微控制器定义课件.ppt
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1、第第1章章 概论概论本章主要内容本章主要内容 1.1 1.1 微控制器概述微控制器概述 1.2 MCU1.2 MCU和和MPU MPU 1.3 1.3 微控制器和嵌入式系统微控制器和嵌入式系统 1.4 1.4 微控制器的应用开发微控制器的应用开发 1.4.1 1.4.1 硬件和软件的协同设计硬件和软件的协同设计 1.4.2 1.4.2 微控制器系统的设计方法微控制器系统的设计方法 1.5 1.5 微控制器的历史与发展微控制器的历史与发展1.1 微控制器概述微控制器概述 早期称为早期称为 Single-chip Microcomputer Single-chip Microcomputer(单片
2、机)(单片机) 现一般称为现一般称为 MCU, Microcontroller Unit (MCU, Microcontroller Unit (微控制器微控制器) ) 或或 Embedded Microcontroller Embedded Microcontroller (嵌入式微控制器)嵌入式微控制器) 微控制器定义:微控制器定义: 在一块芯片上集成了在一块芯片上集成了中央处理单元(中央处理单元(CPUCPU)、)、存储器存储器(RAM/ROMRAM/ROM等)及输入输出(等)及输入输出(I/OI/O)接口的比较完整的计算接口的比较完整的计算机系统。机系统。 优点:优点: 体积小,价格低
3、,稳定可靠,较高性价比和灵活性。体积小,价格低,稳定可靠,较高性价比和灵活性。代替模拟、数字电路实现大部分计算、控制功能代替模拟、数字电路实现大部分计算、控制功能。MCU 微计算机技术的发展,形成了两大分支:微控制器和微处微计算机技术的发展,形成了两大分支:微控制器和微处理器。理器。 微处理器微处理器MPU(Microprocessor Unit)是计算机的核)是计算机的核心部件,计算机系统的主要用途是科学计算、数据处理、心部件,计算机系统的主要用途是科学计算、数据处理、图像分析、数据库管理、人工智能、数字模拟和仿真等。图像分析、数据库管理、人工智能、数字模拟和仿真等。 微控制器微控制器MCU
4、主要用于控制目的。要求构成的检测控主要用于控制目的。要求构成的检测控制系统有实时、快速的外部响应,能迅速采集到大量数据,制系统有实时、快速的外部响应,能迅速采集到大量数据,做出逻辑判断与推理后实现对被控制对象的参数调整与控做出逻辑判断与推理后实现对被控制对象的参数调整与控制。制。1.3 微控制器和嵌入式系统微控制器和嵌入式系统 面向测控对象,嵌入到实际应用系统中,实现嵌入式应用面向测控对象,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,简称嵌入式系统的计算机称之为嵌入式计算机系统,简称嵌入式系统(Embedded System)。)。 微控制器是典型的嵌入式系统。它应嵌入
5、式计算机系统应微控制器是典型的嵌入式系统。它应嵌入式计算机系统应用的要求而生,并以嵌入式应用为唯一目的。用的要求而生,并以嵌入式应用为唯一目的。嵌入式系统的类型:嵌入式系统的类型: 从形式上可将嵌入式系统分为系统级、板级和器件级:从形式上可将嵌入式系统分为系统级、板级和器件级: 系统级为各种类型的工控机,包括通用机改装的工控机、系统级为各种类型的工控机,包括通用机改装的工控机、各种总线方式的工控机或模块组成的工控机如各种总线方式的工控机或模块组成的工控机如PC104等。等。 板级有各种类型的带板级有各种类型的带CPU的主板及的主板及OEM产品。产品。 器件级则以微控制器最为经典。器件级则以微控
6、制器最为经典。工控机机箱前面视图主板视图台湾研华6184奔腾四级工控主机http:/ Embedded Control Enginehttp:/ Intel 8051 Motorola 68HC908GP32CP Elan EM78M447BP1.4 微控制器的应用开发微控制器的应用开发1.4.1 1.4.1 硬件和软件的协同设计硬件和软件的协同设计 硬件和软件的协同设计在微控制器的应用开发中占有重硬件和软件的协同设计在微控制器的应用开发中占有重 要地位。要地位。 微控制器系统将硬件和软件结合起来,构成一个专门的计微控制器系统将硬件和软件结合起来,构成一个专门的计算装置,完成特定的功能或任务。
7、它是一个大系统或大的算装置,完成特定的功能或任务。它是一个大系统或大的电子设备中的一部分,工作在一个与外界发生交互电子设备中的一部分,工作在一个与外界发生交互 并受并受到时间约束的环境中,在没有人工干预的情况下进行实时到时间约束的环境中,在没有人工干预的情况下进行实时控制。其中,软件用以实现有关功能并使系统具有适应性控制。其中,软件用以实现有关功能并使系统具有适应性和灵活性;硬件(处理器、和灵活性;硬件(处理器、ASIC、存储器等)用以满足、存储器等)用以满足性能乃至安全的需要。性能乃至安全的需要。1.4.2 1.4.2 微控制器系统的设计方法微控制器系统的设计方法通常,设计微控制器系统的方法
8、有以下三种:通常,设计微控制器系统的方法有以下三种:1以印制板计算机辅助设计软件和在线仿真器为主要工具以印制板计算机辅助设计软件和在线仿真器为主要工具 硬件设计主要是根据性能参数要求对各功能模块所需要使硬件设计主要是根据性能参数要求对各功能模块所需要使用的元器件进行选择和组合,选择的基本原则就是选购性用的元器件进行选择和组合,选择的基本原则就是选购性价比最高的通用元器件。从模块到系统找到相对优化的方价比最高的通用元器件。从模块到系统找到相对优化的方案,画出电路原理图。硬件设计的关键是利用印制板案,画出电路原理图。硬件设计的关键是利用印制板(PCB)计算机辅助设计()计算机辅助设计(CAD)软件
9、对系统的元器件)软件对系统的元器件进行布局和布线,然后加工印制板、装配和硬件调试。进行布局和布线,然后加工印制板、装配和硬件调试。 软件设计贯穿整个系统的设计过程,主要包括任软件设计贯穿整个系统的设计过程,主要包括任务分析、资源分配、模块划分、流程设计和细化、务分析、资源分配、模块划分、流程设计和细化、编码调试等。软件设计的工作量主要集中在程序编码调试等。软件设计的工作量主要集中在程序调试,在线仿真器(调试,在线仿真器(In-Circuit Emulator,ICE)对软件调试的作用非常重要。对软件调试的作用非常重要。2 2以嵌入式操作系统和电子设计自动化综合开发平台为主以嵌入式操作系统和电子
10、设计自动化综合开发平台为主要工具要工具 嵌入式操作系统嵌入式操作系统 (Embedded Operating SystemEmbedded Operating System,EOSEOS)和高性能的电子设计自动化()和高性能的电子设计自动化(EDAEDA)综合开发平台的)综合开发平台的推出,为开发复杂的微控制器系统应用软件提供了底层支推出,为开发复杂的微控制器系统应用软件提供了底层支持和高效率开发平台。持和高效率开发平台。EOSEOS是一种功能强大、应用广泛的是一种功能强大、应用广泛的实时多任务系统软件,与通用系统机中的实时多任务系统软件,与通用系统机中的OSOS相比,内核短相比,内核短小精悍
11、、开销小、实时性强和可靠性高,还提供各种设备小精悍、开销小、实时性强和可靠性高,还提供各种设备的驱动程序和的驱动程序和TCP/IPTCP/IP协议支持。用户可以通过应用程序接协议支持。用户可以通过应用程序接口(口(APIAPI)调用函数形式来实现各种资源管理,用户程序)调用函数形式来实现各种资源管理,用户程序可以在可以在EOSEOS的基础上开发并运行。的基础上开发并运行。 设计人员从过去选择和使用标准通用集成电路器设计人员从过去选择和使用标准通用集成电路器件,逐步转向利用各种件,逐步转向利用各种 EDA工具和标准的半定工具和标准的半定制逻辑器件,如复杂可编程逻辑器件(制逻辑器件,如复杂可编程逻
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