单片机和嵌入式系统概述.docx
《单片机和嵌入式系统概述.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《单片机和嵌入式系统概述.docx(9页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
单片机和嵌入式系统概述
单片机和嵌入式系统概述
第一章单片机(和嵌入式系统)概述
1.1单片机(和嵌入式系统)的发展
1.1.1计算机发展的三个浪潮
1第一个浪潮(1946〜1975),大型机硬件导向:
计算机只能由专家操作,
把处理后的信息交用户使用,信息处理与使用分离。
一集中处理时代
2第二个浪潮(1976〜1993)台式计算机导向:
PC机普及,信息由处理
者个人享有不能互发信息,难以共享。
信息处理与使用者结合。
一分散处理时代
3第三个浪潮(1994〜?
),网络导向:
计算机通过网络互连进行全球通信,引入网络就是计算机的新概念。
软件可以象数据一样驻留在网络上,软件程序可以实时执行,用户可随时到达存放所需程序的地址,而不受计算机类型和操作系
统的限制。
信息收集、处理、分析和存储都商业化。
T网络处理时代
1.1.2计算机发展简史
第一代到第四代计算机都是以电子器件的发展更新来划分的,而第五代以后的计算机则是以设计思想的更新来划分。
1第一代电子管计算机(1946〜1958)
(1)硬件
逻辑器件:
电子管和继电器
内存:
汞延迟线,静电存储管,53年出现磁芯(统治20年)
外存:
磁带机、穿孔纸带机和卡片机,56年IEM生产磁盘机
(2)软件:
54年以前几乎没有软件,主要用机器语言--二进制代码指令
后期发展了汇编语言
(3)性能
运算速度:
几千次到几万次
平均稳定运行时间:
几小时
(4)特点
体积大、功耗大、价格大,速度慢、容量小、可靠性差
(5)典型机器
佃42年美籍保加利亚人,爱荷华州立学院数学系文森特■阿培纳索夫(VincentAtanasoff)与其助手克里夫德贝利(CliffordBerry)研制成功世界上第一台数字电子计算机ABC。
采用300个电子管,用电容器做存储器,穿孔卡片作为辅助存储器,运算速度为1次/s。
用于解线性代数方程。
1973年美国法院把发明权归属于阿培纳索夫。
由美国宾夕法尼亚大学的工程师埃克特(J.PresperEckert)和物理学家毛希利(John.W.Mauchly)于1945年12月研制成功,于1946年2月正式公开表演数字式电子计算机ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorAndComputer)。
佃47年运到马里兰州陆军阿伯丁试炮场的弹道研究实验室正式使用。
用了18800只电子管、12bit字长、内存17kB,300次乘法/s,
5000次加法/s,占地165m2,重量30T,耗电150kW。
1953年4月IEM—701
1954年11月IEM—650
104(DJS—2)
1958年
103(DJS—l)
2第二代晶体管计算机(1958〜1964)
(1)硬件
逻辑器件:
晶体管
内存:
磁芯
外存:
磁盘和磁带机
(2)软件
汇编语言、高级语言FORTRAN、COBOL(59年开发,61年完成卜ALGOL
(I960年)的编译系统,管理/监控程序
(3)性能
运算速度:
几万到几十万次/秒
(4)典型机器
1959年11月
1962年9月
平均稳定运行时间:
数十小时
IBM7090
IBM7094
441B
108—乙(DJS—6)
109
X—2
3第三代集成电路计算机(1964〜1971)
(1)硬件
逻辑器件:
中小规模集成电路
内存:
磁芯存储器和磁膜存储器
69年IEM360/85部分采用半导体存储器
70年IEM370/145全部采用半导体存储器
外存:
磁盘(机)
(2)软件
65年出现高级语言BASIC,60年代末发明高级语言PASCAL(67年
开发,71年完成),并出现多道、分时操作系统和网络系统软件
(3)性能
运算速度:
几十万到几百万次/秒
平均稳定运行时间:
几百小时
(4)典型机器
1964年
IBM3
60
DJ
S
-20
0
1971年
IBM3
70
70
9
(TQ
-16)
NOVA
(DJ
S-
-10
0)
PDP-1
1
(DJ
S-
-18
0)
1974DJS-130
4第四代大规模集成电路计算机(1971〜?
)
(1)硬件
逻辑器件:
大规模集成电路
内存:
大规模集成电路
外存:
磁盘、光盘
(2)软件
高级语言FORTH(70年)、C(72年)、Ada(79年)、LOGO人工智能语言LISP、Prolog
操作系统、数据库管理系统、Windows
(3)性能
运算速度:
几千万到几亿次/秒
(4)典型机器
1981年Cyber-205、Cray-1、YH—1(1亿次/秒)
ILLIAC-IV(美宇航局阿姆斯中心):
64个处理机,1.5亿〜2亿次/秒
PEPE(美弹道导弹防御局):
256个处理机,10亿次/秒
70年代计算机技术开始加速,80年代2〜3年就一个档次飞跃,90年代一年一个样,机器的生命周期仅1〜1•5年。
Intel8086/8088IBMPC/RT
80286IBMPC/AT
80386
80486
PentiumCPU含310万个晶体管,速度可达1.12亿次/秒PentiumProCPU含520万+1550万个晶体管
Motorola68000—68010—68020—68030—68040AppleMacintosh
5第五代人工智能计算机
这是面向知识处理的新型计算机,其目标是能通过推理做出判断,能听懂自然语言,能识别印刷体和手写体字,能对语言的意义加以理解,能说自然语言,甚至可能在思考问题方面超过人类的个体。
但是由于种种原因,日本实施的第五代计算机计划未能成功。
6第六代神经网络计算机
这是一种仿真人大脑结构的新型计算机。
目标是可以对图形、图像直接处理,
对非逻辑的复杂问题具有推断和知觉判断的能力,甚至还具有总结经验教训、归纳推理的能力。
95年11月中科院半导体所研制成功数字和模拟混合电路的神经网络计算机“预言神一号;2000万亿次/秒,可用于图像、文字和语音识别。
1.1.3微处理器与微型计算机发展简况
1.>86系列
⑴Intel
7172747879828589
4040—8008—8080—8085—8086—8088—80186—80286—80386—80486
93.396979799.22000.11
Pentium—PentiumPro—MMXPentium—Pentiumn—Pentium川—Pentium4
—Merced(lntel+HP)
64bit
⑵AMD
K5—K6—K6-2—k6-3—K7(Athlon)—
2.其他系列
⑴Motorola6800—68000—68010—68020—68030—68040
(AppleMacintosh)
—6502(Apple机)
⑵ZilogZ80—Z8000—Z80000
⑶IBM+Apple+Motorola:
PowerPC601—602—603e—604—620
3.高端处理器:
用于工作站、服务器
⑴DEC(Compaq):
Alpha21064—21164—21264—21364—21464(5
万亿次)
⑵Sun:
SPARC—UltraSPARC可扩展性(1000多个)
(集成度达1600万T)
(用于SGI图形工作站)
⑶MIPS:
R4400—R8000—R10000
⑷ARM:
ARM7系列彳氐功耗
ARM9系列
ARM9E系列
ARM10系列
SecurCoreSC100
StrongARM
XScale
ARM11系列
微处理器发展的另一个方向是小型化、面向控制,发展成微控制器
1.1.4单片机(微控制器)的发展概况
71年Intel:
4040叩
74年Fairchild:
准单片机F8(需加一片3851-1kROM+CTC+PIO档
75年TI:
4位单片机TMS-1000
76年Intel:
MCS-48系列-8048(ROM),8748(EPROM),8035(无ROM)
78年Motorola:
M6801
78年Zilog:
Z8系列,Super8
80年Intel:
8位MCS-51系列-8051(ROM),8751(EPROM),8031(无
ROM)
82年Intel:
16位MCS-96系列8096
88年准16位8098于98年停产
90年Motorola:
68HC05—68HC11—68HC12—68HC16—683XX
90年代后,微控制器的发展百花齐放、五彩缤纷,老公司不断推陈出新,I
新的公司鼎故革新,推出了很多各具个性的微控制器。
1.Intel:
7172747680828588
4040f8008f8080—8085—8048—8051—8096—80196—8098
—Philips80C51(l2C)
—AtmelAT89C51(Flash)
—AVRAT90SXXXX(高速)
—AVRAT91系列(ARM
Core)
—CygnalC8051F(高速,SoC)
2.TI:
MSP430系列(低功耗)
3.SCENIX:
SX系列(极高速)
4.Microchip:
PIC系列(高性能价格比)
1.1.5嵌入式系统的发展
1.低中端嵌入式系统应用
面向控制的应用都采用微控制器(单片机)实现,过去都是采用汇编语言
编程,用仿真器调试。
没有开发平台,只能通过软硬兼施,从设计硬件电路原理图开始,印制板设计、加工、安装、焊接、编程、调试、测试都要熟悉。
既难又繁,容易出错,需要慢慢积累经验才能得心应手。
采用C-51高级语言编程,利用C编译器编译成机器码再下载执行,大大提高了开发效率•
2.中高端嵌入式系统应用
面向数字信号处理、通信、网络应用等复杂的应用,由于涉及到TCP/IP
等协议和用户图形界面(GUI)的复杂性,一般都需要借助于嵌入式操作系统
EOS平台,米用咼级语言C/C++/Java进行开发。
1.2嵌入式系统的技术特征
1.专用计算机系统(非PC机形态):
看不到计算机的计算机应用系统
⑴以应用为中心,量体裁衣定制。
⑵以计算机技术为基础,硬件与软件紧密结合。
⑶适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求
2.知识集成系统
⑴技术密集、资金密集。
⑵高度分散、不可垄断。
⑶面向应用、不断创新。
1.3嵌入式系统应用
嵌入式系统技术具有非常广阔的应用前景,其应用领域可以包括:
1.工业控制
基于嵌入式芯片的工业自动化设备具有很大的发展空间,目前已经有大量的
8、16、32位嵌入式微控制器应用在工业过程控制、数控机床、电力系统、电网安全、电网设备监测、石油化工系统等领域。
就传统的工业控制产品而言,低端型往往采用的是8位单片机,但是随着技术的发展,32位、64位的微处理器逐渐成为工业控制