物联网系列专业课程：单片机与嵌入式

,23:07,/,#,单片机与嵌入式,中智讯（武汉）科技有限公司,嵌入式系统概述,常用嵌入式平台,嵌入式开发方法,嵌入式常用外设,嵌入式开源硬件,嵌入式定义,Embedded Systems,的定义无论是学界或者业界，都有相当多种说法，应用的范畴更是远超出一般人的想象,根据英国电机工程师协会的定义：嵌入式系统为,控制、监视或辅助设备、机器,或甚至工厂运作的装置,它具备了下列的特性：,设计的目的，在于执行特定的功能,以微电脑与周边构成核心,严格的时序与稳定度要求,全自动操作循环,嵌入式系统为一种计算机软件与硬件的综合体，特别强调,量身定做,的原则，基于某一种特殊用途上，针对这项用途开发出截然同的系统，是所谓的,客制化,(Customized),系统,。,嵌入式定义,总结：嵌入式系统是以应用为中心，计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的,专用计算机系统,。,广义定义：任何一个非计算机的计算系统,嵌入式组成,嵌入式系统一般由嵌入式硬件和软件组成,嵌入式硬件：,微处理机,(Microprocessor)/,微控制器,(Microcontroller),内存,(Memory),特殊用途之集成电路芯片,(ASIC),输入与输出,(Input/Output,I/O),接口与输入与输出装置,软件包括：初始化代码及驱动、嵌入式操作系统和应用程序等，这些软件有机地结合在一起，形成系统特定的一体化软件。,硬件,应用程序,图形用户接口,通用接口,D/A,文件系统,嵌入式操作系统,HAL/BSP,嵌入式,微处理器,软件,A/D,I/O,ROM,SDRAM,人机交互接口,应用层,OS,层,驱动层,硬件层,从传统计算机到嵌入式,嵌入式操作系统：,Linux,windowsCE,资源有限,实时要求：时间确定性,成本要求,功耗要求,开发主要专用工具和特殊方法,桌面操作系统：,Windows XP/7/10,专用微处理器：,51,，,AVR,，,PIC,，,MSP,，,ARM,，,DSP,外围接口电路：,IIC,、,UART,、,SPI,、,USB,、,LCD,、,MMC,X86,处理器,嵌入式与物联网,ARM,Embedded Solution,Intelligent Hardware/,Io,T,Cortex-M Series,Application Platform/,Mobile,Cortex-A Series,全新嵌入式架构：,ARM Cortex-A&Cortex-M,万物智能互联,全新嵌入式架构：,ARM Cortex-A&Cortex-M,双平台让万物智能互联,嵌入式系统概述,常用嵌入式平台,嵌入式开发方法,嵌入式常用外设,嵌入式开源硬件,嵌入式平台分类,嵌入式处理器,嵌入式片上系统,SoC,嵌入式,DSP,处理器,DSP,嵌入式微控制器,MCU,嵌入式微处理器,MPU,嵌入式微控制器,MCU,嵌入式微控制器一般以一种微处理器的,CPU,为核心，芯片内部集成,ROM/RAM/EPROM,、,Flash RAM,、总线、总线逻辑、定时,/,计数器、看门狗、,I/O,、串行口、脉宽调制输出、,A/D,、,D/A,等各种必要功能和外设。,嵌入式微控制器的典型代表是单片机，常见的是,C51,、,AVR,、,MSP430,、,PIC,、,STM32,（,ARM Cortex-M,系列）等。,微控制器的最大特点是,单片化,，体积小，从而,使功耗和成本下降、可靠性提高。,微控制器的,片上外设资源,一般比较丰富，,适合应用于控制领域。,微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。,常用,MCU,平台比较,类别,架构,总线,主流型号,开发环境,说明,8051,C51,8,位,AT89C51/STC89C51,Keil,简单，纯,IO,，外设基本靠扩展,AVR,RISC,8,位,Atmega16a,AVR Studio/IAR,较高性能，外设丰富,PIC,RISC,8,位,PIC16F873,MPLAB,指令少，开发简单,MSP430,RISC,16,位,MSP430F,系列,CCS/IAR,较高性能，外设丰富,STM32,ARM,32,位,STM32F,系列,Keil/IAR,ARM Cortex,架构，主流,MCU,，高性能，可运行微操作系统,嵌入式微处,理,理器,MPU,嵌入式微处,理,理器是由通,用,用计算机中,的,的,CPU,演变而来的,。,。,与计算机处,理,理器不同，,在,在实际嵌入,式,式应用中，,只,只保留和嵌,入,入式应用紧,密,密相关的功,能,能硬件，去,除,除其他的冗,余,余功能部分,，,，这样就以,最,最低的功耗,和,和资源实现,嵌,嵌入式应用,的,的特殊要求,，,，主要特点,如,如下：,功耗低；,处理器结构,可,可扩展；,调试功能丰,富,富；,支持实时多,任,任务及操作,系,系统。,目前主要的,嵌,嵌入式处理,器,器类型,有,ARM Cortex-A,系列、,PowerPC,、,MIPS,等。,常见的,MPU,平台及操作,系,系统,嵌入式系统,概,概述,常用嵌入式,平,平台,嵌入式开发,方,方法,嵌入式常用,外,外设,嵌入式开源,硬,硬件,嵌入式系统,设,设计过程,1,2,3,4,5,6,7,第一阶段：,产,产品定义,第三阶段：,硬,硬件与软件,划,划分,第五阶段：,详,详细硬件设,计,计,第二阶段：,系,系统建模,第四阶段：,迭,迭代设计与,选,选择,8,5,第五阶段：,详,详细软件设,计,计,第六阶段：,硬,硬件与软件,集,集成,第七阶段：,系,系统测试,第八阶段：,系,系统维护与,升,升级,嵌入式硬件,设,设计,嵌入式方案,选,选型设计：,性价比,先进性,软硬件资料,嵌入式硬件,设,设计流程：,设计：方案,论,论证,-,原理图,-Layout-,样板生产,调试：硬件,检,检测,-,软硬件调试,生产：,N,次小批量,-,批量,嵌入式硬件,功,功能调试：,电源、时钟,复位、,JTAG,内存、,Flash,总线、控制,器,器,嵌入式软件,设,设计,宿主机,仿真器,评估板,IDE,开发环境,宿主机开发,模,模式,PC,、,IDE,开发,环,环境,、,、仿,真,真器,、,、评,估,估板,、,、串,口,口线,、,、网,线,线,在线,仿,仿真,、,、,Trace,、,LED,、,Printf,查阅,官,官方,例,例程,掌握,官,官方,软,软件,库,库,工具,选,选型,掌握,原,原理,图,图,阅读,数,数据,手,手册,嵌入,式,式软,件,件设,计,计（,Hal,层）,硬件,层,层和,软,软件,层,层之,间,间为,中,中间,层,层，,也,也称,为,为硬,件,件抽,象,象层,（,（,HardwareAbstractLayer,，,HAL,）或,板,板级,支,支持,包,包（,BoardSupportPackage,，,BSP,）,该层,一,一般,包,包含,相,相关,底,底层,硬,硬件,的,的初,始,始化,、,、数,据,据的,输,输入,/,输出,操,操作,和,和硬,件,件设,备,备的,配,配置,等,等功,能,能,HardwareIndependentSoftware,Applications,I/OSystem,FileSystem,RTOSLibraries,RTOSKernel,TCP/IPStack,HardwareAbstractionLayer:BSP&DeviceDriver,SCSIDriver,FlashDriver,MMUDriver,CacheDriver,SerialDriver,EthernetDriver,DeviceDriver,Hardware,嵌入,式,式系,统,统概,述,述,常用,嵌,嵌入,式,式平,台,台,嵌入,式,式开,发,发方,法,法,嵌入,式,式常,用,用外,设,设,嵌入,式,式开,源,源硬,件,件,嵌入,式,式最,小,小系,统,统与,外,外设,MCU,三轴,加,加速,传,传感,器,器,温湿,度,度、,超,超声,波,波,继电,器,器,系统,电,电源,模,模块,小车,姿,姿态,控,控制,电机,、,、可,调,调灯,LCD,RFID,、指,纹,纹识,别,别,语音,识,识别,光线,感,感应,烟雾,传,传感,器,器,霍尔,磁,磁感,应,应,雨滴,传,传感,器,器,系统,时,时钟,多路,ADC,I2C,GPIO,UART,SPI,DAC,PWM,常用,接,接口,技,技术,数字,量,量,IO,A/D,PWM,总,线,线,接,接,口,口,显,示,示,接,接,口,口,数,字,字,量,量,IO,单,片,片,机,机,接,接,口,口,系,系,统,统,：,：键,盘,盘,输,输,入,入,、,、,显,显,示,示,输,输,出,出,、,、,打,打,印,印,输,输,出,出,、,、,数,数,据,据,采,采,集,集,、,、,伺,伺,服,服,系,系,统,统,、,、,数,数,据,据,存,存,储,储,、,、,数,数,据,据,通,通,信,信等,众,众,多,多,功,功,能,能,，,，,皆,皆,通,通,过,过,I/O,端,口,口,实,实,现,现,与,与,MCU,的,信,信,息,息,交,交,互,互,；,；,某,些,些,特,特,定,定,的,的,传,传,感,感,器,器,时,时,序,序,需,需,求,求,，,，,很,很,多,多,都,都,直,直,接,接,使,使,用,用,数,数,字,字,量,量,IO,来,模,模,拟,拟,接,接,入,入,；,；,复,用,用,性,性,：,：,部,部,分,分,IO,可,复,复,用,用,其,其,他,他,功,功,能,能,；,；,驱,动,动,能,能,力,力,：,：,不,不,同,同,端,端,口,口,的,的,驱,驱,动,动,能,能,力,力,不,不,同,同,。,。,A/D,A/D,转,换,换,是,是,把,把,模,模,拟,拟,量,量,信,信,号,号,转,转,化,化,成,成,与,与,其,其,大,大,小,小,成,成,比,比,例,例,的,的,数,数,字,字,信,信,号,号,；,；,A/D,的,主,主,要,要,参,参,数,数,（,（,CC2530,）,：,：,可,选,选,的,的,抽,抽,取,取,率,率,，,，,这,这,也,也,设,设,置,置,了,了,分,分,辨,辨,率,率,（,（,7,到,12,位,）,）,8,个,独,独,立,立,的,的,输,输,入,入,通,通,道,道,，,，,可,可,接,接,受,受,单,单,端,端,或,或,差,差,分,分,信,信,号,号,参考电,压,压可选,为,为内部,单,单端、,外,外部单,端,端、外,部,部差分,或,或,AVDD5,产生中,断,断请求,转换结,束,束时的,DMA,触发,温度传,感,感器输,入,入,电池测,量,量功能,PWM,脉冲宽,度,度调制,(PWM),，是英,文,文“,PulseWidthModulation”,的缩写,，,，简称,脉,脉宽调,制,制，是,利,利用微,处,处理器,的,的数字,输,输出来,对,对模拟,电,电路进,行,行控制,的,的一种,非,非常有,效,效的技,术,术，广,泛,泛应用,在,在从测,量,量、通,信,信到功,率,率控制,与,与变换,的,的许多,领,领域中,。,。,总线接,口,口,-,串口,RS-232C,总线是,由,由美国,电,电子工,业,业协会,EIA,于,1969,年修定,的,的一种,串,串行通,信,信接口,标,标准；,一般称,为,为,UART,，串口,；,；,UART,模式的,操,操作具,有,有下列,特,特点：,8,位或者,9,位负载,数,数据,奇校验,、,、偶校,验,验或者,无,无奇偶,校,校验,配置起,始,始位和,停,停止位,电,电平,配置,LSB,或者,MSB,首先传,送,送,独立收,发,发中断,独立收,发,发,DMA,触发,总线接,口,口,-485,RS-485,是一种,2,线，半,双,双工，,多,多点通,信,信的标,准,准；,RS-485,的电气,特,特性：,逻,逻辑“,1”,以两线,间,间的电,压,压差为,+(26)V,表示；