基于ARM的单片机应用及实践课件-第一章.ppt

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基于基于ARMARM的的单片机应用及实践单片机应用及实践STM32案例式教学武奇生白璘惠萌巨永峰编著机械工业出版社第一章第一章概述概述计算机发展史计算机发展史1946年2月宾夕法尼亚大学的莫奇利和艾克特研制成功世界上第一台计算机电子数字积分计算机ENIAC。

ENIAC预示着科学家将从奴隶般的计算中解脱出来。

但是ENIACA存在两大缺点：

一、没有严格意义上的存储器；二、用布线接板进行控制。

如何解决这些缺点呢？

我们将在以后的学习中来探讨。

早期计算机，用于科研、军事等领域，主要完成数值计算任务伴随电子技术的发展，计算机成本更低，性能更强，应用范围更广，实现了通用信息处理如今，伴随科学技术的发展，计算机能够像人脑一样处理数据成为智能计算机发展的终极目标计算机理论界的先驱者阿兰图灵（AlanTuring）提出了图灵机理论模型。

图灵的基本思想是用机器来模拟人用纸笔进行数学运算的过程：

在纸上写或擦出某个符号；把注意力从纸上的一个方向移动到另一个方向。

1.11.1计算机发展史计算机发展史图灵计算机模型图灵机模型的思想奠定了整个现代计算机发展的理论基础。

其突出贡献突出表现在以下几个方面：

他回答了计算的能力范围；符合图灵机原理的不同技术实现在理论上具有相同的计算原理。

它在理论山峰规范了计算机的实现思路。

计算机的发展计算机的发展计算的本质就是信息处理，而现代意义上的信息处理，主要是指基于电子计算机的信息处理。

大致可以概括为以下三个趋势：

从人主动迈向机动的计算追求更快的计算；从科学计算迈向智能计算追求最好的计算；从集中计算迈向普适计算计算无处不在。

计算机的体系结构在冯诺依曼架构模型中，完整的计算机系统被认为包含五部分存储器，运算器，控制器，输入设备和输出设备。

其中，运算器是计算环节需要处理好操作数的输入和输出的整体系统的中心。

早期的冯诺依曼架构为了克服运算器数据吞吐能力有限的缺点，演化出了改进型冯诺依曼架构。

改进型冯诺依曼架构改进型构架的各个模块的高速数据交换中心利用存储器这个大容量中介，极大的提高了效率。

现代的嵌入式计算机往往在改进型冯诺依曼架构的基础上做进一步的改进。

冯诺依曼架构的扩展冯冯诺依曼架构和哈佛结构比较诺依曼架构和哈佛结构比较二者的区别就是程序空间和数据空间是否是一体的。

冯诺依曼结构数据空间和地址空间不分开，哈佛结构数据空间和地址空间是分开的。

面向嵌入式应用的架构改进面向嵌入式应用的架构改进从冯诺依曼架构到其改进型再到哈佛结构、流水线技术、并行处理、硬件加速、之领域去和推断执行、层次设计和缓存、总线和交换式部件互连、虚拟化技术、寄存器窗口和实时技术等。

以上看出，早期的架构技术更重于硬件改进，而现代则更偏向于软件和应用需求。

单片机发展史单片机发展史1958年，TI公司的杰克基尔比发明了第一块集成电路；1961年，TI公司研发出第一个基于IC的计算机；1965年，高登摩尔提出了描述集成电路工业发展规律的摩尔定律；同年，中国第一块集成电路诞生；1968年，Intel公司诞生，推出第一片1K字节的RAM;1981年，Intel公司推出了8位微控制器8051。

单片机的发展趋势单片机的发展趋势走向集成、嵌入式走向集成、嵌入式嵌入式系统的发展主要来源于两大动力，即社会需求的拉动和先进技术的推动，需求提供了市场，带动了新技术的产生，刺激了新技术的推广。

嵌入式系统的发展动力示意图ARM、Cortex和STM32简介ARM系列内核系列内核ARM体系结构的特点：

1.体积小、低功耗、低成本、高性能。

2.支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好的兼容8/16位器件。

3.大量使用寄存器，指令执行速度更快。

大多数数据操作都在寄存器中完成。

4.ARM处理器共有37个寄存器，分为若干个组（BANK）。

ARM处理器有7种不同的处理器模式。

5.寻址方式灵活简单，指令长度固定，执行效率高。

ARM7微处理器微处理器ARM7为低功耗的32位RISC处理器，采用冯诺依曼体系结构。

ARM7微处理器系列具有如下特点：

具有嵌入式ICERT逻辑，无论调试还是开发都很方便。

能够提供0.9MIPS/MHz的三级流水线结构。

代码密度高并兼容16位的Thumb指令集。

支持WindowsCE、Linux、PalmOS等嵌入式操作系统。

指令系统与ARM9系列、ARM9E系列和ARM10E系列兼容，便于用户程序的升级和产品的更新换代。

主频最高可达130MIPS。

ARM9微处理器微处理器ARM9内核为32位RISC处理器，采用哈佛结构。

ARM9内核微处理器具有以下特点：

5级整数流水线，指令执行效率更高。

提供1.1MIPS/MHz的运行速率。

支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。

支持32位的高速AMBA总线接口。

内含全性能的MMU。

内含MPU，支持实时操作系统。

支持数据Cache和指令Cache。

ARM9E微处理器微处理器ARM9E内核为综合处理器。

ARM9E内核微处理器具有以下特点：

支持DSP指令集。

5级整数流水线，指令执行效率更高。

支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。

支持32位的高速AMBA总线接口。

支持VFP9浮点处理协处理器。

内含全性能MMU。

内含MPU，支持实时操作系统。

支持数据Cache和指令Cache。

主频最高可达300MIPS。

ARM11微处理器微处理器ARM1136J-S是第一个执行ARMv6架构指令的处理器。

ARM1136J-S的主要特点如下：

集成了具有独立的load-sotore和算术流水线的8级流水线。

ARMv6指令包含了针对媒体处理的单指令流多数据流（SIMD）扩展。

采用特殊的设计，以改善视频处理性能。

为了进行快速浮点运算，增加了向量浮点单元。

Cortex系列内核系列内核Cortex系列内核系列内核Cortex系列内核系列内核Cortex系列内核系列内核Cortex系列内核系列内核Cortex系列内核系列内核Cortex系列内核系列内核1.25Thumb-20.74Thumb/0.93ARMDMIPS/MHzxPSR.2modes.Stackedregs（1bank）PSR.6modes.20Bankedregs系统状态系统状态ArchitectureDefinedUndefined存储器印射存储器印射ThreeNo睡眠模式睡眠模式12Cycles（6whenTailChaining）24-42Cycles（DependingonLSM）中断响应时间中断响应时间NMI,SysTickandupto240interrupts.IntegratedNVICInterruptControllerupto1-255PrioritiesFIQ/IRQ中断中断3-Stage+BranchSpeculation3-Stage流水线流水线Thumb-2（Merged32/16-bit）ARM（32-bit）&Thumb（16-bit）指令集指令集v7Mv4T体系结构体系结构Cortex-M3ARM7TDMI-SSTM32系列微控制器系列微控制器新的基于ARM内核的32位MCU系列内核为ARM公司为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的Cortex-M3内核超前的体系结构高性能，低电压，低功耗，创新的内核以及外设简单易用/自由/低风险STM32系列微控制器系列微控制器管脚,软件和外设全线兼容FLASH32KB,64KB,128KBRAM6KB,10KB,20KB封装LQFP-48/LQFP-64/LQFP-100/BGA-100电压范围2.0到3.6VI/O电压容限为5VBothlineshaveupto:

5xUSART2xSPI2xI2CRTC11+DMA2xWDG5x16-bitTIMERS80%GPIOratio12bADC（1s）Tempsensor36MHzCPUUpto48KBSRAMUpto512KBFLASHUpto64KBSRAMCANUSBACtimerEMI*2x12bADC（1s）TempsensorDAC*72MHzCPUInt8MHzRCInt32kHzRCPOR/PDR/PVDbrownout“基本型”系列“增强型”系列EMI*DAC*I2S*只有在只有在Flash大于大于256KB（包含）的芯片上才包括包含）的芯片上才包括DAC,EMI（144pins）,I2S,SDIOSDIO*STM32F10x的两条产品线的两条产品线STM32F103STM32F103“增强型增强型”系列系列22V-3.6VV-3.6V供电电压5VI/O5VI/O电压容限出色的时钟安全模式带有唤醒的低功耗模式内部RCRC嵌入的RESETRESET-40/+85-40/+85CC（工业级）CORTEXM3CPU72MHz72MHz6kB-64kB64kBSRAMARMPeripheralBus（max72MHz）（max72MHz）22xx12-bitADC16channels/1Msps1/2xI2C0/1xSPI1/2/4xUSART/LINSmartcard/IrDaModemControl32/49/80*I/OsUpto16Ext.ITsFlashI/F32kB-512kBFlashMemoryTempSensor11xUSB2.0FSxUSB2.0FS11xbxCAN2.0BxbxCAN2.0B66x16-bitPWMx16-bitPWMSynchronizedACSynchronizedACTimerTimer2xWatchdog（independent&window）2/3/5x16-bitTimerExternalExternalMemoryMemoryInterface*Interface*JTAG/SWDebugXTALoscillators32KHz+416MHzPowerSupplyReg1.8VPOR/PDR/PVDDMA3to11*ChannelsNestedvectITCtrl22xSPI/I2S*xSPI/I2S*22xDAC*xDAC*11xSDIO*xSDIO*ImageSensor*ImageSensor*1xUSART/LINSmartcard/IrDaModem-Ctrl1xSPIBridgeBridge1xSysticTimerARMLiteHi-SpeedBusMatrix/Arbiter（max72MHz）（max72MHz）Int.RCoscillators32KHz+8MHzPLLClockControlRTC/AWUARMPeripheralBus（max36MHz）20BBackupRegsSTM32F103STM32F103“增强型增强型”系列系列6KBRAM*6KBRAM*FlashSize（bytes）128K256K512K100pinsLQFP/BGASTM32F103Rx20KBRAMSTM32F103Rx20KBRAMSTM32F103Cx20KBRAM32K64KSTM32F103Rx64KBRAMSTM32F103Vx20KBRAMSTM32F103Vx64KBRAMSTM32F103Vx20KBRAMSTM32F103Vx64KBRAM3xUSART3x16-bittimer2xSPI,2XI2CUSB,CAN,PWM2xADC64pinsLQFP48pinsLQFP2xUSART2x16-bittimer1xSPI,1xI2CUSB,CAN,PWM2xADC5xUSART5x