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 2015年6月 《单片机与嵌入式系统实践》 第一章、单片机与嵌入式系统概述 目录 1.1 单片机与嵌入式系统 1.1.1 单片机的定义与特点 1.1.2 嵌入式系统的定义与特点 1.1.3 嵌入式技术的发展与应用 1.2 嵌入式系统的开发 1.2.1 嵌入式开发语言 1.2.2 嵌入式操作系统 1.2.3 嵌入式技术相关术语 1.3 单片机中的数制与码制 1.3.1 数制 1.3.2 数制间的转换 1.3.3 单片机中的码制 1.1 单片机与嵌入式系统 1.1.1 单片机的定义与特点 单片机作为嵌入式硬件系统的核心之一，通常也会被成为微控制器(MCU，Micro Controller Unit)，它是把中央处理器(CPU，Central Processor Unit)、存储器、输入／输出接口、扩展功能模块等部分集成在一小块硅片上的集成电路(IC，Integrated Circuit)。单片机片内含有CPU、ROM、RAM、中断控制、系统时钟、系统总线和各种外围模块，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机硬件系统集成到一个芯片上，它相当于一个微型的计算机系统。 1.1 单片机与嵌入式系统 单片机片上外设资源一般比较丰富，适合于嵌入式控制领域，这也是它被称为微控制器的原因。一个单片机的典型内部结构通常包括： （1）中央处理器（CPU），包含算数逻辑运算单元（ALU）、控制器和寄存器等 （2）存储器，包含ROM、RAM和FLASH等 （3）功能模块，包括定时计数器、A/D和D/A转换、通信接口（UART、IIC、SPI）等 （4）工作支撑模块，包含电源、时钟电路、复位控制、看门狗电路等 1.1 单片机与嵌入式系统 单片机具有功能多样、性价比高、体积小、功耗低、系统开发周期短等特点，可被广泛应用在工业控制、消费电子等领域。 1、功能多样 单片机利用当今先进的半导体器件制造技术，尽可能多地把各种计算机部件、存储器和各种类型的输入/输出端口都集成在一块芯片内。 2、性价比高 单片机的性能要比同类微型计算机的性能有明显的优势。 3、体积小 由于单片机的集成度高，可以将所有硬件集中在一块半导体芯片上，因而体积较之于同类微处理器小得多，进而使得系统中的控制部分体积也随之大大缩小。 1.1 单片机与嵌入式系统 4、低功耗 目前，许多单片机都能在低电压、低功耗下工作，有的单片机可在3.3V，甚至能在1V下工作，电流也低到微安级，这就使得低功耗的单片机较一般的处理器具备更优秀的功耗，符合了当下的节能发展趋势。 5、系统设计周期短 用单片机进行产品设计时，由于其功能强，体积小，因而能使硬件设计得到极大的简化；同时利用各种配套仿真器，使用户的编程和调试变的非常方便，大大减少了用户系统的软件设计和调试的时间，极大的降低了开发周期和成本。 1.1 单片机与嵌入式系统 1.1.2 嵌入式系统的定义与特点 嵌入式系统(embedded system)是以应用为中心，以计算机技术为基础，对系统的功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求，可高度定制和裁剪软硬件资源的专用计算机系统。 这个定义主要包含两个信息：一是嵌入式系统是专用计算机系统，因此必须要有处理器，具备计算机系统的基本特征。二是嵌入式系统的功能是有严格要求并按照指定的应用而设计的。 1.1 单片机与嵌入式系统 以MCU为核心的嵌入式系统应用框图 1.1 单片机与嵌入式系统 嵌入式系统以下几个基本特征： 1、具有特定功能，用于特定的任务 这个特点是嵌入式系统和通用计算机系统最本质的区别。当今，嵌入式系统的智能化程度越来越高，功能越来越强大，但是始终要以完成特定功能为重点。 2、注重成本控制与功耗要求 对于很多嵌入式系统而言，由于功能比较单一、固定，资源比较有限，因而在规划嵌入式系统的结构设计时，对软硬件资源的设计通常是做到够用即可，只要能够满足嵌入式系统设计要求的特定应用，就不会随意增加资源，往往还要对系统进行优化和精简，从而达到控制成本的目的。 嵌入式系统的应用环境往往比较特殊，因而嵌入式系统更为关注功耗的要求，各种低功耗技术经常会出现在系统软硬件设计中。 1.1 单片机与嵌入式系统 3、具有实时性的要求 对于一些对实时性要求非常严格的嵌入式系统而言，系统能够在规定时间内对外部事件作出反应是非常关键的。当然所谓的实时性也是相对而言，针对不同的应用自然有不同的标准。 4、软硬件可靠性要求更高 由于嵌入式系统应用在各行各业，应用环境也复杂多变，在某些环境