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我的翻译

前言

在最初几年的微处理器，有几个工程师的教育和经验，在应用的微处理器技术。

现在说，微处理器和微控制器已成为无孔不入的，在这么多设备，能使用它们已经成为几乎每个技术人员的要求。

如今，微处理器和微控制器已成为两个最有力的工具，提供给科学家和工程师。

微控制器已经嵌入在这么多的产品，这是很容易忽视的一个事实是，他们大大超过个人电脑。

每年以百万计数量的个人电脑发货，但在过去每年有数10亿的微控制器出售，而且目前大多新设计的个人电脑都是为嵌入式应用。

为每一台PC设计师，还有数千设计师用微控制器在嵌入式应用。

嵌入式设计，近年来增长很快。

这本书是为了让读者基本的设计和分析思路，以设计可靠的微控制器或微处理器为基础的系统。

这本书里重点，是对实际问题的接口处理器到内存和输入/输出装置和基本的接口使用装置和扩展。

一个主要目标，这本书是为了表明如何使设备本身有可靠的设计。

而大多的目光已考虑到"设计质量的提高"。

大部分的重点放在了对过程发生后，设计一个产品就完成了。

设计缺陷,很困难是的在那些外部的设计。

这些类型的质量问题，可以解决在设计阶段就减少相对较少的花费导致后面好多的维护费。

不幸的是，有许多硬体设计和组织，由于种种原因，不知道意义和牺牲的是一个不可靠的设计。

设计方法论，在这一案文，是为了解决这个问题。

学习设计和开发单片机系统，没有任何实际操作的经验像尝试在书里学骑自行车一样。

因此，另一个目标是要提供一个实际的例子，一个完整的工作产品。

在纸上说到的事很难在现实中证明和也可能带来潜在的痛苦坠毁。

为了做得正确，最好先审视和使用一个真正的设计。

另一方面，目前国家对技术（表面贴装包装，等等）实际可行性方面有规定。

为了解决这个问题，特殊教育系统开发套件，可陪伴这图书（8031sdk）。

所有文件，以建构一个SDK是可用光盘。

因此，再加上最新资料与应用实例，也可于网站上找到这本书（

而寻找一个合适其中一个课程我教在嵌入式计算机工程的文本，而是无法找到一本书充分涵盖该课题。

较早版本的这本书的作者是伴随这一进程，并从此演变成你看到的。

该课程提供了在加州大学，圣迭戈扩展研究，并名为"嵌入式控制器硬件设计的"。

同一课程也可以在互联网上相同格式使用，并能发现

虽然没有事先了解微控制器或微处理器的需要，读者应该已经熟悉基本的电子，逻辑和基本计算机组织。

第一章是打算作为审查这些基本概念。

然后有一个总的概述微处理器结构

和具体的微控制器芯片结构，8051家族详细介绍8051被选中，是因为它可以衔接到外部存储，

且具有结构简单时序规格，可广泛应用于可从一些厂家。

硬件接口技术描述了最差情况下的设计与分析。

一个很好的嵌入式设计需要熟悉基本的记忆体技术，包括光碟，上SRAM，EPROM中，采用FlashEPROM，EEPROM的存储机制和设备。

处理器总线接口，然后盖在一般形式下，随着一个介绍8051的总线接口。

多数嵌入式设计，也可以受益于使用用户可编程逻辑器件（PLD）。

这个课题太复杂，这里难以作深入的报道在，所以PLD技术是涵盖从比较高的水平。

中央为主题设计一个嵌入式系统这可以证明是可靠的，是说明了一个简单的嵌入式控制器。

迭代的性质，设计过程所表现出的，举例来说，几个设计方案均评价

中央部分的设计除外，其余各章涵盖各种类型的输入/输出端口，总线部分，并收集资料，这是很少包含在通常的来源，但往往是传世从一个工程师到另一个。

我希望这本书是对你现有用的，并欢迎你任何意见和见解，在文本，如果你发现任何错误，或者如果你知道的一些好的嵌入式设计资源，请随时联系我直接通过电子邮箱：

ken.arnold@ieee.org

第一章总则

电子基本面审查

为什么微处理器和微控制器设计成这么多不同的种类，虽然现实中有很多不同的原因，但我认为一个使用简单的微处理器那是多么的有乐趣。

在过去的几十年里有所谓的"计算机革命"，我见过的过很多的产品和项目都可以用微处理器来处理。

选择微处理器是由经济或技术的论点来支持这项决定。

事实上，大部分的真正优秀的产品的成功一大程度上是因为他们有用。

很多优秀的产品的开发是因为他没能对他敢兴趣。

在我自己看来，我发现学习新的东西，是或多或少更容易和更有效的，当我在"只是观看着"，而不是试图去学习组织或反对目标。

研究各种教育中的筹措方法，也表明"执教探索"是比传统方法更有效。

这些和其他观察使我的结论是最好的学习方法对一个微控制器的“玩"。

没有那本书是说能让你学好微控制器的。

最好的学习方法的概念，在这本书里，是要建立一个简单的微控制器。

即使它有能力说从无到有，它只是提供一个例子作为学习微控制器的工具。

为纾缓这方面，一个系统的开发工具包（SDK），可陪伴这个文本。

它综合了一个独立的单板计算机（SBC）和电路模拟器（ICE）的功能。

它也可以作为嵌入式控制器的设计的一个样本。

由于着本书该设计做成了光盘和放在网站上，所以任何人都可以复制，并用它作为学习的工具。

这本书也指导了硬件的设计方针。

你可以学习如何设计可靠性高的其他产品的嵌入式硬件。

可以在前言了解到SDK。

目标

成功的嵌入式硬件设计需要几个不同的指标。

这里有几个问题，当你读完这本书之后，你就知道该怎么做：

*一个嵌入式控制器诠释设计要求。

*阅读和理解制造商的规格表。

*选择合适的集成电路设计。

*接口的CPU，内存和输入/输出装置，现场总线设备。

*简单的I/O（输入/输出）接口的设计。

*确定解码和互连的主要组成部分。

*演出和分析最差的情况下所有信号失真的时间。

*了解一个微控制器的开发周期。

*调试和试验的硬件和软件设计。

这些是设计一个嵌入式控制器的关键所在。

此外，其他一些能力，如设计和执行简单的用户可编程逻辑将涵盖，且必须支持通用技术。

嵌入式微机应用

应用的嵌入式处理器有一个令人难以置信的多样性。

大多数人都知道的曝光率很高的应用，但也有好多人不知道他明显的用途。

在实际工作中很多项目在我学生时代的选择被证实还是有实用价值。

但是，从他包含的整体情况和经济价值来说还是不合理的。

一个实际的例子是使用一个微处理器监测和控制在搅拌混凝土的比例配料。

大约一年后，学生实施该系统，他写信告诉我，这项制度挽救了他的公司和3亿美元一年数目由"坏分批"引起的减少，而去敲打是否需要更换。

另一个例子是一个学生，他们暂停一个球是由气流生成并对由微处理器控制风扇提供风力的闭环控制球。

唯一一件不好的是不少学生用微处理器当玩具来使用。

第三章之一

审查电子基本面

有些实际商业应用的嵌入式计算机控制该作者已直接涉及到包括如下的内容：

*一个超过人承受能力的信号检测措施，由一个电台的信号，然后传送到一个单片机在一本袖珍寻呼机，以显示个人状况。

*为减少高峰期的能源需求一个或多个大型建筑物都采用环境系统控制采暖通风和空调。

*一个系统措施和管制过程中的蚀刻远离有害的部分材料，才能较好的反映一个体积电路的设计。

*收费系统用来监测和控制进入系统的账户，其余额储存于一张牌上的磁条。

*确定确切的地理优势，对接收的无线电信号从航海航标，到达目的地的时间。

*智能手机收到的无线电信号由烟雾报警器到传感器和敏感开关，以提醒中央监察站潜在的信息情况。

*燃料控制系统，能够监测和控制流的燃料，以以及涡轮喷气发动机。

选择一个特定的处理器为某一特定应用通常是一个函数的设计者的熟悉某一特定结构。

虽然还有很多不同的细节和具体特点，只不过有两大类的设备：

微处理器和微控制器。

一个微处理器和一个微控制器，两者之间重要的区别是一个微处理器只含有一个中央处理单元（CPU），而微控制器该芯片除了一个CPU还有内存和输入/输出。

微控制器通常用于专用任务。

微机是一个统称，是适用于完整的电脑系统实施或是一个微处理器或微控制器。

嵌入式控制器硬件设计

微机和微控制器架构

微处理器通常用于相对高性能申请，而成本和尺寸不是关键的遴选标准。

由于微处理器芯片，其整函数专门的CPU，因而可以容纳更多的电路，以提高执行速度时，他们可以达到非常高的处理能力。

但是，微处理器需要外部存储器和输入/输出硬件。

微处理器芯片使用在台式电脑和工作站而软件兼容性，性能，通用性，且灵活性是很重要的。

相比之下，微控制器芯片，通常旨在尽量减少总芯片数量和成本，把内存和输入/输出也算上。

他们往往是"专门的应用"不惜牺牲灵活性。

在某些情况下，微控制器有足够的资源，单晶片，它是唯一的集成电路所需要的一个产品。

例如一个单芯片的应用，包括手臂安全系统的关键部位，烤面包机，或手持式游戏。

硬件接口两个装置有很多共同点，这些对微控制器来说一般是简化的子集微处理器。

每种芯片主要设计目标可以概括这样说：

*微处理器是最灵活

*微控制器是最紧凑

在基本架构的CPU使用，也有一些分歧，而这些往往反复调解。

基于微处理器的机器通常有冯诺依曼体系结构单一存储，在分配的内存时，为程序和数据，以允许最大的灵活性。

微控制器芯片在另一方面，经常体现哈佛结构，其中有单独的记忆程式和资料。

图1-1说明了这一点区别：

CPU

节目和数据内存

数据内存

CPU

节目

图1-1：

在上边的是冯诺依曼体系结构下边是哈佛结构

哈佛结构为嵌入式应用，有一个好处，这是由于该两种类型的记忆体使用的嵌入式系统。

一个固定的纲领和叁数，可将之储存在ROM存储器中，同时可变数据可以存储RAM存储器中。

RAM在断电时丢失文件，而ROM在断电后没有丢失文件。

哈佛架构，同时还具有潜在优势的一个单独的界面，允许双倍记忆体传输速率，允许指令读取与数据传输同时发生。

不幸的是，在大多数哈佛结构的机器，内存是连接到CPU的使用总线的并行性受限制，而以一个单一的总线。

一个典型的嵌入式计算机构成由CPU，存储体，与I/O。

他们最常见的模块是共享一根总线通信，如图一所示，1-2。

外设上的微控制器芯片，是典型的定时器计数器，串行或并行数据端口，并模拟到数字的一个数位类比转换器这是直接集成在芯片上。

这些外设是普遍低于专用外围芯片的表现，其中经常使用的微处理器晶片。

不过总线，CPU，内存，输入/输出功能，对一个芯片起着明显的优势：

*较少的芯片需要的那些，就是大多数的功能都已经存在在处理器芯片上。

*一个简单的设计会有更低的成本和更小尺寸的结果。

*低功耗的要求，因为单晶片电源要求小于外部负载。

*更少的外部连接的要求，因为大部份都是单晶片，而且大部分的芯片连接，可用于的I/O。

*该芯片可为用户留有更多的I/O插口，，因为他们并不需要总线。

*整体可靠性高，因为其中有元件很少交叉一起。

（嵌入式控制器硬件设计）

当然有缺点，其中包括：

*减少灵活性，因为你不能轻易改变到了芯片上的功能设计。

*扩充内存或输入/输出是有限的，或者根本不可能。

*有限的数据传输速率，由于实际大小速度限制为一个单芯片。

*低性能I/O的，因为一个芯片设计的妥协，来适应一切。

数码硬件概念

除了上述的CPU，存储体，及I/O端口外，其他逻辑电路也须考虑。

这种逻辑电路经常被称为胶合逻辑，因为它们被用来连接各种端口在一起。

最困难和最重要的任务，硬件设计师面临的是怎样正确的选拔和规格的这种"胶合逻辑"。

设备如记录器，缓冲器，驱动器和解码器是经常被用来提供给CPU相对于其他设备的适应性控制信号。

而对TTL门级逻辑还在沿用到此，可编程逻辑器件（PLD）已成为今后的一个重要装置连接端口。

当代微控制器设计人员需要掌握以下技巧：

*诠释厂商规格