嵌入式微控制器概述PPT课件

单击此处编辑母版标题样式,*,*,*,1.1,嵌入式系统的含义与发展历史,1.1.1,嵌入式系统与单片机,（,1,）嵌入式系统的由来,计算机产生：,因科学家需要一个高速的计算工具而产生。,计算机应用领域的发展：,数字计算逻辑运算与推理信息处理 通信工业控制 家用电器,嵌入式系统（,Embedded System,）含义：,面向测控对象，嵌入到实际应用系统中，实现嵌入式应用的计算机称之为嵌入式计算机系统，简称嵌入式系统。,1,（,2,）单片机的含义,单片机,是单片微型计算机（,Single Chip Micro Computer,）的简称，也称之为微控制器,（,Microcontroller Unit,，,MCU,）,或嵌入式计算机,(Embedded computer),，即在一块芯片上集成了中央处理单元,(CPU),、存储器,(RAM/ROM,等,),、定时器,/,计数器及多种输入输出,(I/O),接口的比较完整的数字处理系统。,2,目前典型的,MCU,内部框图,MCU内部总线（控制总线、数据总线、地址总线）,CPU,RAM,Flash存储器,A/D转换接口,工作支撑模块,定时器接口,串行通信接口,其他I/O模块,一个典型的MCU内部框图,3,（,3,）微控制器应用范围,微控制器应用范围遍及航空航天、医疗、通讯、楼宇自动、网络通讯等各个领域，典型应用领域如下：,测控领域,包括自动控制,/,装备控制,/,仪器控制,/,仪表控制等，该领域的应用是嵌入式系统最主要、最基本的应用形式，这种应用主要集中在生产领域，在该领域的应用已经持续了将近,30,年，并一直保持持续发展。,消费领域,家用电器、家用视频音频、娱乐产品、数码相机、,DVD,、,DV,、,MP3,播放机、掌上电脑、游戏机、,PDA,、数字电视等。,4,网络通信、移动通讯领域,交换机、嵌入式网关、路由器、防火墙、手机、网络电话、机顶盒等。,办公自动化设备和微机周边设备,传真机、复印机、打印机、鼠标、键盘、扫描仪、移动磁盘等。,航空航天、武器装备,医疗设备和仪器,智能玩具,5,微控制器,应用领域,嵌入式应用,信息家电,智能玩具,军事电子,通信设备,移动存贮,工控设备,智能仪表,汽车电子,网络设备,测控领域,消费领域,军事国防,电子商务,网络,6,具体产品,7,1971,年,11,月,Intel,公司首次宣布,4004,的,4,位微处理器，,1974,年,12,月,Fairchild(,仙童,),公司即推出了,8,位,MCU F8,，开创了,MCU,的初级阶段。,1978,年，,Zilog,公司推出,Z8 MCU,。,1980,年，,Intel,公司在,MCS-48,的基础上，推出了,MCS-51,，它使,MCU,的应用跃上了一个新台阶。,Motorola,公司于,1974,年开始推出,MC6800,微处理器，在,1979,年开始生产,MCU MC6801,，在,1983,年前后发展成为较高性能的,M68HC05,系列。,二十世纪九十年代是,MCU,制造业大发展时期，这个时期的,Motorola,、,Intel,、,ATMEL,、德州仪器、三菱、日立、飞利浦、韩国,LG,等一批企业开发一批性能优越的,MCU,，极大地推动了,MCU,的应用。,目前,MCU,正向大容量、高性能化；小容量、低价格化；外围电路内装化等几个方向快速发展，应用领域也不断地扩大。,1.1.2 MCU,的发展简史,8,1.1.3 MCU,在我国的应用与教学简况,二十世纪八十年代前后，单片机在我国开始应用，各理工科院校陆续开设了有关课程。在教学及应用上，,Zilog,公司生产的,Z80CPU,成为我国工业控制的主流，以,Z80,为,CPU,组成的,TP801,单板机在教学上及应用领域发挥过巨大作用。,二十世纪八十年代末至九十年代初，我国的工业控制领域开始转向使用,Intel,公司生产的,MCS-51,。,从,1999,年开始，,Motorola,公司及后来独立出来的,Freescale,公司在我国推广其新一代单片机,HC08,系列及增强型,HCS08,系列，已经对我国的单片机应用产生积极的影响。本书即以,HC08,系列单片机及,HCS08,系列单片机为蓝本学习嵌入式技术基础。,9,MCU,的体系结构,1：MCU 至少由CPU，存储器与I/O端口组成，它们可以以不同的方式组合，形成不同的体系结构。,A存储器分离编址,哈佛结构 生成双倍空间,B存储器统一编址,冯诺依蔓结构,10,存储器的访问,哈佛结构的存储器地址出现重叠,通过不同的控制线并配合不同的指令就可以区分开来,.,冯诺依曼结构可以使用同一指令访问两种存储器,仅由指令中的地址参数寻址不同的单元即可,.,哈拂结构地址重叠,用不同指令访问,.,用,MOVC,访问程序存储器,用,MOVX,访问数据存储器,.,冯,-,诺依曼结构可以用统一指令访问两种存储器,地址参数不同,.,11,12,I/O端口的编址,分离编址方按,:INTEL,的,MCU,将,I/O,端口作为内部寄存器处理,独立与程序存储器和外部数据存储器空间,类似哈佛结构的分离编址,MOTOROLA,的,MCU,则将,I/O,地址与存储器地址统一在一个空间,.,仅分配不同单元,13,寄存器编址,INTEL,的,MCU,使用内部的,RAM,作为寄存器用,MOV,指令访问,类似哈佛结构的存储器分离编址,MOTOROLA,的,MCU,的寄存器占用存储器资源,14,统一编址体系结构,程序存储器,数据存储,I/O端口,寄存器,CPU,15,内存大、小端排序问题,对于需要多于,8,位的数据，为其分配一组连续的存储空间，字节排序有两种方式：小端,(little endian),和大端,(big endian),。,所谓大端是指高字节存储在低的地址中，而低字节则存在高地址中；小端则恰好相反。,例如：将,0 x1234,写入到以,0 x0000,开始的内存中，则结果为：,地址 大端方式 小端方式,0 x0000 0 x12 0 x34,0 x0001 0 x34 0 x12,16,1.2,嵌入式系统的基本概念,1.2.1,嵌入式系统的定义及内涵,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。,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，具有自己的操作系统，具有特定功能，用于特定场合的嵌入式系统。,目前国内一个普遍被认同的定义是：,以,应用,为中心，以计算机技术为基础，,软件硬件可裁剪,，,适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求,的,专用,计算机系统。,简而言之，它是完成特定任务的专用计算机系统。,它是“嵌入到对象中的专用计算机系统”，“嵌入性”、“专用性”与“计算机系统”是嵌入式系统的三个基本要素，对象体是嵌入式系统所嵌入的宿主系统。,17,1.2.2,嵌入式系统的特点,软硬件一体化,需要实时操作系统（,RTOS,）支持,实时性：代码小、执行速度快,专用紧凑：用途固定、成本敏感,可靠性高,多样性：应用广泛、种类繁多,技术密集：集计算机技术、微电子技术、行业技术为一体,18,1.2.3,嵌入式系统的构成,嵌入式系统主要由嵌入式处理器、外围设备、嵌入式操作系统及上层应用软件系统等组成，它是集软件、硬件于一体的可独立工作的系统。,（,1,）嵌入式处理器,嵌入式处理器是嵌入式系统的核心，是控制、辅助系统运行的硬件单元。目前，世界上嵌入式处理器的种类已经超过,1000,种，流行的体系结构包括,MCU,、,MPU,等,30,多个系列，速度越来越快，性能越来越强，价格也越来越低。,嵌入式处理器可以分为：嵌入式微处理器,(MPU),、嵌入式微控制器,(MCU),、嵌入式,DSP,处理器,(DSP),和嵌入式片上系统,(SOC),。,19,嵌入式微处理器(Embedded Micro Processor Unit，EMPU),MPU是由通用计算机中的CPU演变而来的，它与CPU的关系是专用和通用的关系。,MPU只保留与嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除其他冗余功能部分，配上了必要的扩展外围电路，如存储器的扩展电路、I/O的扩展电路和一些专用的接口电路等，以最低功耗和资源满足嵌入式应用的特殊要求。,MPU目前流行体系有ARM、MIPS、Power PC、68000、Am186/88等系列。,处理能力和速度通常按字长划分为8位(仍然存在!)、16位(主流)和32位(开始流行)。,20,嵌入式微控制器(Micro Controller Unit，MCU),MCU就是将整个计算机系统集成到一块芯片中。MCU的典型代表是单片机。,嵌入式微控制器一般以某一种微处理器内核为核心，芯片内部集成Flash、RAM、EEPROM、总线、总线逻辑、定时/计数器、WatchDog、I/O、串行口等各种必要功能模块。MCU目前的品种和数量最多。,比较有代表性的有51系列和非51系列，51系列包括：1980年Intel公司推出MCS-51、Philips公司从Intel公司获得授权开始生产80C51单片机、Atmel公司推出的Flash型51单片机以及后来，欧美、日本、台湾、韩国等很多厂商从Intel公司获得51专利，结合自己的技术优势，生产兼容型或增强型51核单片机，51逐渐成为业界的一个事实标准（非垄断性）。,21,目前，除了,Philips,和,Atmel,的,51,核单片机外，市场上还有大量的,51,核单片机产品：,Infineon,的,C500,系列；,台湾华邦的,W77,、,W78,、,W79,系列；,Maxim,（,Dallas,）的的,DS80C320,系列；,OKI,的,MSM80C,系列；,HYUNDAI,的,GMS90/97,系列；,ST,的,uPSD,系列；,ADI,的,C8XX,系列；,TI,的,MSC1211,、,TUSB,系列；,上海新茂公司的,SM,系列；,SST,公司的,89E,系列；,Silabs,的,C8051F,系列；,22,在,51,得到广泛应用的同时，其他一些非,51,单片机由于具有某些特色各自具有一定的市场份额：,Microchip,的,PIC,系列单片机；,摩托罗拉,08,系列单片机；,Zilog,公司的,Z8/Z86,系列单片机；,ST,的,ST,系列,8,位单片机；,Atmel,的,AVR,系列单片机；,NS,（美国国家半导体）的,COP8,系列单片机；,三星的,KS86/KS88,系列单片机；,Scenix,公司的,SX,系列单片机；,NEC,公司的,78K,系列,8,位单片机；,富士通的,MB8900,系列单片机；,东芝的,970/90,系列单片机；,Epson,的带,LCD,驱动的,S1C88,系列单片机；,瑞萨（日立、三菱）的,H8,系列、,740,系列等；,cypress,的,CG/CY,系列,PSoC,混合信号阵列。,23,其中，飞思卡尔公司（,Freescale,）以其丰富多彩的单片机系列（,8,位、,16,位和,32,位）在移动通信、,PDA,、汽车、网络通信、工业控制等方面均获得成功。,飞思卡尔微控制器的有着,51,单片机不可比拟的特点：,技术成熟，可靠性高，抗干扰和电磁兼容性强，内部资源丰富，品种齐全，选择余地大，新产品多。,更重要的是飞思卡尔单片机的调试方式有了根本性的变革，与过去的调试方式不同，不再需要仿真器，调试是通过,BDM,头直接对,MCU,中的程序进行调试。,BDM,头除实现,Flash,写入、擦除功能外，还可以在应用程序运行时，动态地获取,CPU,、存储器等瞬态信息。,BDM,调试工具与单片机的通信通过双向的,BKGD,引脚实现。调试模式有两种：单步调试和断点调试。,24,嵌入式DSP处理器(Embedded Digital Signal Processor，EDSP),DSP处理器是专门用于信号处理方面的处理器。,DSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于执行DSP算法。DSP核心代码使用汇编，有较高的执行效率