这 关系到从银行取款旳安全性。所以，在设计 该系统时，从银行取款时，要求加一种指纹 验证系统，在银行端进行指纹正当性及即时 性检验；当有效时则能够取款，而且款项只 能进入需缴费旳几种固定帐户，并一并进入 银行转帐。
10.电子钱包
该钱包有下列功能：（1）在按指纹后，能 够从银行旳有关帐户中往电子钱包中存款； （2）经过USB接口与其他钱包连接时，可存 取款，并显示之；（3）外接到POS机时，可 取出钱包中旳款，并可取出纸币；（4）全部 交易可接入银行网络上结算。
总之，此电子钱包可完全取代钱包旳作 用，以便交易，且安全可靠。
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。
(完整)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。
简单的传感器和智能站共存于同一总线上。
数据类型：MVB总线支持三种数据类型:a.过程数据：过程变量表示列车的状态，如速度、电机电流、操作员的命令。
嵌入式系统开发中的设计原则与实际案例分析
嵌入式系统开发中的设计原则与实际案例分析嵌入式系统是现代科技中的重要组成部分，被广泛应用于各个领域，包括家电、汽车、医疗设备等等。
为了确保嵌入式系统的高可靠性、高性能以及高安全性，设计过程中需要遵循一些重要的原则。
本文将详细讨论嵌入式系统开发中的设计原则，并结合实际案例进行分析。
第一原则：模块化设计模块化设计是嵌入式系统开发中的重要原则之一。
这意味着将整个系统划分为多个功能独立的模块，每个模块只负责完成特定的功能。
采用模块化设计可以提高系统的可维护性和可扩展性，同时也方便进行并行开发。
以智能家居系统为例，我们可以将智能设备控制模块、感应模块、通信模块、用户界面模块等划分为独立的模块。
这样的设计可以使得各个模块之间的功能清晰划分，可以根据需求进行独立开发和测试。
当需要添加新的功能时，只需对相应的模块进行修改或添加新的模块，而不需要对整个系统进行大规模的改动。
第二原则：可靠性与容错性嵌入式系统的可靠性和容错性是至关重要的。
可靠性是指系统在长期运行中能够持续稳定地完成任务，容错性则是指系统在面对异常情况时能够正确处理并保持正常的工作状态。
在嵌入式系统设计中，需要考虑到硬件和软件两个方面。
对于硬件来说，可以采用备份机制来提高可靠性，比如使用多个同等功能的硬件设备进行冗余备份，以防止单点故障。
对于软件来说，则需要进行合理的错误处理和异常处理机制。
例如，飞行控制系统是一个典型的嵌入式系统，它需要在恶劣环境下保证飞行器的安全飞行。
在设计中，可以采用多个传感器进行数据采集，然后通过算法进行冗余处理，以保证数据的可靠性和正确性。
此外，还可以使用备份控制器来进行冗余备份，以防止控制器出现故障时无法进行飞行控制。
第三原则：低功耗设计嵌入式系统通常需要长时间运行在资源有限的环境中，如电池供电或是能量收集的环境。
因此，低功耗设计是保证系统长时间稳定工作的关键。
低功耗设计主要包括两个方面：硬件优化和软件优化。
在硬件方面，可以采用一些节能的器件、电源管理技术或者智能休眠模式来减少功耗。
嵌入式系统的设计原则技术设计实例
嵌入式系统的设计原则技术设计实例嵌入式系统设计中，软件和硬件的接口问题经常困扰软件开发工程师。
正确理解接口在处理器与高级语言开发环境方面的约束条件，可以加速整个系统设计，并为改进系统的质量、性能和可靠性以及缩短开发周期和减少成本提供保证，本文从两个设计实例的比较入手，介绍了嵌入式系统的设计原则以及关于寄存器及其域的种种考虑。
嵌入式系统设计通常分为两个部分：硬件设计和软件开发。
这两部分任务通常由不同的设计小组负责，相互间很少有覆盖的地方。
由于软件小组很少涉足前面的硬件设计，采用这种方式进行开发经常会遇到问题，特别是硬件与软件开发环境之间的接口性能较差时，会导致系统开发时间延长、开发成本提高，最终推迟产品的上市。
最理想的解决方案是软件小组参与硬件设计，但是在时间安排、资金和人员方面往往又是不实际的。
一种变通的方法是创建一套硬件接口规范来加速软件开发流程。
从软件开发者的角度来理解最优化的硬件接口设计能有效地防止软件开发中出现不必要的硬件问题，这种方法对硬件设计流程造成的影响也很小。
嵌入式系统结构的一般模型从系统角度看，嵌入式系统是多种系统要素之间的很多接口的集合，这里罗列的主要资源是系统处理器。
处理器接口可以分成两大类，分别标识为本地总线和硬件总线。
值得注意的是，本文中的总线是根据处理器利用资源时的访问类型单独定义的，与具体的硬件连接没有对应关系。
本地总线是资源与处理器之间的接口总线，它允许无限制的连续访问。
无限制访问意味着处理器能够利用其内部数据类型（如字节、字和双字）访问一个资源的所有要素；连续访问是指所有资源要素占用的资源地址空间是连续的，中间没有任何间隔。
RAM和EPROM 就是与本地总线接口的常见范例。
硬件总线与资源的连接通常有某些限制，如大小、位置、寻址、地址空间或重定位等。
只接受字写入的I/O端口，或者使用前必须先作映射的PCI总线上的外围芯片是硬件总线接。
嵌入式课程设计实例
嵌入式课程设计实例一、课程目标知识目标：1. 让学生理解嵌入式系统的基本概念、组成原理及在各行各业中的应用。
2. 使学生掌握嵌入式系统设计的基本流程、方法和技术。
3. 帮助学生了解我国嵌入式技术的发展现状及未来趋势。
技能目标：1. 培养学生运用所学知识进行嵌入式系统设计和编程的能力。
2. 提高学生分析问题、解决问题的能力，培养创新意识和团队协作精神。
3. 使学生能够熟练使用嵌入式开发工具和软件，进行基本的系统调试。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对嵌入式技术的兴趣和热情，激发学生主动学习的动力。
2. 引导学生树立正确的科技观，认识到科技对社会发展的推动作用。
3. 培养学生的职业素养，使学生具备良好的团队协作精神和责任感。
课程性质：本课程为实践性较强的学科，注重理论联系实际，以项目驱动的方式进行教学。
学生特点：学生为初中年级，具备一定的计算机基础，对新鲜事物充满好奇，喜欢动手实践。
教学要求：结合学生特点和课程性质，课程目标需具体、明确，注重培养学生的实际操作能力和创新能力。
将目标分解为具体的学习成果，以便在教学过程中进行有效评估和调整。
二、教学内容1. 嵌入式系统概述- 嵌入式系统的定义、特点与应用领域- 嵌入式系统的组成与分类2. 嵌入式系统硬件基础- 微控制器原理与结构- 常用传感器与执行器- 嵌入式系统接口技术3. 嵌入式系统软件设计- 嵌入式编程语言（如C语言）- 系统软件架构与设计方法- 嵌入式操作系统原理与应用4. 嵌入式系统开发流程与工具- 开发流程：需求分析、硬件选型、软件开发、系统测试- 常用开发工具与平台5. 嵌入式系统项目实践- 项目案例分析与设计- 硬件电路设计与调试- 软件编程与系统优化6. 嵌入式技术发展趋势与前景- 我国嵌入式技术发展现状- 嵌入式技术在物联网、智能制造等领域的应用前景教学内容安排与进度：第一周：嵌入式系统概述第二周：嵌入式系统硬件基础第三周：嵌入式系统软件设计第四周：嵌入式系统开发流程与工具第五周：嵌入式系统项目实践（一）第六周：嵌入式系统项目实践（二）第七周：嵌入式技术发展趋势与前景教学内容与课本关联性：本教学内容紧密结合课本，按照课程目标进行科学、系统地组织，确保学生能够掌握嵌入式系统的基础知识、开发技能及行业动态。
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。
嵌入式入门(设计与实例开发)PPT课件
可靠性框图
02
03
故障树分析(FTA)
通过可靠性框图分析嵌入式系统 的可靠性结构，确定关键件和冗 余件。
通过故障树分析找出导致系统故 障的原因和最小割集，评估系统 的可靠性和安全性。
06
嵌入式系统应用案例分 析
智能家居系统案例分析
开源硬件与软件
开源硬件和软件的发展 为嵌入式系统的设计和 开发提供了更多选择和
灵活性。
02
嵌入式硬件设计
ARM处理器
ARM处理器是一种流行的嵌入式处理器架构，广泛应用于各种嵌入式系 统。
ARM处理器具有低功耗、高性能的特点，适用于各种应用场景，如智能 家居、工业控制等。
ARM处理器的选择需要根据具体应用需求来决定，如ARM Cortex-M系 列适用于微控制器应用，ARM Cortex-A系列适用于智能手机、平板电 脑等应用。
工业控制系统发展前景
探讨工业控制系统的发展趋势和未来发展方向。
医疗电子设备案例分析
医疗电子设备概述
医疗电子设备是指用于医疗领域的电子设备， 如监护仪、超声波诊断仪等。
医疗电子设备优势
分析医疗电子设备的优势，如高精度、高可 靠性、实时监测等。
医疗电子设备案例
介绍医疗电子设备的具体应用案例，如远程 医疗监护系统等。
FPGA芯片
FPGA芯片是一种可编程逻辑器件，可以通过编程 实现各种数字逻辑功能。
FPGA芯片具有高度的灵活性，可以根据实际需求 进行定制，实现各种复杂的数字逻辑功能。
FPGA芯片广泛应用于通信、图像处理、雷达等领 域，可以大大提高系统的性能和可靠性。
嵌入式微控制器
嵌入式系统应用开发实例(52)
另外，系统建立了输入的抽象层，屏蔽了不同输入设备。
12:40
32
1.2.3 GSM/GPRS Server多工通信服务器软件
GSM/GPRS Server多工通信服务器软件是电话、短信及 数据业务的守护进程，负责响应应用程序转发的用户操作事 件及从串口的获得的无线通信模块事件，是整个智能手机系 统的核心。在这部分的工作中要实现多链路的数据通信、事件 优先级判别，并在执行数据通信时，保证电话、短信的接入。 具体程序设备结构如下图所示。
12:40
35
电话控制程序状态切换关系图
12:40
36
电话控制程序状态切换
电话控制程序设计分为三个运行态：PowerOn State(上电 态)、Idle State(空闲态)、Execution State(执行态)。上图表
示了三个状态之间的关系和进入各个状态的条件。
电话控制程序在智能手机系统上电复位、GSM/GPRS
设计对动态库中封装的函数进行了分层。其中直接针对 Framebuffer进行输出的函数位于系统最低层，其上是设备上 下文。因每次对一个窗口输出的时都要首先建立设备上下文， 所以设备上下文总可以引用窗体结构，自然也可以引用到窗口 剪切域，在剪切域范围内才可以进行输出。
图形设备接口建立在设备上下文之上，主要包括点、线、面、 文本等。如上文所述，输出之前，首先建立设备上下文，即其 输出的目标是设备上下文，而不是窗口。
12:40
6
智能手机的主要参数
串口：RS-232口； LED: 红(在充电指示)、绿(软件运行或电池故障指示) 电源管理:Full featured-Sipports Run,Idle and Sleep modes 复位：设置复位开关； 电池：3.7V锂离子电池 物理尺寸：主板尺寸为65x53x5.5mm 电源适配器：5V直流； 外部连接器:Possible integration、CF卡、Sensor、 Bluetooth、SIM Card、其他
嵌入式毕业设计
嵌入式毕业设计是一个涉及硬件和软件的综合项目，旨在培养学生掌握嵌入式系统设计和开发的基本技能。
以下是一个嵌入式毕业设计的示例：题目：基于ARM的智能家居控制系统一、引言随着人们生活水平的提高，对家居环境的要求也越来越高。
为了满足这一需求，智能家居控制系统应运而生。
本设计旨在通过ARM处理器和相关外设，实现一个智能家居控制系统的基本功能。
二、系统硬件设计主控制器：选择一款基于ARM Cortex-M4架构的微控制器，如STM32F4系列。
该微控制器具有高性能、低功耗、丰富的外设接口等特点，适用于智能家居控制系统的需求。
传感器模块：包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器等，用于检测家居环境中的温度、湿度、光照等信息。
执行器模块：包括继电器、电机等，用于控制家电设备的开关、运行状态等。
通信模块：采用WiFi模块，实现与手机APP的通信，用户可以通过手机APP远程控制家居设备。
三、系统软件设计驱动程序：编写微控制器与传感器、执行器等外设的驱动程序，实现硬件设备的初始化和控制。
应用程序：基于嵌入式操作系统（如FreeRTOS），编写智能家居控制系统的应用程序。
应用程序包括温度控制、湿度控制、光照控制等功能，并根据传感器采集的数据实时调整家电设备的运行状态。
通信协议：实现与手机APP的通信协议，包括数据格式定义、通信协议设计等。
四、系统测试与调试硬件测试：对各个模块进行测试，确保硬件设备正常工作。
软件测试：对驱动程序和应用程序进行测试，确保软件功能正常。
系统调试：将各个模块集成到一起，进行系统调试，确保整个系统能够正常运行。
五、结论与展望本设计实现了基于ARM的智能家居控制系统的基本功能，包括温度控制、湿度控制、光照控制等功能。
通过本设计，学生可以掌握嵌入式系统设计和开发的基本技能，为未来的职业发展打下坚实的基础。
同时，本设计还可以进一步扩展功能，如增加语音识别、人脸识别等新技术，提高智能家居控制系统的智能化水平。
嵌入式系统应用实例分析课件
当前智能家居还面临着一些挑战，如标准不统一、数据安全 保护不足等问题，需要行业内的各方共同努力解决。
04
嵌入式系统应用实例三：机器人
机器人概述
机器人是一种能够通过程序控制 ，自动完成特定任务的智能设备
。
机器人技术经过几十年的发展， 已经在生产制造、医疗护理、家 庭生活等多个领域得到广泛应用
物联网应用领域
物联网已广泛应用于工业、农业、家居、交通、医疗、教育等领域，为经济发展和社会进 步带来了巨大的推动作用。
物联网硬件架构
感知层
网络层
应用层
感知层主要负责采集物品的各 类信息，包括温度、湿度、压 力、重量等物理量，以及标签 、图像等数据。该层通常由各 种传感器、RFID标签等组成。
网络层负责将感知层采集的数 据进行传输，包括互联网、移 动通信网等广域网以及ZigBee 、蓝牙等短距离无线通信网络 。该层实现了数据的远距离传 输和共享。
物联网概述
物联网定义
物联网是指通过信息传感设备，如射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等 ，按照约定的协议，对任何物品进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、 监控和管理的一个网络。
物联网发展历程
自2009年，物联网发展被正式写入政府工作报告，上升为国家战略以来，我国物联网发 展取得显著成效。近年来，我国物联网产业规模迅速扩大，产业链不断完善，保持了迅猛 的发展势头。
03
智能家居的优点
智能家居具有提高生活品质、节能环保、安全可靠等优点，可以为居民
提供更加舒适、便捷、安全的生活环境。
智能家居硬件架构
智能家居的硬件组成
智能家居的硬件包括各类传感器、控制 器、执行器、网关、路由器等设备。
嵌入式课程设计实例论文
嵌入式课程设计实例论文一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握嵌入式系统的基本原理、设计和开发方法，培养学生具备嵌入式系统设计和实际应用能力。
具体目标如下：1.知识目标：–了解嵌入式系统的概念、特点和应用领域；–掌握嵌入式处理器、存储器、输入输出接口等基本组成原理；–学习嵌入式操作系统的基本原理和常用实时操作系统；–学习嵌入式系统设计与开发流程，包括需求分析、系统设计、硬件选择、软件开发、系统集成和测试等。
2.技能目标：–能够使用嵌入式开发工具，如编程语言、集成开发环境、仿真器和调试器等；–具备嵌入式系统硬件电路分析和设计能力；–具备嵌入式软件开发和调试能力；–能够独立完成嵌入式系统项目的设计和开发。
3.情感态度价值观目标：–培养学生对嵌入式系统领域的兴趣和热情，提高学生的专业素养；–培养学生具备创新精神和团队合作意识，提高学生解决实际问题的能力；–培养学生具备良好的职业操守，提高学生在嵌入式行业中的竞争力。
二、教学内容根据课程目标，本课程的教学内容主要包括以下几个方面：1.嵌入式系统概述：嵌入式系统的概念、特点、应用领域和发展趋势；2.嵌入式处理器：嵌入式处理器的分类、特点、选型和应用；3.嵌入式存储器：嵌入式存储器的分类、特点、选型和应用；4.嵌入式输入输出接口：嵌入式输入输出接口的原理、选型和应用；5.嵌入式操作系统：嵌入式操作系统的概念、特点、分类和常用实时操作系统；6.嵌入式系统设计与开发流程：需求分析、系统设计、硬件选择、软件开发、系统集成和测试等；7.嵌入式系统实例分析：分析典型的嵌入式系统实例，如智能家居、智能交通、嵌入式语音识别等。
三、教学方法本课程采用多种教学方法，包括讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等，以激发学生的学习兴趣和主动性：1.讲授法：通过讲解嵌入式系统的基本原理、概念和关键技术，使学生掌握相关知识；2.讨论法：学生就嵌入式系统的设计与开发过程中的问题进行讨论，培养学生的思考和表达能力；3.案例分析法：分析典型的嵌入式系统实例，使学生了解嵌入式系统的实际应用，提高学生的实践能力；4.实验法：通过嵌入式系统实验，使学生熟悉嵌入式硬件电路、软件开发和调试方法，提高学生的动手能力。
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：。
电机控制系统的嵌入式系统设计
电机控制系统的嵌入式系统设计电机控制系统是嵌入式系统应用的一个重要领域。
嵌入式系统在电机控制中扮演着至关重要的角色，它们能够实时响应和处理多种信号和数据，以确保电机的准确运行。
本文将深入探讨电机控制系统的嵌入式系统设计原理和方法。
第一部分：嵌入式系统设计概述嵌入式系统是专门设计用于特定应用的计算机系统，与通用计算机系统相比，它们具有更强大的实时性、可靠性和稳定性。
电机控制系统需要嵌入式系统来实现对电机的精确控制和监测。
一个典型的电机控制系统包括传感器、执行器、嵌入式处理器、输入输出接口等组件。
第二部分：嵌入式系统设计原理1. 系统结构设计嵌入式系统设计首先需要确定系统的整体结构。
该结构应包括主控制器、数据采集模块、通信模块和功率模块等组件。
主控制器负责控制整个系统的运行，数据采集模块负责采集传感器数据，通信模块负责与外部设备进行通信，功率模块负责控制电机的电源供应。
2. 硬件选型在嵌入式系统设计过程中，选择合适的硬件平台对于系统性能和稳定性至关重要。
硬件选型应根据电机的具体要求进行，包括处理器性能、存储容量、通信接口等因素。
3. 软件设计嵌入式系统的软件设计是整个系统的核心。
软件设计应包括系统启动、数据采集、控制算法实现等功能。
通常使用C或C++语言进行编程，并结合相关的开发工具和平台进行。
第三部分：嵌入式系统设计方法1. 实时性保证电机控制系统对实时性要求非常高，因此在嵌入式系统设计中需要采用合适的实时调度算法，如周期性调度算法或优先级调度算法，以确保任务能够按时响应。
2. 电机控制算法设计电机控制算法是嵌入式系统设计中的重要部分。
根据电机的不同类型和应用场景，可以采用各种控制算法，如PID控制器、模糊控制器或神经网络控制器等。
3. 接口设计嵌入式系统需要与外部设备进行通信，因此需要合适的接口设计。
常见的接口包括串口、CAN总线、以太网等。
接口设计应考虑到数据传输速率、可靠性和兼容性等因素。
第四部分：嵌入式系统设计实例以一个直流电机控制系统为例进行具体的嵌入式系统设计实例。
时间触发嵌入式系统设计模式实例
时间触发嵌入式系统设计模式实例时间触发是一种在嵌入式系统设计中常用的设计模式，它可以用来实现按照一定的时间间隔或者在特定的时间点执行一些任务或者事件。
时间触发模式广泛应用于很多领域，比如物联网、工业自动化等。
在本文中，我们将介绍一些时间触发模式的实例以及它们在嵌入式系统中的应用。
1.定时器定时器是最常见的时间触发模式之一，它可以在设定的时间间隔内反复触发一个任务或者事件。
比如，在一个温室控制系统中，我们可以使用定时器来定时检测温度并控制温室的加热和通风系统。
定时器可以通过硬件定时器或者软件实现，计时的精度可以根据具体应用的需求进行选择。
2.时间轮时间轮是一种高效的时间触发模式，它将时间划分为多个时间槽，并在每个时间槽中存放需要执行的任务或者事件。
时间轮可以以固定的速度旋转，每次旋转时执行当前时间槽中的任务。
时间轮可以实现对大量任务的高效管理，比如在一个实时操作系统中，可以使用时间轮来管理多个定时任务的触发和执行。
3.时钟中断时钟中断是一种在特定的时间点触发任务或者事件的时间触发模式。
在一些实时操作系统中，可以使用时钟中断来实现定时任务的触发和执行。
当时钟中断发生时，操作系统将暂停当前任务并切换到中断服务程序，执行相应的任务或者事件。
时钟中断的处理过程通常比较短，以确保实时性。
4.延时延时是一种简单的时间触发模式，它通过等待一定的时间来触发任务或者事件。
在一些需要控制时间间隔的应用中，比如定期发送心跳包，可以使用延时来实现。
延时可以通过硬件定时器或者软件实现，需要注意的是，延时的精度可能受到系统性能和负载的影响。
5.时序逻辑电路时序逻辑电路是一种基于时钟触发的电路设计方法，它利用时钟的上升沿或者下降沿来触发电路的状态变化。
时序逻辑电路广泛应用于数字系统设计中，比如处理器、存储器等。
时序逻辑电路可以实现复杂的时序逻辑功能，并保证电路的正常工作。
这里列举了一些常见的时间触发模式的实例，它们在嵌入式系统设计中都有广泛的应用。
- 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)。
26
考试题型
一、填空题（20） 二、选择题（10） 三、简答题（40） 四、分析题（15） 五、综合题（15）
27
15
三、总体设计阶段
2、远程温度监控系统的硬件设计方案
（3）采用通信接口：核心板已经具备了UART接口，只要在该接口 基础上，增加RS485驱动器即可。RS485的驱动器选用MAX485芯 片。为提高可靠性，可以考虑采用光电耦合器进行隔离。 （4）LED接口：采用两个7段数码管即可。因为只有两个LED，直接 用GPIO口，采用静态显示的方式进行连接即可。 （5）按键：只有两个按键，可直接接两个GPIO的输入引脚即可。 （6）电源：计算整机的耗电量，设计电源。 核心板：5V，500mA LED:5V,200mA 继电器输出：200mA(估计值) 其他：300mA 因此，总体需要5V，1.2A。通常，保证电源工作在满 负荷的70%左右较为合理，因此，选用5V,2A的直流电源。
C H A P T E R
嵌入式系统设计实例 ---远程温度监控系统
1
本章提要
1 嵌入式系统的开发过程 2 系统定义阶段 3 4 5 总体设计阶段 构建设计阶段 系统集成阶段
2
一、嵌入式系统的开发过程
①
系 统 定 义 设计要求 可行性分析 需求分析 规格说明
②
系 总体设计方案的确定 统 软硬件功能划分 总 体 硬件体系架构设计 设 计 软件系统总体设计
24
任务安排
设计任务（14周要完成的任务） （1）完成需求分析规格说明书及概要设计说 明书 （2）完成硬件电路图的设计。 （3）编写程序，测试所用接口： A/D转换功能实验。 串行通讯功能（ModBus协议的制定与 实现）
25
任务安排（15周）
完成总体程序的编制。第16周在实验箱上 进行调试、验收。
13
三、总体设计阶段
1、远程温度监控系统的总体设计思路
根据上述分析，现场仪表的功能比较简单，用单片机 完全可以满足设计要求，而且比较经济。建议采用89C51 单片机来完成上述功能。 从学习的角度以及可扩展性方面考虑，采用ARM+ uC/OS的方式来实现。这样可以很方面地对该设计进行扩 展，以便实现比较复杂的功能。
18
四、详细设计阶段
1、硬件系统的设计
（1）设计方法:以厂家(实验箱或开发板)提供的电路为基础,进 行裁减或修改。 （2）以核心板为出发点，构建核心板的外围电路： 电源系统 LED显示电路 按键接口电路 RS485通讯电路 温度信号调理检测电路
19
四、详细设计阶段
1、硬件系统的设计
（3）电源系统的考虑 核心板需要3.3VDC,而有些外围电路，如RS485通讯、温度 信号检测等需要5VDC，这样，需要外供5VDC,然后用降压模块 变出3.3VDC.
14
三、总体设计阶段
2、远程温度监控系统的硬件设计方案
采用ARM进行设计，硬件系统一般采用核心板+扩展板 的方式实现。这样，设计比较简单，可靠性也较高。选用 SC2410 ARM9核心板，外围只需扩展出如下部分电路即可： （1）温度传感器信息的调理放大以及A/D输入：因为SC2410 已经具备A/D转换器，只需将温度信号放大到0~5V，送给 A/D转换器即可。 （2）继电器输出电路：用两个数字输出信号可以分别控制两 个继电器。考虑到SC2410的GPIO口的带负载能力有限，需 要使用三极管放大来驱动继电器。另外，加热继电器的输 出电流较大，可能需要采用中间继电器做进一步放大。
4. 所建议的系统 4.1 对所建议系统的说明 4.2 处理流程和数据流程 4.3 改进之处 4.4 影响 4.5 技术条件方面的可能性 5. 可选择的其他系统方案 6. 投资及效益分析 6.1 项目经费预算 6.2 收益分析 7. 社会因素方面的可能性 8. 结论
6
二、系统定义阶段
3、需求分析示例：远程温度监控系统 需求分析是针对设计要求进行分析，以确定各 项要求的可行性，以及相应的实现方法。通过需求 分析，可以确定要实现哪种功能、实现到什么程度、 技术指标等。 需求可分为功能部分和非功能部分。非功能性 需求包括了性能、价格、物理尺寸和重量、功耗等 方面的因素。
建议采用UML建立模型，进行准确描述。
7
二、系统定义阶段
3、需求分析示例：远程温度监控系统
（1）温度的检测：温度的可控范围为10-60℃，因此其检测 范围也比较小，可确定为0~100℃，采用普通的热电阻即 可实现该测量范围。测量精度在要求中没有提到，可与用 户具体商定。假定控制精度要求在1℃之内，则测量精度 至少应该比控制精度高1倍，即0.5℃。因此，测量范围为 0~100℃，测量精度为0.5℃。可以采用8位的A/D转换器实 现测量。
操作系统选择 开发环境选择选择 软件体系结构设计 元器件选择 线路板设计与制做 线路板测试 引导与操作系统移植 驱动程序设计 应用程序设计与调试
③
系 统 详 细 设 计
硬件详细设计
软件详细设计
系统集成与测试
④
3
二、系统定义阶段
系统定义阶段需要确定系统开发最终实现的目标、实现目标 的可行性、实现目标应采用的策略、估计完成系统开发所需的资 源和成本、制定工程进度安排计划。这一阶段的工作主要包括： 系统定义、可行性分析、需求分析和规格说明
22
四、详细设计阶段
1、硬件系统的设计
（6）温度检测电路 参考资料：
23
课堂练习及作业 Fra bibliotek
课堂讨论1:整个系统应该分几部分进行设计? 课堂讨论2:完善该系统的功能要求,写出详细 的功能流程. 课堂讨论3:什么是通讯协议?为什么要用通讯 协议?选择通讯协议的标准是什么? 作业:按照需求分析规格说明书,写出本系统 的需求分析说明书.
10
二、系统定义阶段
3、需求分析示例：远程温度监控系统
（4）存储要求：在用户的设计要求中，没有明确提出存储要 求。但从使用角度考虑，设定的温度应该需要存储。该数 值可存储在微机中，也可以存储在仪表中。从设计角度考 虑，为简化仪表的设计，通常仪表可以没有存储功能。因 此数值应该存放在微机上。而且，考虑到温度曲线也可以 保存，而温度曲线的数据量非常大，不适合在仪表内保存， 因而也需要在微机中保存。
20
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
21
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， 可用来连接两个按键。 GPFA-D都是16位的I/O接口，可接2个LED数码管。 数码管的每一段要接电阻，控制流过的电流。
12
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。
9
二、系统定义阶段
3、需求分析示例：远程温度监控系统
（3）通信方式的确定：在工业现场，可用的通讯方式有多种， 从经济性和可靠性方面考虑，可采用RS485通讯方式，这 样，与微机的连接也比较方便，在微机端，选用 RS485/232转换器即可。通讯速率可采用较低的速率，如 9600bps，这是因为通信数据较少，而且并不频繁。
17
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。
4
二、系统定义阶段
1、系统定义示例：远程温度监控系统的设计要求
（注：设计要求一般由用户提出，形成文档。这是项目的来源。设计要求 尽可能详细，尽量不要有歧义。）
在某工业现场，需控制厂房内的温度。要求采集现场的 温度信号，可通过控制现场的排气扇或加热器进行温度的 控制。具体要求如下： （1）现场温度可控范围为10-60℃，具体温度可设。 （2）排气扇功率为500w，加热器功率为3kw，均为交流220V 供电。 （3）要求具备远程通信接口，可与微机相连。 （4）可在微机上观察现场温度、排气扇及加热器的工作状况。 （5）可通过微机设定需要的温度。 （6）仪表可显示当前温度，并能通过简单的按键设定需要的 温度。
5
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
8
二、系统定义阶段
3、需求分析示例：远程温度监控系统
（2）温度控制的实现：降温措施是排气扇；升温措施是加热 器。排气扇或加热器的控制方法比较简单，只要控制上电 或断电即可。这可通过继电器来实现。继电器的输出功率 应该超出被控对象功率1倍，这样比较安全：排气扇控制 继电器1kw；加热器控制继电器6kw。即继电器输出参数为： 排气扇控制继电器（AC220V，5A）；加热器控制继电器 （AC220V，30A）。 从控制角度来看，被控对象是房间的温度。根据房间的 大小不同，控制对象有较大的时间滞后及较大的时间常数， 因而，需要通过实际测量来确定控制周期，从而确定信号 的测量周期。在此省略这一步。 假定测量与控制周期为1分钟。