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嵌入式系统入门 教程

简述

我们可以将嵌入式系统广义地定义为基于微控制器、软件驱动、可靠、实时的控制系统,旨在执行特定任务。它可以被认为是一个嵌入了软件的计算机硬件系统。嵌入式系统可以是一个独立的系统,也可以是一个大型系统的一部分。在本教程中,我们将解释设计和使用嵌入式系统所需的所有步骤。
本教程旨在帮助电子专业的学生学习嵌入式系统和 8051 微控制器的基本概念和高级概念。
在继续本教程之前,您应该很好地了解基本电子学的概念,例如电路、逻辑门等。

系统

系统是一种安排,其中所有单元根据一组规则组装在一起工作。它也可以定义为根据固定计划工作、组织或完成一项或多项任务的方式。例如,手表是一个时间显示系统。它的组件遵循一组规则来显示时间。如果其中一个部件出现故障,手表将停止工作。所以我们可以说,在一个系统中,它的所有子组件都相互依赖。

嵌入式系统

顾名思义,Embedded 的意思是连接到另一个东西上的东西。嵌入式系统可以被认为是一个嵌入了软件的计算机硬件系统。嵌入式系统可以是一个独立的系统,也可以是一个大型系统的一部分。嵌入式系统是基于微控制器或微处理器的系统,旨在执行特定任务。例如,火警是一个嵌入式系统;它只会感觉到烟雾。
嵌入式系统具有三个组件 –
  • 它有硬件。
  • 它有应用软件。
  • 它具有实时操作系统 (RTOS),可监督应用程序软件并提供机制,让处理器通过遵循控制延迟的计划来按照调度运行进程。RTOS 定义了系统的工作方式。它在应用程序的执行过程中设置规则。小型嵌入式系统可能没有 RTOS。
因此,我们可以将嵌入式系统定义为基于微控制器、软件驱动、可靠、实时的控制系统。

嵌入式系统的特点

  • 单一功能− 嵌入式系统通常执行专门的操作并重复执行相同的操作。例如: 寻呼机始终用作寻呼机。
  • 严格约束− 所有计算系统对设计指标都有限制,但嵌入式系统上的限制可能特别严格。设计指标是对实现特性的衡量,例如其成本、尺寸、功耗和性能。它的尺寸必须适合单个芯片,必须足够快以实时处理数据并消耗最少的功率以延长电池寿命。
  • 反应式和实时– 许多嵌入式系统必须不断对系统环境的变化做出反应,并且必须实时计算某些结果,没有任何延迟。考虑一个汽车巡航控制器的例子;它持续监控速度和制动传感器并做出反应。它必须在有限的时间内重复计算加速或减速;延迟计算可能导致无法控制汽车。
  • 基于微处理器 − 必须基于微处理器或微控制器。
  • 内存– 它必须有内存,因为它的软件通常嵌入在 ROM 中。它不需要计算机中的任何辅助存储器。
  • 连接 − 必须连接外设以连接输入和输出设备。
  • 软硬件系统− 软件用于更多功能和灵活性。硬件用于性能和安全性。
  • 嵌入式系统

优点

  • 易于定制
  • 低功耗
  • 低成本
  • 增强的性能

缺点

  • 高开发力度
  • 上市时间更长

嵌入式系统的基本结构

下图显示了嵌入式系统的基本结构 –
嵌入式系统结构
  • Sensor− 它测量物理量并将其转换为可由观察者或任何电子仪器(如 A2D 转换器)读取的电信号。传感器将测量的量存储到存储器中。
  • A-D Converter − 模数转换器将传感器发送的模拟信号转换为数字信号。
  • Processor & ASICs − 处理器处理数据以测量输出并将其存储到内存中。
  • D-A Converter − 数模转换器将处理器馈送的数字数据转换为模拟数据
  • Actuator − 执行器将 DA 转换器给出的输出与其中存储的实际(预期)输出进行比较,并存储批准的输出。

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