基于單片機的嵌入式工程開發(fā)詳解前言

作為一名硬件工程開發(fā)人員，回顧以往的學(xué)習(xí)、工作經(jīng)歷，有太多感慨。當(dāng)初剛剛走出校門的時候是躊躇滿志，對將要從事的硬件開發(fā)，自認為在學(xué)校已經(jīng)學(xué)到了很多知識，比如：單片機原理、數(shù)電、模電、C語言編程、電路板制作等，覺得自己可以大顯身手了，可一到實際的工程中，情況就不一樣了。有一種“紙上得來終覺淺”的感覺，覺得以往學(xué)習(xí)的知識在實際中不知該如何著手。因此，積累一定的工程經(jīng)驗也就相當(dāng)重要了，而這是我們在學(xué)校的教材中所不能學(xué)到的?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)硬件工程開發(fā)的人員同樣也面臨相同的問題，為此我們就想把自己的一段工程開發(fā)經(jīng)驗寫下來，以噬讀者：“絕知此事要躬行?！?100433B

第1部分：基礎(chǔ)篇

第1章 單片機與編譯環(huán)境

1.1 MCS一5l簡介

1.2 “winbond78E516B”芯片功能詳解

1.2.1 芯片概述

1.2.2 引腳描述

1.2.3 功能框圖

1.2.4 功能描述

1.2.5 時序波形圖：

1.2.6 電氣特性

1.3 編譯環(huán)境

1.3.1 “KLeiluvision2”主界面介紹

1.3.2 創(chuàng)建項目

1.3.3 編譯與連接

1.3.4 程序調(diào)試

1.4 本章小結(jié)

第2部分：工程硬件篇

第2章 工程項目介紹

2.1 信息采集終端的工程背景

2.2 系統(tǒng)硬件方案設(shè)計

2.2.1 硬件設(shè)計框圖

2.2.2 系統(tǒng)原理圖

2.3 本章小結(jié)

第3章 單片機最小系統(tǒng)

3.1 最小系統(tǒng)功能介紹

3.2 電路設(shè)計

3.2.1 單片機最小系統(tǒng)電路圖

3.2.2 電源模塊

3.2.3 時鐘電路

3.2.4 復(fù)位電路

3.3 軟件設(shè)計一“hellO,WOrld!”工程項目構(gòu)建

3.4 本章小結(jié)

第4章 看門狗電路

4.1 看門狗原理介紹

4.1.1 軟件看門狗采用純軟件程序來實現(xiàn)看門狗功能

4.1.2 硬件看門狗

4.2 電路設(shè)計

4.2.1 系統(tǒng)電路圖

4.2.2 “MAX813L”芯片介紹

4.2.3 看門狗電路

4.3 軟件設(shè)計——清狗功能實現(xiàn)

4.4 本章小結(jié)

第5章 系統(tǒng)電源設(shè)計

5.1 工程實例背景及功能分析

5.2 電路設(shè)計

5.2.1 系統(tǒng)電源電路

5.2.2 雙電源選擇輸入電路

5.2.3 “MAXl659”芯片介紹

5.2.4 喚醒電源Vcl電路

5.2.5 主電源Vcc一電路

5.2.6 液晶背光控制電源“LED ”

5.2.7 “MODEM”控制電源

5.2.8 傳感器供電控制電路

5.3 軟件設(shè)計——電源控制功能的實現(xiàn)

5.4 本章小結(jié)__

第6章 外部數(shù)據(jù)存儲器擴展

6.1 工程實例背景及功能分析

6.1.1 系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)

6.1.2 存儲器擴展方式

6.1.3 工程實例應(yīng)用

6.2 電路設(shè)計

6.2.1 系統(tǒng)電路圖

6.2.2 “DSl230Y”芯片介紹

6.2.3 “MC74HC573”芯片介紹

6.2.4 片外RAM擴展電路及功能說明

6.3 軟件設(shè)計

6.3.1 Keilc51編譯器環(huán)境下存儲空間的訪問

6.3.2 程序舉例

6.4 本章小結(jié)

第7章 基本“l(fā)/O”功能及擴展

7.1 單片機基本“l(fā)/O”原理

7.1.1 四個輸入輸出(I/0)口介紹

7.1.2 “l(fā)/O”口的設(shè)計

7.2 工程實例背景及功能分析

7.3 電路設(shè)計

7.3.1 系統(tǒng)電路圖

7.3.2 報警電路圖及功能說明

7.3.3 “74HCl38”芯片介紹

7.3.4 “74HC02”和“74HC00芯片介紹

7.3.5 基本“I/O”擴展電路

7.3.6 并口擴展電路

7.4 軟件設(shè)計

7.4.1 基本“I/O"口的操作

7.4.2 報警功能實現(xiàn)

7.4.3 基本“I/0”擴展實現(xiàn)

7.5 本章小結(jié)

第8章 實時時鐘電路

8.1 工程實例背景及功能分析

8.1.1 實時時鐘概述

8.1.2 RTC的應(yīng)用

8.2 單片機中斷系統(tǒng)原理

8.2.1 中斷和中斷嵌套

8.2.2 “W78E516B”中斷系統(tǒng)

8.2.3 中斷響應(yīng)過程

8.2.4 外部中斷方式

8.3 電路設(shè)計

8.3.1 系統(tǒng)電路圖

8.3.2 “DSl2C887”芯片介紹

8.3.3 實時時鐘電路及功能說明

8.3.4 片選信號DSCS的產(chǎn)生

8.4 軟件設(shè)計

8.4.1 設(shè)置時鐘時間

8.4.2 讀取時鐘實現(xiàn)

8.4.3.KeilC51環(huán)境下的中斷編程

8.4.4 時鐘定時啟動單片機

8.5 本章小結(jié)

第9章 鍵盤輸入和電源指示電路

9.1 工程實例背景及功能分析

9.1.1 鍵盤工作原理

9.1.2 獨立式按鍵接口設(shè)計

9.1.3 工程實際應(yīng)用

9.2 系統(tǒng)電路圖

9.2.1 鍵盤輸入電路及功能說明

9.2.2 鍵盤喚醒電路及功能說明

9.2.3 電源指示電路及功能說明

9.3 軟件設(shè)計

9.3.1 鍵盤軟件處理方式介紹

9.3.2 鍵盤驅(qū)動實現(xiàn)

9.4 本章小結(jié)

第10章 LCD顯示的實現(xiàn)

10.1 工程實例背景及功能分析

10.2 圖形液晶模塊“VPGl9264”介紹

10.2.1 顯示模塊外部接口引腳

10.2.2 內(nèi)部工作原理

10.2.3 指令系統(tǒng)

10.3 電路設(shè)計

10.3.1 系統(tǒng)電路圖

10.3.2 LCD接口電路及功能說明

10.4 軟件設(shè)計

10.4.1 漢字顯示原理

10.4.2 系統(tǒng)配置頭文件“config.h

10.4.3 LCD顯示驅(qū)動頭文件“LCDControl-b

10.4.4 字庫頭文件“ziku.h

10.4.5 LCD顯示驅(qū)動實現(xiàn)

10.4.6 主函數(shù)實例

10.4.7 文件結(jié)構(gòu)

10.5 本章小結(jié)

第11章 采樣接口與A，D轉(zhuǎn)換電路

11.1 工程實例背景及功能分析

11.1.1 傳感器在工程中的應(yīng)用

11.1.2 采樣接口電路在工程中的應(yīng)用

11.1.3 A/D轉(zhuǎn)換電路在工程中的應(yīng)用

11.2 電路設(shè)計

11.2.1 系統(tǒng)電路圖

第3部分：工程軟件篇

本書對于已初步了解單片機原理，但缺乏實際工程經(jīng)驗的初學(xué)者來說是一本不可多得的參考資料，也適合從事單片機應(yīng)用開發(fā)的廣大工程技術(shù)人員和大專院校相關(guān)專業(yè)教材參考之用。

本書通過51系列單片機芯片W78E516B開發(fā)信息采集終端的工程實例，以詳細的硬件電路開發(fā)流程和嵌入式軟件系統(tǒng)的構(gòu)建，讓讀者清楚地了解工程開發(fā)的整個過程。本書以工程實例的開發(fā)流程為線索，涵蓋了51系列單片機諸如存儲器擴展、綜合電源控制、時鐘電路、定時器、I/O控制、A/D轉(zhuǎn)換、液晶顯示、串口通信、單片機中斷等主要應(yīng)用技術(shù)。同時詳細地介紹了實時多任務(wù)操作系統(tǒng)Small RTOS51的工程應(yīng)用。本書包含了大量實用程序代碼，并且都是基于C語言編寫，通過閱讀這些程序代碼，讀者可以深入理解Keil51 C語言編程思想和技巧。

本書對于已初步了解單片機原理，但缺乏實際工程經(jīng)驗的初學(xué)者來說是一本不可多得的參考資料，也適合從事單片機應(yīng)用開發(fā)的廣大工程技術(shù)人員和大專院校相關(guān)專業(yè)教材參考之用。

嵌入式單片機本質(zhì)上是單片機，目的是構(gòu)成嵌入式系統(tǒng)，所以其組成和特點遵循單片機和嵌入式系統(tǒng)的組成和特點。

嵌入式單片機單片機的特點

單片機就是微控制器，其特點主要有：

①以控制為主要目的；

②集成度高，體積小，可靠性高；

③工作電壓低，功耗低，待機時間長；

④擴展度高，組成靈活；

⑤成本低，性價比高。

嵌入式單片機單片機的架構(gòu)

單片機的組成架構(gòu)靈活，一般主要包含：運算器、控制器、存儲器、輸入輸出設(shè)備等。

體系結(jié)構(gòu)分為馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)和哈佛體系結(jié)構(gòu)。

硬件結(jié)構(gòu)主要由處理器、數(shù)據(jù)儲存器、程序儲存器、定時器/計數(shù)器、串并行接口等。

嵌入式單片機嵌入式系統(tǒng)的特點

按照歷史性、本質(zhì)性、普遍性要求，嵌入式系統(tǒng)應(yīng)定義為：“嵌入到對象體系中的專用計算機系統(tǒng)”?！扒度胄浴?、“專用性”與“計算機系統(tǒng)”是嵌入式系統(tǒng)的三個基本要素。對象系統(tǒng)則是指嵌入式系統(tǒng)所嵌入的宿主系統(tǒng)。

嵌入式系統(tǒng)的特點可以由定義中的三個基本要素衍生而來。

①與“嵌入性”的相關(guān)特點：由于是嵌入到對象系統(tǒng)中，必須滿足對象系統(tǒng)的環(huán)境要求，如物理環(huán)境（小型）、電氣/氣氛環(huán)境（可靠）、成本（價廉）等要求。

②與“專用性”的相關(guān)特點：軟、硬件的裁剪性；滿足對象要求的最小軟、硬件配置等。

③與“計算機系統(tǒng)”的相關(guān)特點：嵌入式系統(tǒng)必須是能滿足對象系統(tǒng)控制要求的計算機系統(tǒng)，并且必須配置有與對象系統(tǒng)相適應(yīng)的接口電路。

也可以總結(jié)為：實時性、多速率、可剪裁、低功耗、低成本、環(huán)境相關(guān)等。

另外，在理解嵌入式系統(tǒng)定義時，不要與嵌入式設(shè)備相混淆。嵌入式設(shè)備是指內(nèi)部有嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品、設(shè)備，例如，內(nèi)含單片機的家用電器、儀器儀表、工控單元、機器人、手機、PDA等。

嵌入式單片機嵌入式系統(tǒng)的分類

嵌入式系統(tǒng)按形態(tài)可分為設(shè)備級（工控機）、板級（單板、模塊）、芯片級（MCU、SoC）。

嵌入式系統(tǒng)按功用分可為工業(yè)用、商業(yè)用、軍用、民用等，不同的使用環(huán)境對嵌入式系統(tǒng)的要求也是不一樣的。

嵌入式單片機嵌入式系統(tǒng)典型處理器

1. ARM處理器ARM處理器由全球領(lǐng)先的32位RISC微處理器知識產(chǎn)權(quán)（IP）供應(yīng)商ARM公司研發(fā)，其主要特點為：體積小、低功耗、成本低、性能高、16/32位雙指令集、市場份額大。

2. MIPS處理器MIPS處理器由設(shè)計和制造高性能、高檔32/64位處理器的MIPS技術(shù)公司研發(fā)，其主要研發(fā)重心在嵌入式系統(tǒng)上。其主要特點是高性能、定位廣、64位指令集。

3. PowerPC處理器PowerPC是摩托羅拉公司和IBM公司聯(lián)合為蘋果公司開發(fā)的處理器芯片，其特點是可伸縮性好、靈活度高、應(yīng)用廣泛。

4. Intel Atom處理器由英特爾公司研發(fā)，特點是低功耗、體積小、處理能力強，詳見（Atom處理器）。

嵌入式單片機嵌入式系統(tǒng)組成

主要由硬件、軟件和相應(yīng)開發(fā)工具與開發(fā)系統(tǒng)組成。

硬件包括嵌入式核心芯片、儲存器系統(tǒng)和外部接口。

軟件包括操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件。

無論是嵌入式系統(tǒng)還是單片機都是長時間以來科技領(lǐng)域大家關(guān)注的焦點，也是推動科技發(fā)展、提高生活水平的科技產(chǎn)品。嵌入式單片機即指以微控制器為核心的嵌入式系統(tǒng)。

嵌入式單片機嵌入式系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)，廣義上指任何一個包括可編程計算機的設(shè)備，且為專用系統(tǒng)。這是相對通用計算機（如個人電腦）來說的；

國際電氣和電子工程師協(xié)會（IEEE）定義，嵌入式系統(tǒng)是“控制、監(jiān)視或者輔助設(shè)備、機器和車間運行的裝置”（英文原文：devices used to control, monitor, or assist the operation equipment, machinery or plants）。

普遍認可的一種定義是：以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁減，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積和功耗的嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。

簡單來說，嵌入式系統(tǒng)就是以各種形態(tài)嵌入到對象體系中的專用計算機系統(tǒng)。

嵌入式單片機單片機

單片機，即微控制器（Microcontroller），是將微型計算機的主要部分集成在一個芯片上的單芯片微型計算機。

嵌入式單片機嵌入式單片機

嵌入式單片機本質(zhì)上是單片機，即用于嵌入式系統(tǒng)的單片機。