单片机原理及应用 第一章 绪论

单片机原理及应用北京化工大学信息科学与技术学院主讲教师：林伟国E-mail:linwg@,cn课程内容硬件结构指令系统外部功能扩展编程技术应用基础第一章绪论什么是嵌入式系统国内外普遍认同的嵌入式系统定义为：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统的发展虽然嵌入式系统是近几年才风靡起来，但是这个概念并不是新进才出现。从二十世纪七十年代单片机的出现到今天各式各样的嵌入式微处理器、微控制器的大规模应用，嵌入式系统已经有了40年的发展。作为一个系统，往往是硬件和软件交替发展的，双螺旋的支撑下逐渐趋于成熟和稳定的，嵌入式系统也不例外。1）嵌入式系统的出现最初是基于单片机（70年代出现）的，此时的应用还只是执行一些单线程的程序，还谈不上“系统”的概念2）从80年代早期开始，嵌入式系统的程序员开始用商业级的“操作系统”编写嵌入式应用软件，“嵌入式系统”真正出现了。确切点说，这个时候的操作系统是一个实时核，这个实时核包含了许多传统操作系统的特征，包括任务管理、任务间通讯、同步与相互排斥、中断支持、内存管理等功能。其中比较著名的有ReadySystem公司的VRTX、IntegratedSystemIncorporation(ISI)的PSOS和IMG的VxWorks、QNX公司的QNX等。这些嵌入式操作系统都具有嵌入式的典型特点：它们均采用占先式的调度，响应的时间很短，任务执行的时间可以确定；系统内核很小，具有可裁剪，可扩充和可移植性，可以移植到各种处理器上；较强的实时和可靠性，适合嵌入式应用。3）90年代以后，随着对实时性要求的提高，软件规模不断上升，实时核逐渐发展为实时多任务操作系统（RTOS），并作为一种软件平台逐步成为目前国际嵌入式系统的主流。这时候更多的公司看到了嵌入式系统的广阔发展前景，开始大力发展自己的嵌入式操作系统。除了上面的几家老牌公司以外，还出现了PalmOS，WinCE，嵌入式Linux，Lynx，Nucleux，以及国内的Hopen，DeltaOs等嵌入式操作系统。随着嵌入式技术的发展前景日益广阔，相信会有更多的嵌入式操作系统软件出现。常用的嵌入式系统(1)VxWorksVxWorks是WindRiverSystem公司开发的具有工业领导地位的高性能实时操作系统内核，具有先进的网络功能。VxWorks的开放式结构和对工业标准的支持，使得开发人员易于设计高效的嵌入式系统，并可以以很小的工作量移植到其它不同的处理器上。其主要特点如下：

可裁剪微内核结构；高效的任务管理能力(多任务-具有256个优先级);具有内存共享技术。微秒级的中断处理能力。支持多种物理介质及标准和完整的TCP/IP网络协议。灵活的引导方式(支持从ROM、U盘、本地盘、软盘、硬盘或网络中引导)。快速灵活的I/O系统管理能力。支持MS-DOS和RT-11等多种文件系统、支持本地盘、U盘、CD-ROM的使用。VxWorks是一个商用操作系统，用户需要购买licence。(2)QNXQNX是由QNX软件系统有限公司开发的一套实时操作系统，它是一个实时的、可扩展的操作系统，部分遵循了POSIX相关标准，可以提供一个很小的微核级及一些可选择的配合进程。其内核仅提供四种服务：进程调度、进程间通信、底层网络通信和中断处理。其进程在独立的空间中运行，所有其它操作系统服务都实现为协作的用户进程，因此QNX内核非常小巧，大约几千字节，而且运行速度极快。。(3蛛)抬Wi楚nd散ow砍s求CEMi府cr埋os锻of元t颗Wi涨nd编ow轻s园CE是从掉整体应上为革有限年资源拾的平新台设裤计的偶多线充程、稠完整业优先河权、祸多任歉务的谎操作宣系统热。它昨的模皂块化究设计办允许衬它对吧从PD谊A到专跃用的金工业仿控制直器用词户的绩电子竭设备记进行蚁定制冠，操械作系么统的扔基本厉内核去至少菜需要20古0K鄙B。(4锯)uC/O分S-饭IIuC/O誓S-致II系统精源码帅开放予，简武单易涨学，耕提供溜了嵌砖入式剂系统轿的基称本功躺能，羽其核勾心代牵码短券小精窄悍，塘如果燃针对召硬件作进行页优化耗，还垂可以王获得岩更高挑的执裂行效谱率。挡当然鸣，uC/O尤S-雷II相对煌于商绳用嵌砍入式剃系统转来说垃还是抵过于奴简单效，而蒙且存少在开屯发调活试困蹦难的遥问题钢。uC/O潜S-克II的主理要特础点包坚括：雾公开箱源代腔码、烫可移暴植性罗很强(采用AN微SI阔C编写)、可绢固化板、可伤裁剪里、占扇先式客、多嘉任务蹲、系母统任香务、著中断鉴管理石、稳向定性灭和可篮靠性阁都很构强。(5涂)虚Li盒nu恢xLi过nu弟x是现端在最增为流从行的呆一款吩开放铃源代朽码的冒操作兵系统巷。Li列nu扬x从19火91年问股世到链现在真，短放短10年的还时间材内已语发展想成为双一个互功能祥强大芒、设拳计完耻善的抵操作忽系统衣，伴锋随网舟络技穿术进渗步而担发展渔起来垄的Li少nu盾x含OS已成倘为Mi宜cr久os骡of据t公司搬的DO墙S和Wi销nd谈ow挎s浩95勉/9欧8的强天劲对螺手。Li危nu出x系统旧不仅姐能够构运行图于PC平台像，还凶在嵌签入式器系统六方面罢大放依光芒滔，在车各种赵嵌入厉式Li锋nu贝x壁OS迅速货发展馆的状糟况下熄，Li宵nu啄x据OS逐渐碍形成乏了可透与Wi茧nd毁ow耳s朴CE等EO碧S进行惨抗衡坟的局楼面。激目前烘正在席开发椒的嵌沿入式委系统兵中，49役%的项斗目选贵择Li咐nu量x作为掘嵌入陈式操福作系党统。Li次nu藏x现已疏成为头嵌入楚式操愿作的消理想勾选择波。常用搜的嵌智入式倚处理撑器嵌入快式处猴理器竞种类夏繁多溉，有AR红M,进MI他PS，PP润C等多遮种架央构1）PO苗WE剑RP专C：Po叫we嘴rP架C是一分种精仗简指史令集片（RI帮SC）架施构的群中央蜜处理注器（CP碧U），轰其基响本的惜设计章源自IB巾M的IB俯M俯Po货we侮rP谎C乞60腾1微处什理器PO喷WE尼R（Pe责rf仔or职ma币nc险e懒Op滴ti荣mi切ze狭d捎Wi傲th宝E毕nh果an馒ce里d尺RI辆SC；《I胳BM浆C礼on惰ne建ct电子罗报》2敲00群7年8月号迅译为球“增键强RI宁SC性能测优化兄”）惊架构猴。二盐十世尾纪九沫十年第代，IB竖M、Ap值pl笔e（和Mo粮to率ro旦la公司游开发Po厚we春rP得C芯片启成功吓，并架制造右出基啊于Po除we洪rP聋C的多浪处理迫器计猪算机熊。Po甘we坐rP听C架构拘的特怠点是纠可伸狭缩性甘好、志方便喷灵活财。2）MI法PS：MI和PS技术寺公司怠则是宰一家温设计谋制造出高性蔽能、散高档深次及呢嵌入容式32位和64位处歇理器筝的厂佩商。广在通仰用方吼面，MI挑PS竭R系列做微处蛇理器捧用于兆构建SG蜡I的高魄性能惭工作句站、端服务朴器和撕超级还计算浮机系便统。纵在嵌题入式象方面洒，MI蛇PS岸K系列趣微处撞理器性是目雾前仅筋次于AR想M的用井得最恳多的川处理男器之乖一（19己99年以厨前MI笨PS是世蒸界上赶用得朋最多着的处牛理器然），州其应舍用领幅域覆钥盖游轨戏机扶、路扰由器编、激亭光打父印机亮、掌欲上电峰脑等窗各个锦方面抗。3）AR炉M捉(A但dv马an尾ce副d睁RI献SC仅M湾ac鹅hi嫂ne畏s)应用线最为钓广泛姥的嵌真入式摄处理芳器AR乔M处理吵器概宇述AR灾M英文碑全称冤为Ad迈va棵nc首ed馆R倒IS阔C垂Ma制ch溪in场e，既氏可以耻认为四是一嗓个公后司的此名字耕，也礼可以鱼认为植是对碰一类烂微处迟理器赞的统厚称，快还可修以认武为是猛一种奥技术测的名圣字。AR粘M体系裕架构五的版摘本就贼是它沾所使扰用的勺指令夕集的热版本淘。AR座M架构钥支持32位的AR案M指令饱集和16位的Th榴um垂b指令私集，需后者斯使得蜓代码碑的存盘储空馅间大凶大减盼小。封还提友供了关一些爱扩展猫功能星，比奴如Ja撞va加速闲器、烫用以完提高高安全郑性能逢的Tr绢us露tZ员on狂e技术馆、智盾能能载源管序理（In飘te炉ll烦ig湾en漂t侵En免er齐gy捷M益an鄙ag虚er）、SI聚MD和NE率ON障TM哪D等技浩术。目前盟应用无比较吧广泛词的AR窜M系列承处理套器有AR饰M7暑,A张RM衣9等。其三凳大特爆点：品耗电王少功闷能强议，16锐/3蛋2位双限指令献集，风众多屋合作晌伙伴应用跟最广娃泛嵌入宁式系驼统开掩发1.嵌入它式交气叉编译译环剧境搭胞建和Qt编程采用灯宿主嚼机——目标兼机开穴发模此式宿主蜓机：粥普通PC机，阀安装UB猎UN夫TU贞8.同10目标易机：AR辞M9开发升板（1）搭辞建AR粒M—往Li怠nu以x交叉羽编译奋环境富是在LI睬NU胶X系统崖下开怪发AR责M体系处结构析运行捉代码竖的前昌提使用cr规os击st池oo遗l编译ar冈m-li盈nu钓x交叉迁编译穷工具挣链装载Qt库和深触摸陪屏库（2）NF度S网络仪文件蒸系统用于爽在线剩调试莫程序器，需睬要安诞装NF们S服务滴，连纤上网坚线（3）Qt是一谊个C+蓄+的图打形库图形基界面答友好良好参的跨瓶平台则性2.在AR贪M板上号安装LI招NU蜜X系统（1）移纠植Bo折ot樱lo状ad复er系统墙上电牛开始祖执行佩，初盘始化行硬件答设备挂，准夏备好怖软件今环境凉，最令后调登用系霸统内姻核，摄相当女于WI丑ND走OW竿S启动达时的BI偿OS(2皂)移植li戴nu习x内核完成保进程辫管理析，设血备驱扯动程油序，纯中断胆管理县，内打存管识理，永进程浅间通众信，游网络生管理光和系锹统启舟动等速操作凤系统仗功能歇的实别现（3）烧拥写文扣件系缎统目录葱结构勾遵循FH滑S（Fi织le们sy输st颤emHi挣er趁ac武hySt稀an含da法rd）标傻准配置滤编译赖内核流时需纤要配辈置US何B驱动Li覆nu揭x系统互对硬钟件设垮备的龙操作颜需要多通过命设备驱动撕程序一、殿什么逝是单煮片机利用桑大规水模集脏成电节路技保术将吉计算再机的恰主要种部件晌，如毛：CP眼U、存腥储器鸽、定志时/计数满器、I/塔O接口滤等，失集成险在一通块芯斗片上轰，构厉成芯弹片级朗的微饲型计剥算机挡，称症单片炸微型繁计算消机。二、劣特点1)功能榴全2)体积跑小，佣成本稠低3)可靠光性高4)面向浮实时惜控制适应悼温度咸范围受宽：工业犯级：-4测0~亲+8醒5OC军事闪级：-6妥5~村+1算25OC三、惊应用工业仿方面柜：电肠机控提制、贴工业疼机器货人、股过程壶控制仪器桐仪表阔：智奏能仪淘表民用笼方面触：家忽用电嘴器、浅掌上绸电脑萍、IC卡军事愿装置讲：导朝弹控基制、折智能次武器扑装置通讯皮技术四、MC秩S-秒51系列怠单片金微机生产额厂家咽：In竟te吵l主要罩产品押：80猴51、80旁C5林1、87四51、80运31、80琴52、80延32等特点授：八饶位单岩片微立机，弟引脚惨及指余令系企统兼把容支持惑厂商洋：AT稼me拉l，Ph友il怨ip财,东芝蚂，三逢星，秩华邦棕等五、届当今弱世界蚀著名酿单片伍机简沈介C8纺05求1F系列8位单瓦片机SI啊LI菠CO植N蹦LA出B公司牙出品主要倾特点咽：高速8位CI件P-课51内核竹，最栏高可括达10振0M救Hz集成锤多种夏模拟用数字片内铲外设，如DA感C、AD辉C、比搁较器脱、CA继N控制障器、US火B控制怠器等代表您型号俊：C8衬05仪1F梢02览0印C8辞05隐1F喝35布0等。五、地当今山世界悠著名背单片沫机简裤介AV株R8镇bi柜t系列8位单让片机AT吉ME澡L公司昏出品主要储特点秒：内置割低温俊漂时趴钟电享路，番可配杨置熔宏丝位惠进行芬时钟渠设置陈。内侨置I2衫C、SP萝I总线炮、10位AD斤C新型保号内守置CA虏N控制笋器。代表暴型号去：AT队ME门GA叉12中8礼A谅TT倍IN扭Y1速3AT乳90板CA讯N1直28等。五、屋当今匆世界斑著名区单片丑机简议介MS守P4铸30系列16位超寻低功亲耗单凉片机Te岩xa宏s挡In蓬st冶ru缓me拆nt公司亏出品主要窄特点死：超低延功耗裤，可迅以用但在多谅种对具功耗居要求陷苛刻策的场筛合，愚内部拴集成AD继C、DA岔C、SP滥I、I2齐C、DM瓦A、比螺较器葵等片内哑外设。全躁系列衫工业脉级要忧求封钩装。代表绢型号峰：MS摸P4兴30天F1肆49桃MS尚P4破30蚊F1西69MS螺P4朽30茂F5应43臂8等。五、英当今醉世界塔著名司单片裁机简搭介ds忽PI铸C系列16位数搞字处奖理单冒片机Mi演cr屿oc肆hi毛p公司绳出品主要兼特点占：结合阿了DS禽P的强云大数孙字处眉理、兔浮点姿运算初能力岁和MC点U的强姜大控导制能递力，请组成梅了全沙新的DS愤C（数新字处墓理控端制器赛），棉适合倚于对矩运算却和控辰制要咏求均揭很严震格的旦应用浑场合银。代表牧型号约：ds耳PI案C3传0F奶50历13等。五、暂当今沫世界片著名拘单片恋机简杂介LP鱼C2遍xx真x3炭2位单拍片机NX速P公司娱出品主要浆特点纺：AR舟M7症TD雀MI内核唱，封吵装形榨式多示样，曲有多臣种不委同型饥号供被高中迎低端栗应用解选择贪，集晃成多写种片珠内外犹设，模可以灯跑较锯小的μC-O劫S、μC尿li膊nu渣x等操诱作系悔统，产目前玻应用烤较为挖广泛幅。代表吧型号幕：LP垄C2愈10矩3云LP靠C2醉14恰8等。五、背当今铃世界神著名虏单片俱机简肥介ST残M3星2系列32位单求片机ST公司夸出品主要胞特点助：最新AR商Mv窑7架构AR吊M桐Co井rt牵ex法-M珍3内核涝，集略成12位AD姐C、DA叹C、多慢路UA李RT、SP存I、I2工C、US野B、CA杀N控制态器等嫩。性堪价比汇很高也，全蓄系列嫌工业姿级要吴求封刺装。代表吸型号项：ST钻M3但2F性10赵3C蛋8T家6ST擦M3震2F龄10设3Z甩ET溜6等。应用衰举例磁记吩忆检诸测原蛋始电询路在原循始电乓路基勤础上反改进坟而成宣的第谷二版调电路基于CP产LD的多促路并巨行采扬样电适路第三匀版电欠路基于CP较LD和单左片机恐的磁鸽记忆撒检测第三敲版电勤路（饮反面吸）基于AR死M处理乏器的单触摸羊屏磁记误忆检极测系旧统实物读展示系统你组成熊结构润滑迷油油应品监胜测系剩统现场献仪表润滑溉油油骗品监劫测系酷统监测物系统基于MS穷P4凡30少F1财49单片吐机的渡数据凡采集明通信荐模块系统樱应用GPS信号RTUGPS天线