嵌入式系统原理及应用

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1、嵌入式系统原理及应用嵌入式系统原理及应用嵌入式系统原理及应用嵌入式系统原理及应用电气工程系 梁慧敏电气工程系 梁慧敏 TEL: 86413964 E-mail: 现实中的嵌入式系统嵌入式系统?嵌入式系统是嵌入到对象系统中的专用计 算机应用系统。其本质是将计算机嵌入到 一个对象体系中，以实现对象体系智能化 控制的计算机系统。?嵌入式系统按形态可分为?设备级（工控机）?板级（单板、模块）?芯片级（MCUMCU, DSP）课程安排?理论课:讲述基本原理结构和方法（30学时）?实验课:根据实验指导书的要求自己完成（10个）?教材?张毅刚. MCS-51单片机应用设计. 哈工大出版社?张毅刚. 新编MC

2、S-51单片机应用设计. 哈工大出版社?王田苗. 嵌入式系统设计及实例开发ARM与 C/OS-（第二版）. 清华大学出版社?参考书?何立民. MCS-51单片机应用系统设计（系统配置与接 口技术）. 北航出版社?Jean J.Labrosse, 邵贝贝译. C/OS-源码公开的 实时嵌入式操作系统. 中国电力出版社主要内容?MCS-51?基本硬件结构?程序设计：指令系统、汇编程序的编制?定时/计数器?串行口?中断系统?存储器扩展：程序存储器、数据存储器?接口设计：扩展I/O、AD/DA、键盘显示等主要内容?ST7系列微处理器：ST72F264的功能部 件及A/D转换器的应用?嵌入式系统?嵌入式

3、实时操作系统C/OS，?ARM微处理器的体系结构、功能及应用课程要求?本课程是实践性较强的课程。通过课程 的学习，掌握软件编程和硬件电路设计 的方法，能够进行简单的单片机应用系 统的设计、调试工作。?30课时授课，时间比较少，希望大家做 好预习、复习的工作。?实验10个，要重视实验，实验成绩占考 核成绩的40%。第1讲概述主要掌握 单片机的概念 单片机的应用特点 单片机的开发条件主要内容?单片机的概念?单片机发展历史?应用特点?典型的单片机产品?发展趋势?开发条件?硬件设计概述单片机的概念?单片机是电子计算机的一种。?电子计算机是科技发展的产物。?计算机的飞速发展归功于半导体集成技术的 发展。

4、?计算机的发展趋势? ?微型化微型化微型化微型化?巨型化?网络化?智能模拟化微型机的概念?微型机是由大规模集成电路、超大规模集成 电路等组成，具有功能强、结构紧凑、系统 可靠性高等特点。微型机中包括一片主要的 集成电路中央处理器（CPU），还包括存储 器、通用或专用I/O接口电路等。?处理数据位数：8位(Apple-1)、16位 (8088,80286)、32位(80386,80486)、64位 (Pentium)。单片机的概念?将组成微型计算机的各功能部件：中央处 理器（CPU）、存储器（RAM、ROM、 EPROM）、定时/计数器、串行口、I/O接 口电路等集成在一块集成电路芯片中，从 而

5、构成完整的微型计算机。故称作单晶片 微型计算机，简称单片机，或称微控制器 （MCU: MicroController Unit）。单片机的分类?按用途分类： 通用型：将可开发的资源（ROM、RAM、I/O、 EPROM）等全部提供给用户。 专用型：其硬件及指令是按照某种特定用途而 设计，例如录音机机芯控制器、打印 机控制器、电机控制器等。?按其基本操作处理的数据位数分类： 1位、4位、8位、16位、32位单片机的发展历史?初级阶段（19741976）?两片集成芯片（集成工艺限制） 仙童F8?低性能阶段（19761978） INTEL MCS-48（没有串行口、无中断 分级）?高性能阶段（197

6、81982）MCS51及其兼 容产品?更高性能阶段（1983 至今） 多种机型并行发展（8位、16位、32 位、DSP）8位单片机是工业检测、控制应 用的主力军?单片机的发展非常迅速，通用型单片机大 约有50多个系列，四百个品种，单片机的 产品已占整个微机（包括一般的微处理 器）产品的80%以上，其中8位机的产量 占整个单片机市场的60%。单片机的应用?单片机的特点?体积小：基本功能部件满足要求?可靠性高：总线大多在内部，易于提高电磁屏蔽性?功能强：实时响应速度快；可对I/O口直接操作?使用方便：易扩展，硬件设计简单，容易组成不同 规模的应用系统；提供开发工具资料?性能价格比高：电路板小；接插

7、件少?易产品化：研制周期短?应用特点： 量大面广?机电一体化：电脑缝纫机?智能仪表：测量仪?实时控制：汽车?家电：（MOTOROLA）?网络通信：通信协议集成其中?计算机外设：键盘、打印机?保健 产品：按摩器?多机分布式系统单片机的出 现使得电路 设计简单化单片机的应用典型单片机产品?器件厂家?美国：Intel 、Motorola、 Microchip 、 Atmel?荷兰: Philips ?德国： Siemens?日本：NecMCS-51单片机的主要产品 根据51单片机内部存储器的类型不 同，MCS-51单片机可分为以下几个基 本型：?无ROM型 ：8031?ROM型：8051?EPROM

8、型：8751?Flash memory型：89c51 增强型：8032/8052/8752/8952MCS-51系列单片机及其兼容产品?基本型：8031/8051/8751/8951?无ROM型8031；ROM型8051；EPROM型 8751； EEPROM 型：8951?增强型：8032/8052/8752/8952?低功耗型：80C31BH/87C51/80C51?专用型：8044/8744?超8位型：80C552/87C552/83C552?片内闪烁存储器型：AT89C51单片机的发展趋势?性能不断提高?CPU功能增强：速度、精度(双CPU，流 水线结构）?内部资源增多：A/D、D/A

9、、EEPROM?片内I/O改进：驱动能力、位处理能力、 网络接口等?低功耗：CMOS化单片机的发展趋势?单片机的多品种：?超微型化： MC68HC705：20PIN， 2KEPROM、112BYTE RAM、15BIT TIMER WATCHDOG?低功耗，低电压：CHMOS工艺、空闲等待和掉 电停机方式 、电压 2.45.5V：单片机系统开发条件?单片机芯片?开发工具?资料手册仿真开发系统的功能?用户系统硬件电路的诊断与检查?程序的加载、修改?程序的运行、调试及状态显示?固化程序到EPROM芯片中典型开发系统构成ICE在线 仿真器仿真 头用户 系统RS232电缆仿真开发过程?硬件设计及装配?

10、软件设计?动态在线调试：在仿真器和计算机的监 控下，解决用户系统硬件和软件问题?固化程序?脱机运行硬件设计的发展?电子管电路?晶体管电路?集成电路：模拟集成电路、数字集成电路?单片机应用系统设计8位、16位、32位?数字信号处理单片机（DSP）?可编程逻辑器件（FPGA/CPLD）END?预习MCS-51硬件结 构部分。第2讲：MCS-51的硬件结构电气工程系 梁慧敏电气工程系 梁慧敏 TEL: 86413964 E-mail: 嵌入式系统原理及应用嵌入式系统原理及应用嵌入式系统原理及应用嵌入式系统原理及应用本讲课程主要内容（1）51的外观及引脚简介的外观及引脚简介 （2）51的资源 （3）5

11、1的CPU （4）51的存储器结构 （5）51的I/O端口 （6）复位电路 （7）时钟电路51的外观及引脚封装类型?DIP?TSOP?BGA引脚的分类（1）电源及时钟引脚：Vcc、Vss、XTAL1、 XTAL2. （2）控制引脚：PSEN、ALE、EA、RESET （3）I/O口引脚：P0、P1、P2、P3。MCS-51属于三总线结构：数据总线（DB） 地址总线（AB）、控制总线（CB）。引脚功能分类1 电源及时钟引脚?电源引脚： Vcc（40）+5V、 Vss（20）GND?时钟引脚： XTAL1、XTAL2. 采用片内振荡器时，这两个引脚 接晶振；采用外部振荡器时， XTAL1接 地，X

12、TAL2接外部振荡器的输出端。2 控制引脚?RSTVPD（9脚）：当振荡器启振后， 在此引脚加上两个机器周期以上的高电 平将使单片机复位。在单片机正常工作 时，此脚应为22H MOV A,#0fh 74H 0FH MOV 74H,#0BH 75H 74H 0BH汇编程序 汇编语言机器语言 反汇编程序MCS-51的寻址方式寻址方式是指寻找、确定参与操作的数据 的地址的方式，包括： 1寄存器寻址 2直接寻址 3寄存器间接寻址 4立即寻址 5基址寄存器加变址寄存器间接寻址MCS-51的寻址方式1.寄存器寻址可用于访问选定寄存器区的8个工作寄存器 R0R7、A、B、DPTR、Cy等。MOV A,R1

13、2.直接寻址用于访问内部RAM、SFR，是访问SFR的唯一 方法。 MOV A,40HMCS-51的寻址方式3.寄存器间接寻址 用于访问内部RAM和外部数据区，包括52系列单片机的高128字节 RAM，只有R0,R1可以作为间址寄存器。 MOV R0,#40H MOV A,R0 4.立即寻址 指令中的第二操作数为立即数。51指令中的立即数应冠以前缀#，且若 立即数的首位为AF，前面还要加零。 MOV A,#40H movA,#0B2h 5.基址寄存器加变址寄存器间接寻址 用于访问程序存储器的一个单元，该单元的地址是基址寄存器 （DPTR或PC）的内容与变址寄存器A的内容之和。 MOV DPTR

14、,#0400H MOV A,#05H MOVC A,A+DPTR 51指令系统及一般说明?分类?数据传送类?算数操作类?逻辑运算类?控制转移类?位操作类51指令系统及一般说明指令介绍中符号的说明：指令介绍中符号的说明： Rn:当前工作寄存器区中R0R7 Ri:当前工作寄存器区中的R0,R1 Direct:直接地址 #data:指令中的常数（8位或16位） Dptr:数据指针 ：间接寻址前缀 （X）：x中的内容（20h） (x):在间接寻址中，由间址寄存器寻址的单元中的内容 (R0)，若R0=20H，则(R0)表示（20H）3.1 数据传送类?以累加器为目的操作数的指令?以Rn为目的操作数的指令

15、?以直接地址为目的操作数的指令?以寄存器间接地址为目的操作数的指令?16位数据传送?堆栈操作指令?累加器与外部数据存储器传送指令?查表指令?字节交换指令?半字节交换指令3.1 数据传送类 Mov a,Rn；以累加器为目的 Mov Rn,#0A0h；以Rn为目的操作数 Mov40H,Ri；以直接地址为目的操作数 Mov Ri,#0B0h；以寄存器间接地址为目的操作数 Mov dptr,#2000h Push pop direct (sp)=60h,(a)=30h,(b)=70h Push a ;(sp)+1=61h=sp (a)=61h Push b ; (sp)+1=62h=sp (b)=62h Pop b ; (sp)=b (sp)-1=sp =61h Pop a ; (sp)=a (sp)-1=sp =60h3.1 数据传送类?A与外部数据存储器传送Movx a,dptr Movx a,Ri Movx dptr,a Movx Ri,a3.1 数据传送类?查表指令 Movc a,a+pc（单字节） 若程序中这指令所在的地址为1000h，这是一条 单字节指令。CPU执行此条指令时，pc=1001, 假定此 时a=30h。那么，程序的执行结果，是将程序存储器 1031H中内容，读入a中。只能查该指令后面256单元，且表格只能为一