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1、-课程设计报告( 2010 - 2011 年度 第 2 学期)名 称： 计算机控制系统题 目：嵌入式处理器技术及其应用开展院 系：班 级：学 号：学生*：指导教师：设计周数：成 绩：日期： 年月 日. z-?计算机控制系统?课程设计任 务 书一、目的与要求1通过本课程设计教学环节，使学生加深对所学课程内容的理解和掌握；2结合工程问题，培养提高学生查阅文献、相关资料以及组织素材的能力；3培养锻炼学生结合工程问题独立分析思考和解决问题的能力；4要求学生能够运用所学课程的根本理论和设计方法，根据工程问题和实际应用方案的要求，进展方案的总体设计和分析评估；5.报告原则上要求依据相应工程技术规*进展设计
2、、制图、分析和撰写等。二、主要内容1、数字控制算法分析设计；2、现代控制理论算法分析设计3、模糊控制理论算法分析设计4、过程数字控制系统方案分析设计；5、微机硬件应用接口电路设计；6、微机应用装置硬件电路、软件方案设计；7、数字控制系统I/O通道方案设计与实现；8、PLC应用控制方案分析与设计；9、数据通信接口电路硬软件方案设计与性能分析；10、现场总线控制技术应用方案设计；11、数控系统中模拟量过程参数的检测与数字处理方法；12、基于嵌入式处理器技术的应用方案设计13、计算机控制系统抗干扰技术与平安可靠性措施分析设计14、计算机控制系统过失控制技术分析设计15、计算机控制系统容错技术分析设计
3、16、工程过程建模方法分析三、进度方案序号设计内容完成时间备注1选择课程设计题目，查阅相关文献资料2文献资料的学习根据所选题目进展方案设计3与指导教师讨论设计内容修改设计方案4撰写课程设计报告5课程设计辩论四、设计成果要求1针对所选题目的国内外应用开展概述；2课程设计正文内容，包括设计方案、硬件电路和软件流程，以及综述、分析等；3课程设计总结或结论以及参考文献；4要求设计报告规*完整。五、考核方式?计算机控制系统?课程设计成绩评定依据如下：1撰写的课程设计报告；2独立工作能力及设计过程的表现；3辩论时答复以下问题情况。成绩以五级分制综合评定分为优、良、中、及格、不及格五个等级。 指导教师： 学
4、生*：年月日一、目的与要求1通过本课程设计教学环节，使学生加深对所学课程内容的理解和掌握；2结合工程问题，培养提高学生查阅文献、相关资料以及组织素材的能力；3培养锻炼学生结合工程问题独立分析思考和解决问题的能力；4要求学生能够运用所学课程的根本理论和设计方法，根据工程问题和实际应用方案的要求，进展方案的总体设计和分析评估；5.报告原则上要求依据相应工程技术规*进展设计、制图、分析和撰写等。二、设计正文1嵌入式处理器技术 嵌入式处理器是用在计算机之外的设备中提供添加的功能性的计算机芯片，它经常用于控制和监控领域。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。*围极其广阔，从最初
5、的位处理器，目前仍在大规模应用的位单片机，到最新的受到广泛青睐的32位、64位嵌入式CPU。目前世界上具有嵌入式功能特点的处理器已经超过1000种，流行体系构造包括MCU，MPU等30多个系列。鉴于嵌入式系统广阔的开展前景，很多半导体制造商都大规模生产嵌入式处理器，并且公司自主设计处理器也已经成为了未来嵌入式领域的一大趋势，其中从单片机、DSP到FPGA有着各式各样的品种，速度越来越快，性能越来越强，价格也越来越低。目前嵌入式处理器的寻址空间可以从64kB到16MB，处理速度最快可以到达2000 MIPS，封装从8个引脚到144个引脚不等。根据嵌入式处理器的使用特点可以将其分为事务密集型和计算
6、*集型两种。按照任务特点可以将其分为通用型和专用型两种。按照运算数据宽度可以分为5种。根据运算数据宽度对嵌入式处理器的分类4位 8位 16位 32位 64位嵌入式处理器 TMS1000 8048/516801/05Z8 8096 68200ARM RISC Core MIPS 32 bit MIPS 64 bit通用处理器 4004 4040 8085 Z8065028086/80286 Z800080386/80486 68000 Pentium/嵌入式处理器，由于运算速度和吞吐量等级费不同，其应用场合也不同。各种不同等级的嵌入式系统处理器用用产品嵌入式微处理器 应用产品 4位 计算机、遥控
7、器、充电器、随身听、玩具 8位 电机控制器、 机、空调 16位 摄像机、录像机、多媒体 32位 掌上电脑、路由器、工作站、GPS 64位 高性能效劳器、工作站嵌入式处理器根据面向应用的不同特点可以分为以下4种： 嵌入式微处理器Embedded Microcontroller Unit, EMPU 嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU) 嵌入式DSP处理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP) 嵌入式片上系统(System On Chip)1.1处理器的分类嵌入式微处理器Embedded Microcontroller U
8、nit, EMPU嵌入式微处理器的根底是通用计算机中的CPU。在应用中，将微处理器装配在专门设计的电路板上，只保存和嵌入式应用有关的母板功能，这样可以大幅度减小系统体积和功耗。为了满足嵌入式应用的特殊要求，嵌入式微处理器虽然在功能上和标准微处理器根本是一样的，但在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都作了各种增强。和工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、本钱低、可靠性高的优点，但是在电路板上必须包括ROM、RAM、总线接口、各种外设等器件，从而降低了系统的可靠性，技术*性也较差。嵌入式微处理器及其存储器、总线、外设等安装在1块电路板上，称为单板计算机，如STD-BUS、PC1
9、04等。近年来，德国、日本的一些公司又开发出了“火柴盒式名片大小的嵌入式计算机系列OEM产品。*研华公司也推出了类似的模组化系统SOMSystem On Module。嵌入式微处理器目前主要有Am186/88、386E*、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM等系列。嵌入式微处理器又可分为CISC、RISC两类。大家熟悉的台式PC大多数都是使用CISC微处理器，如Intel的*86.RISC构造体系有两主流：Silicon Graphics公司硅谷图形公司的MIPS技术和ARM公司的Advanced RISC Machines技术。此外Hitachi日立公司也有自己的一套
10、RISC技术SuperH。嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU)嵌入式微控制器又称单片机，顾名思义，就是将整个计算机系统集成到一块芯片中。嵌入式微控制器一般以*一种微处理器内核为核心，芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、WatchDog、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等各种必要功能和外设。为适应不同的应用需求，一般一个系列的单片机具有多种衍生产品，每种衍生产品的处理器内核都是一样的，不同的是存储器和外设的配置及封装。这样可以使单片机最大限度地和应用需求相匹配，功能不多不少，从而减少功
11、耗和本钱。 和嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小，从而使功耗和本钱下降、可靠性提高。微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。微控制器的片上外设资源一般比拟丰富，适合于控制，因此称微控制器。 嵌入式微控制器目前的品种和数量最多，比拟有代表性的通用系列包括8051、P51*A、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300等。另外还有许多半通用系列如：支持USB接口的MCU 8*C930/931、C540、C541；支持I2C、CAN-Bus、LCD及众多专用MCU和兼容系列。目前MCU占嵌入式系统约70的市场份
12、额。 特别值得注意的是近年来提供*86微处理器的著名厂商AMD公司，将Am186CC/CH/CU等嵌入式处理器称之为Microcontroller, MOTOROLA公司把以Power PC为根底的PPC505和PPC555亦列入单片机行列。TI公司亦将其TMS320C2*系列DSP做为MCU进展推广。 嵌入式DSP处理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP)DSP处理器对系统构造和指令进展了特殊设计，使其适合于执行DSP算法，编译效率较高，指令执行速度也较高。在数字滤波、FFT、谱分析等方面DSP算法正在大量进入嵌入式领域，DSP应用正从在通用单片
13、机中以普通指令实现DSP功能，过渡到采用嵌入式DSP处理器。嵌入式DSP处理器有两个开展来源，一是DSP处理器经过单片化、EMC改造、增加片上外设成为嵌入式DSP处理器，TI的TMS320C2000/C5000等属于此*畴；二是在通用单片机或SOC中增加DSP协处理器，例如Intel的MCS-296和Infineon(Siemens)的TriCore。 推动嵌入式DSP处理器开展的另一个因素是嵌入式系统的智能化，例如各种带有智能逻辑的消费类产品，生物信息识别终端，带有加解密算法的键盘，ADSL接入、实时语音压解系统，虚拟现实显示等。这类智能化算法一般都是运算量较大，特别是向量运算、指针线性寻址
14、等较多，而这些正是DSP处理器的长处所在。 嵌入式DSP处理器比拟有代表性的产品是Te*as Instruments的 TMS320系列和Motorola的DSP56000系列。TMS320系列处理器包括用于控制的C2000系列，移动通信的C5000系列，以及性能更高的C6000和C8000系列。DSP56000目前已经开展成为DSP56000，DSP56100，DSP56200和DSP56300等几个不同系列的处理器。另外PHILIPS公司今年也推出了基于可重置嵌入式DSP构造低本钱、低功耗技术上制造的R. E. A. L DSP处理器，特点是具备双Harvard构造和双乘/累加单元，应用目标是大批量消费类产品。 嵌入式片上系统(System On Chip)随着EDI的推广和VLSI设计的普及化，及半导体工艺的迅速开展，在一个硅片上实现一个更为复杂的系统的时代已降临，这就是System On Chip(SOC)。各种通用处理器内核将作为SOC设计公司的标准库，和许多其它嵌入式系统外设一样，成为VLSI设计中一种标准的器件，用标
