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单片机原理、接口及应用 ★嵌入式系统开发与开发工具 ★嵌入式系统的抗干扰技术 ★单片机应用系统举例——电子显示屏 ★ 小结 12.1 嵌入式系统开发与开发工具 12.1 嵌入式系统开发与开发工具 以MCU为控制核心的嵌入式系统是嵌入式系统的一种，它是以单片机为核心构成的计算机应用系统，是最具代表性和使用最广泛的嵌入式系统。以下简称它为单片机应用系统。(一)典型嵌入式应用系统的构成 一个典型的MCU为核心的嵌入式系统硬件构成如图12.1所示，通常由单片机、片外ROM、RAM、扩展 I/O口及对系统工作过程进行人工干预和结果输出的人机对话通道等组成。单片机常用的输入、输出设备有键盘、LED、LCD显示器、打印机等；用于检测信号采集的输入通道一般由传感器、信号处理电路和相应的接口电路组成；向操作对象发出各种控制信号的输出通道， 通常包括输出信号电参量的变换、通道隔离和驱动电路等；与其它计算机系统或智能设备实现信息交换的通信接口，一个完整的嵌入式系统的设计，一般涵盖以上部分。 (二) 嵌入式应用系统的构成方式 由于设计思想和使用要求不同，应用系统的构成方式也有所不同。 1.专用系统 这是最典型和最常用的构成方式，它的最突出的特征是系统全部的硬件资源完全按照具体的应用要求配置，系统软件就是用户的应用程序。专用系统的硬、软件资源利用得最充分，但开发工作的技术难度较高。 2.模块化系统 由图12.1可见，单片机应用系统的系统扩展与通道配置电路具有典型性，因此有些厂家将不同的典型配置做成系列模板，用户可以根据具体需要选购适当的模块板组合成各种常用的应用系统。它以提高制作成本为代价换取了系统开发投入的降低和应用上的灵活性。 3.单机与多机应用系统 一个应用系统只包含一块MCU或MPU，称为单机应用系统，这是目前应用最多的方式。 如果在单机应用系统的基础上再加上通信接口，通过标准总线和通用计算机相连，即可实现 应用系统的联机应用。在此系统中，单片机部分用于完成系统的专用功能，如信号采集和对 象控制等，称为应用系统。通用计算机称为主机，主要承担人机对话、大容量计算、记录、 打印、图形显示等任务。由于应用系统是独立的计算机系统，对于快速测控过程，可由其独 立处理，大大减轻了总线的通信压力，提高了运行速度和效率。 在多点多参数的中、大型测控系统中，常采用多机应用系统。在多机系统中，每一个单片机相对独立地完成系统的一个子功能，同时又和上级机保持通信联系，上级机向各子功能系统发布有关测控命令，协调其工作内容和工作过程，接收和处理有关数据。多机应用系统还可以以局部网络的方式工作。 12.1.2 嵌入式应用系统的设计原则 1.单片机机型的选择 单片机是嵌入式系统的心脏，其机型选择是否合适，对系统的性能优劣、构成繁简，开发工作的难易，产品的价格等方面影响较大。选择单片机首先考虑单片机的功能和性能满足应用系统的要求，其次要考虑供货渠道是否畅通，开发环境是否具备，对于熟悉的机型，无疑将提高开发的效率。 2.应充分利用单片机内的硬件资源，简化系统的扩展，利于提高系统的可靠性。 3.单片机和服务对象往往结合成一个紧密的整体，应了解服务对象的特性，进行一体化设计，在性能指标上应留有余地。 4.在保证系统的功能和性能的前提下，不要过份追究单片机或其他器件的精度，如八位单片 机满足要求就无需选十六位单片机，以降低成本，增加竞争优势。总之，单片机用于产品的 设计，要求性价比高，开发速度快，这样就能赢得市场。 5.软件采用模块设计，便于调试、链接、修改和移植，对于实时性较强的采用汇编语言编程 比较合适，对复杂的计算或实时性要求不高的，对C语言比较熟悉，采用C语言编程比较合适 。 6.应考虑应用系统的使用环境，采取相应的措施，如抗干扰等。 12.1.3 嵌入式系统的开发工具 对嵌入式系统的设计、软、硬件调试称为开发。嵌入式系统本身无开发能力，必须借助开发工具。 单片机的开发工具有电脑、编程器和仿真机。如果使用EPROM作程序存贮器， 还需一台紫外线擦除器。其中最基本的、必不可少的工具是电脑和编程器。仿真机和编程器通过串行接口和电脑的串行口COM1或COM2相连，借助电脑的键盘、监视器及相应的软件完成人机的交流。 1.编程器 编程器(又称烧写器、下載器)，通过它将调试好的程序烧写到程序存贮器中(单片机内程序存贮器或片外的EPROM、EEPROM 或FLASH)，不同档次的编程器价格相差很大，从几百元～几千多元不等，档次的差别在于烧写的可编程芯片的类型多少，使用界面是否方便及是否还有其他功能等，目前市面编程器型号很多，根据应用对象及单位经济实力进行选择。通常专用编程器