单片机与嵌入式系统课件

❸第7章微型耐宾机基砒

单片机与嵌入式系统

主讲教师：师硕

E-mail:shishuo@

shsh9909@

河北工业大学

计算机科学与软件学院

©第7章微型行寡机基砒0

计算机的发展

・电子管计算机(1946-1956)

・晶体管计算机(1957-1964)

・中小规模集成电路计算机(1965-1970)

•超大规模集成电路计算机(1971-今)

•第五代人工神经网络计算机

•第六代生物计算机

©第7章微型行寡机基砒0

电子计算机按其性能分类:

■大型计算机

・中型计算机

•小型计算机

・微型计算机。

微型计算机是第四代计算机

的一个重要分支，1971年出现

©第7章微型行寡机基砒0

微型计算机的分类

­常见的分类方法有以下4种：

•按字长分：8位机，16位机，32位机和64位机

等。

•按用途分：工业过程控制机与数据处理机等。

•按芯片型号分：286机，386机，486机与

Pentium机等。

•按组装形式分：单片机、单板机、多板微型计

算机等。

©第7章微型行寡机基砒0

单片机

•单片机：如果将构成微型计算机的各

功能部件（CPU,RAM,ROM及I/O接

口电路）集成在同一块大规模集成电路

芯片上，一个芯片就是一台微型机，则

该微型机就称为单片微型计算机，简称

单片机。

第7章微型行宾机基础0

•单板机：如果将CPU芯片、存储器芯片、I/O

接口芯片及简单的输入、输出设备（如小键盘、

数码显示器LED（发光二极管）装配在同一块

印刷电路板上，这块印刷电路板就是一台完整

的微型机，称为单板微型计算机，简称单板机。

•多板微型计算机：也称系统机，把微处理

器芯片、存储器芯片、各种I/O接口芯片和驱动

电路、电源等装配在不同的印刷电路板上，各

印刷电路板插在主机箱内标准的总线插槽上，

通过系统总线相互连接起来，就构成了一个多

插件板的微型计算机。

©第7章微•••型行寡机基砒>*>

单片微型计算机(SCMC)

SingleClipMicrocomputer

将中央处理器、随机存储器、只读存贮器、中断

系统、定时器/计时器以及I/O接口电路等主要微型

机部件集成在一块芯片上。

单片机又可称之为微控制器(MCU)

MicroControllerUnit

©第7章微型行寡机基砒0

阜片计算机台奏

通用单片机：

是一个基本芯片，内部资源比较丰富，性能全面且通

用性强，覆盖多种应用需求。

专用单片机：

针对某一种产品，或是某一种控制应用而专门设计的。

设计时已经使系统结构最简；软硬件资源利用最优；

可靠性以及经济成本最佳。

本课程介绍的MCS-51系列单片机是一种通用单片机,

其结构和原理对所有单片机都是适用的。

©第7章微型行寡机基砒

抵型计算机的两人令式

微处理器(MPU)-着重于信息处理

分计算机

微控制器(MCU)-着重于控制

分单片机

❽第7章微型耐送机基砒、_______自

一截林直阀辖璃丽两人类嗅U

—DBI/O

接口

c系统总线♦

p1||:]

回,福.陶萨

存储器存储器

A

❸第7章微型行宾机基砒0

1.4单片微型计算机的发展及应用

1.4.1单片机的发展

1.4.2单片机的发展

1.4.3单片机的典型

1.4.4单片机的

oOo

.4.1单片机的发展历史

1974年12月，美国仙童（Fairchild）公司推出了世界上第一台8位

单片机F8。单片机的发展过程分为以下几个发展阶段。

第一代单片机（1974—1976年）

单片机发展的起步阶段。集成度也较低，并且采用了双片形式。

代表产品有Fairchild公司的F8和MosteK公司的3870等。

第二代单片机（1976—1978年）

这是单片机的发展阶段。

最典型的产品有Intel公司的MCS-48系列单片机。

第三代单片机（1979—1982年）

这是8位单片机的成熟阶段。

代表产品有Intel公司的MCS-51系列机、Motorola公司

的MC6801系列机、公司的Z8系列机等。自

第四代单片机（1983年以后）JkM

1.4.2单片机的发展趋势

目前，单片机正朝着高速度、高性能和多品种方向发

展，单片机的发展趋势具体体现在以下四个方面：

1.CPU功能增强

2.内部资源增多

3.引脚的多功能化*

4.低电压和低功耗可

1.4.3

1.八位低档系列机

MCS-48系列是Intel公司1976年后推出的八位系列机单片机

2.八位高档系列机

MCS-51系列单片机是Intel公司1980年以后推出的8位高档机

3.十六位单片机系列

Intel公司从1984年开始推出高性能的十六位MCS-96系列单片机

■T单片机的应用

单片机具有集成度高、结构简单、可靠性高、控

制功能强、应用灵活方便和价格低等优点，因此广泛

应用于国民经济的各个领域。单片机的应用提高了机

电设备的技术水平和自动化程度，对各行各业的技术

改造和产品更新换代起到了重要的推动作用。

1.单片机特别适用于机、电、仪一体的智能产品

(1)单片机在日常生活中的应用

(2)单片机在数据处理方面的应用

(3)单片机在智能化的仪器仪表中应用

2.单片机在工业控制中的应用

3.单片机在通讯方面的应用

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单片机成功地应用于玩具、游戏机、无绳电话、

充电器、按摩器、IC卡电话、IC卡水表、IC卡煤气表、

IC卡电度表、流量温控仪表、家庭自动化、电子锁、

电子秤、步进电机、防盗报警、电子日历时钟等这些

日常生活的产品中。

图形终端、彩色黑白复印机、软盘及硬盘驱动器、

磁带机、打印机的内部都采用单片机进行控制。

在各类仪器仪表中（包括医疗器械、色谱仪、温度、

湿度、流量、流速、电压、频率、功率、厚度、角度

长度、硬度、元素测定等）引人单片机，使仪器仪表

数字化、智能化、微型化，功能大大提高。

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嵌入式系统简介

•计算机系统的三大领域

-服务器市场

•功能强

•利润最大的市场

•可用性强

•可扩展性

-桌面市场

•最广阔的市场

-嵌入式市场

•潜力最大的市场

©第7章微型行寡机基砒0

嵌入式系统简介

•以往计算机分类：

-大型计算机、中型机、小型机和微计算机

・目前计算机分类：

-超级计算机，大型计算机、工作站、微计算机、亚

微计算机

亚微计算机（嵌入式计算机）是以嵌入式系统的形

式隐臧在各种装置、产品和系统中

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©第7章微型行寡机基砒0

嵌入式系统定义

•一般定义

-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。是修应用程序、

操作系统和计算机硬件集成在一起的系统（技术角度）

-嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件，并使

其紧密耦合在一起的计算机系统。（系统角度）

・术语嵌入式反映了这些系统通常是更大系统（被称之为嵌入的系统）

的一个完整子系统。嵌入式的系统可以包含多个嵌入式系统。

•广义定义

-任何一个非计算机的计算系统

第/章微型计真机基砒0

嵌入式系统定义

•IEEE定义

一原文为：devicesusedtocontrol,

monitor,orassisttheoperationof

equipment,machineryorplants）。

-嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助

操作的机器、设备或装置”通常执行特定

功能

•嵌入式系统的核心----嵌入式微处理器

•严格的时序和稳定性要求

•全自动操作循环

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嵌入式系统定义

•微机学会定义

-嵌入式系统是以嵌入式应用为目的的计

算机系统。可分为系统级、板级、片级

•系统级：各种类型的工控机、PC104模块

•板级：各种类型的带CPU的主板及OEM产品

•片级：各种以单片机、DSP、微处理器为核心的产

品

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嵌入式系统定义

•广义上讲，凡是带有微处理器的专用软硬件系统都可称

为嵌入式系统。如各类单片机和DSP系统。这些系统在完

成较为单一的专业功能时具有简洁高效的特点。但由于

他们没有操作系统，管理系统硬件核软件的能力有限，

在实现复杂多任务功能时，往往困难重重，甚至无法实

现。

•从狭义上讲，我们更加强调那些使用嵌入式微处理器构

成独立系统，具有自己操作系统，具有特定功能，用于

特定场合的嵌入式系统。

第7章微型行宾机基础0

嵌入式系统的特点

-功耗限制

•嵌入式系统中，尤其是在用电池供电的嵌入式系统中，这是

一个主要考虑的因素。大耗电量直接影响到硬件费用，并影

响电源寿命以及带来散热问题。

-低成本

•包含硬件成本和软件成本。硬件成本主要决定于所使用的微

处理器、所需的内存及相应的外围芯片；软件成本通常难于

预测，但一个好的设计方法有利于降低软件成本。

-多速率

•系统同时运行多个实时性任务，系统必须同时控制这些动作,

但这些动作有些速度慢，有些速度快。

-环境相关性

・嵌入式系统不是独立的，而是与其被嵌入的设备紧密相关联。

第7章微型行宾机基础0

嵌入式系统的特点

-系统内核小

•由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置的，

系统资源相对有限，所以内核较之传统的操作系

统要小得多。

•比如ENEA公司的OSE实时OS,内核只有5K,而

Windows的内菽则要差得多。

-专用性强

•嵌入式系统的个性化很强，其中的软件系统和硬

件的结合非常紧密，一般要针对硬件进行系统的

移植。

•同时针对不同的任务，往往需要对系统进行较大

更改，程序的编译下载要和系统相结合，这种修

改和通用软件的“升级”是完全不同的概念。

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嵌入式系统的特点

-不可垄断性

•PC有WinTel垄断

•嵌入式系统工业的基础是以应用为中心的“芯片”

设计和面向应用的软件产品开发。

_产品相对稳定性

•普通处理器18月

•嵌入式处理器8-10年

9第7章微型计算机基础0

嵌入式系统市场

-2001年嵌入式系统国际会议年会JimTurley

的报告中，统计得到PC的数量只占CPU总

耗量的0」％。

-据CCID2003年的数据显示，2000年嵌入式

软件市场规模为70.33亿元，2001年为95.43

亿元，2002年118.56亿元，三年平均增长

38.85%O

-2002年中国软件市场为345.0亿元，嵌入式软

件约占软件总市场的34.37%。

第/章微型行窜机基砒0

嵌入式系统市场

-2004年，软件统计数据为：

-套装软件共计478亿元，为具有独立产品形态的软件。

•其中包括系统软件89亿元（操作系统44.19亿元、数据库管

理系统20.06亿元、支撑软件25.71亿元）、

・中间件软件6.98亿元、

・应用软件304.53亿元（包括通用应用软件（安全软件、办

公软件、管理软件、游戏软件、教育软件等）与行业应用

软件（金融、电信、政府等））、

-嵌入式软件（673.62亿元）

-相关软件服务（937.48亿元）：除生产产品化软件

之外的所有的软件研发及相关活动，包括系统集成、

软件外包、咨询、数据加工和处理等。

©第7章微型行寡机基砒0

嵌入式系统组成

应用程序

操作系统

（协议栈）软件子系统

©第7章微型行寡机基砒0

嵌入式系统的软/硬件框架

功能层应用程序

图形用户

文件系统任务管理

软件层接口

实时操作系统(RTOS)

中间层BSP/HAL硬件抽象层/板极支持包

D/A通用接口

嵌入式

A/DROM

硬件层微处理器

I/OSDRAM

人机交互接口

嵌入式计算机系统

1.2.1微型计算机的组成

微型计算机

1、存储器（类型、结构、重要指标）

类型：

ROM正常工作时只能读不能写的存储器

产ROM可编程ROM,厂家一次写入

不

易EPROM用户可编程可擦写ROM,紫外线擦除器

失EEPROM电可擦写可编程ROM,在线，读快/写慢

[FlashPEROM闪速可编程可擦写ROM

RAM正常工作时即可读又可写的存储器

DRAM动态RAM,集成度高，外加刷新电路]

SRAM静态RAM,成本高、速度快卜J

iRAM全集成化RAM,DRAM+刷新电路J失

NVRAMSRAM+EEPROM,不挥发即不易失

❸第7章微型耐送机基砒0

ROM和RAM的主要区别：

1、断电后ROM内的信息不丢失

RAM中的信息立即丢失

2、读/写方式不同

ROM采用特殊方式写入信息，

正常工作是只读方式

RAM正常工作既能读又能写

oOo

©第7章微型行寡机基砒

第7章微型行寡机基砒A

一赢需谣而行要指标0

存贮容量

存储单

存储容量=2地址线条数X数据线的条数bit元个数

—字数X字长

D

Vpp