1、豆丁文档代下载：http:/ （0.1 元/篇）造纸，印染染料请选择 宏浩染料推荐好文档当选：http:/ 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 第一个浪潮（19461975）,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。 集中处理时代 第二个浪潮（19761993）台式计算机导向：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。 分散处理时代 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
2、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。 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。 第一代电子管计算机（19461958）（）硬件逻辑器件：电子管和继电器内存：汞延迟线，静电存储管，年出现磁芯（统治年）外存：磁带机、穿孔纸带机和卡片机，年生 产磁盘机（）软件：年以前几乎没有软件，主要用机器语言-二进制代码指令豆丁文档代下载：http:/ （0.1 元/篇
3、）造纸，印染染料请选择 宏浩染料推荐好文档当选：http:/ 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（Vincent Atanasoff）与其助手克里夫德.贝利（Clifford Berry）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.Presper Eckert）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
4、表演数字式电子计算机 ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Computer）。1947 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。用了只电子管、 bit 字长、内存kB ，300 次乘法/s,5000 次加法/s，占地 165 m2，重量 T，耗 电 kW。年月 年月 年 （）（） 第二代晶体管计算机（19581964）（）硬件逻辑器件：晶体管豆丁文档代下载：http:/ （0.1 元/篇）造纸，印染染料请选择 宏浩染料推荐好文档当选：http:/ FORTRAN、COBOL(59 年开发，61 年完成)、ALGOL（1960 年
5、）的编译系 统，管理/监控程序（）性能运算速度：几万到几十万次秒平均稳定运行时间：数十小时（）典型机器年月 年月 乙（） 第三代集成电路计算机（19641971）（）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年 部分采用半导体存储器年 全部采用半导体存储器外存：磁盘（机）（）软件5 年出现高级语言，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（）性能豆丁文档代下载：http:/ （0.1 元/篇）造纸，印染染料请选择 宏浩染料推荐好文档当选：http:/ 年 （） （） （） 第四代大规模集成电路计算机（1971?
6、）（）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（）软件高级语言 FORTH（70 年）、（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（）性能运算速度：几千万到几亿次/秒（）典型机器年 Cyber-205、Cray-1、（亿次秒）ILLIAC-IV（美宇航局阿姆斯中心）:64 个处理机,1.5 亿亿次/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 年代年就一个档次飞跃，90 年代一年一个样，机器的生命周期仅.年。豆丁文档代下载：http:
7、/ （0.1 元/篇）造纸，印染染料请选择 宏浩染料推荐好文档当选：http:/ 8086/8088 IBM PC/RT80286 IBM PC/AT8038680486Pentium CPU 含 310 万个晶体管，速度可达 1.12 亿次秒Pentium Pro CPU 含 520 万1550 万个晶体管Motorola 6800068010680206803068040 Apple Macintosh 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
8、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。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 Intel71 72 74 78 79 82 85 894040 8008 8080 8085 8086 8088 80186 80286 80386 804864
9、bit 8bit 16bit 准 16bit 32bit93.3 96 97 97 99.2 2000.11豆丁文档代下载：http:/ （0.1 元/篇）造纸，印染染料请选择 宏浩染料推荐好文档当选：http:/ Pentium Pro MMX Pentium Pentium Pentium Pentium 4 Merced(Intel+HP)64bit AMDK5 K6 K6-2 k6-3 K7(Athlon)2.其 他 系 列 Motorola 6800 68000 68010 68020 68030 68040(Apple Macintosh) 6502 (Apple 机 ) Zil
10、og Z80 Z8000 Z80000 IBM+Apple+Motorola: Power PC 601 602 603e 604 6203.高 端 处 理 器 ：用 于 工 作 站 、服 务 器 DEC(Compaq): Alpha 21064 21164 21264 21364 21464(5 万 亿 次 ) Sun: SPARC Ultra SPARC 可 扩 展 性 （1000 多 个 p）（集 成 度 达 1600 万 T） MIPS:R4400 R8000 R10000 (用 于 SGI 图 形 工 作 站 ) ARM: ARM7 系 列 低 功 耗ARM9 系 列ARM9E 系
11、列ARMl0 系 列SecurCore SCl00Strong ARMXScaleARMl1 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 p74 年 Fairchild:准 单 片 机 F8(需 加 一 片 3851-1k ROM+CTC+PIO2)豆丁文档代下载：http:/ （0.1 元/篇）造纸，印染染料请选择 宏浩染料推荐好文档当选：http:/ 年 TI:4 位 单 片 机 TMS-100076 年 Intel:MCS-48 系 列 -80
12、48（ROM）,8748(EPROM),8035(无 ROM)78 年 Motorola:M680178 年 Zilog:Z8 系 列 ，Super 880 年 Intel:8 位 MCS-51 系 列 -8051（ROM）,8751(EPROM),8031(无 ROM)82 年 Intel:16 位 MCS-96 系 列 809688 年 准 16 位 8098 于 98 年 停 产90 年 Motorola:68HC05 68HC11 68HC12 68HC16 68390 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 ，
13、新 的 公 司 鼎 故 革 新 ，推 出 了 很 多 各 具 个 性 的 微 控 制 器 。1.Intel:71 72 74 7680 82 85 884040 8008 8080 8085 8048 8051 8096 80196 8098 Philips 80C51(I2C) Atmel AT89C51(Flash) AVR AT90S（高 速 ） AVR AT91 系 列 （ARM Core） Cygnal C8051F(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
14、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
15、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 ， 采 用 高 级 语 言 C/C+/Java 进 行 开 发 。豆丁文档代下载：http:/ （0.1 元/篇）造纸，印染染料请选择
16、宏浩染料推荐好文档当选：http:/ 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以应用为中心，量体裁衣定制。以计算机技术为基础，硬件与软件紧密结合。 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 技术密集、资金密集。高度分散、不可垄断。 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
17、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设备的核心，在未来几年内必将获得更大的发展。 2交通管理控制在车辆导航、流量控制、信息监测与汽车服务方面，嵌入式系统技术已经获得了广泛的应用，内嵌GPS 模块、GSM 模块的移动定位终端已经在各种运输行业获得了成功的使用。目前GPS 设备已经从尖端产品进入了普通百姓的家庭，只需要几千元，就可以随时随地找到你的位置。图1-11 即是GPS 手持机。图1-1 GPS 手持机3信息家电这将成为嵌入式系统最大的应用领域，冰箱、空调等的网络化、智能化将引领人们的生活步入一个崭新的
18、空间。即使不在家里，也可以通过电话线、网络进行远程控制。在这些设备中，嵌入式系统将大有用武之地。图1-2 是信息家电的一种家庭网络视频电话。豆丁文档代下载：http:/ （0.1 元/篇）造纸，印染染料请选择 宏浩染料推荐好文档当选：http:/ 信息家电:家庭网络视频电话4家庭智能管理系统水、电、煤气表的远程自动抄表，安全防火、防盗系统，其中嵌入的专用控制芯片将代替传统的人工检查，并实现更高、更准确和更安全的性能。目前在服务领域中，一些手持设备已经体现出了嵌入式系统的优势。 5POS 网络公共交通无接触智能卡（CSC-Contactless Smart Card）发行系统、公共电话卡发行系
19、统、自动售货机（如图1-3 所示）、各种智能ATM 终端将全面走入人们的生活，到时手持一卡就可以行遍天下。图1-3 智能售货机6环境监测环境监测包括水文资料实时监测、防洪体系及水土质量监测、堤坝安全、地震监测网、实时气象信息网、水源和空气污染监测。在很多环境恶劣、地况复杂的地区，嵌入式系统将实现无人监测。7机器人嵌入式芯片的发展将使机器人在微型化、高智能方面优势更加明显，同时会大幅度降低机器人的价格，使其在工业领域和服务领域获得更广泛的应用。除了以上这些应用领域，嵌入式系统还有其他方面的应用。可以毫不夸张地说，嵌入式系统已经进入到现代社会人们生活的方方面面，可是说是“无处不在” ，尤其是在控制方面的应用。就远程家电控制而言，除了开发出支持TCP/IP 的嵌入式系统之外，家电产品控制协议也需要制订和统一，这需要家电生产厂家来做。同样的道理，所有基于网络的远程控制器件都需要与嵌入式系统之间实现接口，然后再由嵌入式系统来控制并通过网络实现控制。所以，开发和探讨嵌入式系统有着十分重要的意义。
