单片机原理及基于单片机的嵌入式系统设计
单片机原理与嵌入式系统设计课后答案
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C
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6．写出下列字符串的 ASCII 码（用十六进制表示）。 （1）X = 3+5； （2）China
解： （1）（88 61 51 43 53）10 Ù (58 3D 33 2B 35)16 （2）（67 104 105 110 97）10 Ù (43 68 69 6E 61)16
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单片机原理与嵌入式系统设计―课后习题参考答案---电子版
息存储可靠性最高，当用量很大时，单片成本最低。 PROM 即可编程 PROM，又称 OTP ROM，需要存储的信息由用户使用编程器写入，信
息存储可靠性次之，单片成本较低，只能使用一次，目前已较少使用。
17．EEPROM 与 EPROM 之间有什么区别?
8．嵌入式操作系统一般如何分类？
答： 嵌入式系统的种类按形态可分为设备级、板级、芯片级，按应用分为工业应用和消费电 子。
9. 说明使用嵌入式操作系统的优缺点。 答： 优点：程序设计和扩展容易，不需要大的改动就可以增加新的功能；通过将应用程序分 成若干独立的模块，使程序设计过程大为简化；对实时性要求较高的事件都得到了快速、可 靠的处理；充分利用了系统资源。 缺点：使用嵌入式操作系统需占用嵌入式处理机的硬件资源和部分内存，另外还需支付 操作系统内核费用，不适合低成本的小型项目。
答： EPROM 是 Erasable Programmable Read Only Memory 的缩写，因为其擦除方法是用紫外
控制；
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单片机原理及应用系统设计
单片机原理及应用系统设计单片机原理及应用系统设计单片机（Microcontroller，简称MCU）是集成了微处理器、存储器、输入/输出接口及其他功能模块的一种集成电路芯片，其内部包含了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器、串口、ADC/DAC、中断控制器等多个功能模块，可用于控制系统、数据采集、嵌入式系统、家用电器、汽车电子等许多领域中。
单片机的组成结构主要包括中央处理器（CPU）、存储器（ROM、RAM、EEPROM）、输入/输出接口（I/O）、时钟/定时器、中断/外部中断、串口通信、模拟输入/输出等模块。
其中，中央处理器是单片机的“心脏”，它执行单片机内部各种指令，进行逻辑运算、算术运算等操作；存储器用来存储程序和数据，ROM主要存储程序代码，RAM用来存储程序运行时所需的数据和临时变量；输入/输出接口是单片机和外部设备（如LED、LCD、继电器等）的链接带，通过输入输出接口可以实现单片机对外部设备的控制和监测；时钟/定时器用来产生精确定时信号，对于实时控制、时间测量、定时定量控制等应用非常重要；中断/外部中断是单片机的一种高效机制，在单片机运行过程中，如碰到紧急事件需要优先处理，可以启用中断机制，优先处理中断程序；串口通信用来实现单片机与另一台设备之间的通信功能，是单片机进行通信应用中较常用的接口；模拟输入/输出可实现单片机对外部采集信号的转换。
单片机的应用系统设计是单片机在应用领域中所体现出来的具体项目，包括了硬件和软件两个方面的内容。
硬件设计主要包括单片机的选型、外设的选择、电源设计、信号输入/输出设计等；软件设计则主要是对单片机进行编程，构造出相应的应用程序，实现对硬件系统的控制。
单片机在嵌入式系统中应用非常广泛，包括家用电器、工业自动化、汽车电子、医疗器械、安防监控等多个领域。
在家用电器中，单片机能够实现家电的自动控制、显示、调节等多种功能，如洗衣机控制、空调控制、电磁灶控制、电子钟表控制等；在工业自动化中，单片机的功能应用更为广泛，应用于生产线的控制、物流系统的管理、环保系统的监测、电子银行等多个领域；在汽车电子中，单片机的功能主要体现在行车电子控制系统、车载音响、泊车雷达系统等方面，具有多种控制、监测、显示、操作等功能；在医疗器械领域中，单片机主要应用于病人监测、给药控制、设备控制等多个方面，通过单片机系统的运行，实现对病情的掌控；在安防监控领域中，单片机系统具备事件监测、报警输出、视频监视等多种功能，使得安防系统可以实现更加精确、高效、智能的控制。
MCS51单片机原理及嵌入式系统应用课程设计 (2)
MCS51单片机原理及嵌入式系统应用课程设计一、课程设计背景嵌入式系统是一个以计算机技术为基础，集成了计算机硬件和软件系统的设备。
随着信息技术的飞速发展，嵌入式系统已经成为各种各样产品的重要组成部分，如家电、汽车、医疗器械等。
因此，对嵌入式系统的研究和开发也变得越来越重要。
MCS51是一种被广泛应用于嵌入式系统设计的单片机。
MCS51拥有稳定的性能和丰富的硬件资源，同时使用起来也非常方便。
在本课程设计中，我们将探究MCS51单片机的原理以及其在嵌入式系统中的应用，旨在帮助学生更好地理解嵌入式系统，提高其技能水平，为未来就业做好准备。
二、课程设计内容2.1 MCS51单片机原理MCS51单片机由CPU、存储器、输入输出接口及其它外设组成。
本部分内容主要包括以下几个方面：•MCS51的CPU结构和工作原理•存储器及存储器扩展方式•输入输出接口及其应用•定时器和中断控制器的原理2.2 嵌入式系统应用MCS51单片机在嵌入式系统中的应用非常广泛，包括控制电路、仪器设备、工业控制等领域。
本部分内容将侧重于MCS51单片机在嵌入式系统中的具体应用，主要包括以下几个方面：•定时器的应用•中断的应用•A/D转换的应用•串口通信的应用•基于MCS51的嵌入式系统设计案例2.3 课程设计实践课程设计实践环节是本设计的重点部分。
学生将按照以下流程完成实践：•组建小组，编写嵌入式系统设计方案•搭建硬件平台，包括MCS51单片机和相关外设•编写程序，完成设计方案的实现•测试程序，调试错误并进行优化三、课程设计评估本课程设计采用绩效考核制度。
学生将分小组完成课程设计，小组成员之间责任明确，根据完成情况和实现效果，将对小组进行绩效评估。
评估方案主要从以下方面考虑：•设计方案的合理性•实现方案的正确性及完整性•程序的优化程度及代码质量四、总结本课程设计旨在通过MCS51单片机的原理和应用让学生更好地理解嵌入式系统的设计和开发过程。
单片机课件以MCU为核心的嵌入式系统的设计与调试
C语言在MCU开发中的应用
C语言在MCU开发中具有广泛的 应用，其丰富的库函数和结构化 编程方式使得开发过程更加高效。
C语言可以通过标准库和第三方 库来实现各种硬件操作和控制， 例如GPIO操作、定时器控制、
串口通信等。
C语言还可以用于编写中断服务 程序、实现实时操作系统等复杂
应用。
MCU开发工具的使用与选择
硬件设计
根据需求分析结果，设计嵌入式系 统的硬件结构，包括微控制器 （MCU）、存储器、接口电路等。
软件设计
根据硬件结构和需求分析，设计 嵌入式系统的软件程序，包括操 作系统、驱动程序和应用软件。
系统集成与测试
将硬件和软件集成在一起，进 行系统测试和调试，确保系统
功能和性能符合要求。
嵌入式系统硬件设计
MCU开发工具包括IDE（集成开 发环境）、编译器、调试器等。
常用的MCU开发工具有Keil、 IAR、Eclipse等，这些工具支 持多种MCU芯片和操作系统。
选择MCU开发工具时需要考虑 工具的易用性、功能、稳定性 以及支持的芯片种类等因素。
使用MCU开发工具可以大大提 高开发效率，减少错误，方便 调试和测试。
嵌入式系统将广泛应用于工业自动化 设备中，提高生产效率和产品质量。
嵌入式系统将应用于汽车电子控制系 统和智能驾驶辅助系统中，提高汽车 的安全性和舒适性。
智能家居
工业自动化
医疗电子
汽车电子
嵌入式系统将应用于各种智能家居设 备中，实现设备的互联互通和智能化 控制。
嵌入式系统将应用于各种医疗电子设 备中，如智能医疗诊断仪器、远程监 控设备等。
单片机课件：以MCU为核心的嵌 入式系统的设计与调试
contents
单片机的基本原理及应用
单片机的基本原理及应用单片机（Microcontroller）是一种集成电路，内部集成了处理器核心、存储器、输入/输出接口以及各种外设等功能模块，常用于嵌入式系统中。
它具有体积小、功耗低、成本较低、可编程性强等特点，被广泛应用于工业控制、家电、汽车电子、通信设备等领域。
本文将介绍单片机的基本原理及其在各个领域的应用。
一、单片机的基本原理单片机的基本原理是通过内部的处理器核心来执行指令，控制其他功能模块的工作。
其内部核心主要由运算器、控制器和时钟电路组成。
1. 运算器（ALU）运算器是单片机的核心部件，负责执行各种算术和逻辑运算。
它通常由逻辑门电路构成，能够进行加减乘除、与或非等运算。
2. 控制器控制器是单片机的指令执行单元，负责控制各个部件的工作。
它根据程序存储器中的指令，逐条执行并控制其他模块的工作。
3. 存储器存储器用于存储程序指令和数据。
单片机通常包含闪存（Flash）和随机存储器（RAM）。
闪存用于存储程序，RAM用于存储运行时数据。
4. 时钟电路时钟电路提供单片机的时钟信号，控制指令和数据的传输和处理速度。
它通常由晶体振荡器和分频器组成。
二、单片机的应用领域1. 工业控制单片机在工业控制领域应用广泛。
它可以控制工业生产中的各种设备，如温度控制、压力控制、自动化装置等。
通过编程，单片机能实现精确控制和监测，提高生产效率和产品质量。
2. 家电在家用电器中，单片机也有着广泛的应用。
例如，微波炉、洗衣机、空调等均采用单片机来实现控制功能。
通过编写程序，单片机可以根据用户的需求自动调节设备的工作状态，实现智能化控制。
3. 汽车电子单片机在汽车电子领域扮演着重要角色。
它被用于发动机控制、车载娱乐、安全系统等各个方面。
通过单片机的实时控制，汽车性能得到提升，驾驶安全得到保障。
4. 通信设备单片机广泛应用于通信设备中，如手机、调制解调器等。
它可以实现信号处理、数据存储和传输等功能，提升通信设备的性能和稳定性。
基于单片机的设计与实现
基于单片机的设计与实现一、引言单片机是指将计算机的主要部件集成在一个芯片上，具有微型化、低功耗、低成本等优点，广泛应用于嵌入式系统中。
本文将介绍基于单片机的设计与实现。
二、单片机的基本原理单片机包括CPU、存储器、输入输出接口和定时计数器等基本部件。
其中，CPU是控制单元和算术逻辑单元的组合，控制单元负责控制程序执行流程，算术逻辑单元负责进行运算。
存储器包括ROM和RAM 两种类型，ROM用于存储程序代码和常量数据，RAM用于存储变量数据。
输入输出接口用于与外部设备进行通信，定时计数器用于产生定时信号。
三、基于单片机的设计步骤1.确定需求：首先需要明确所要设计的系统的功能需求和性能指标。
2.选型：根据需求选择合适的单片机型号。
3.编写程序：根据需求编写程序代码。
4.电路设计：根据程序代码设计电路原理图，并进行PCB布局。
5.调试测试：进行硬件电路和软件程序的联调测试，并对系统进行功能测试和性能评估。
6.生产制造：完成调试测试后，进行批量生产制造。
四、单片机应用案例1.智能家居控制系统：通过单片机控制家电设备的开关，实现远程控制和定时开关等功能。
2.智能车载系统：通过单片机控制车载音响、导航、空调等设备，提高驾驶体验和安全性。
3.医疗监护系统：通过单片机监测患者的生命体征，如心率、血压等，并及时报警。
4.工业自动化系统：通过单片机控制工业设备的运行状态和生产流程，提高生产效率和质量。
五、单片机设计中需要注意的问题1.选型问题：需要根据需求选择合适的单片机型号，考虑到性能、成本、功耗等因素。
2.电路设计问题：需要考虑电路稳定性、抗干扰能力等问题，并进行PCB布局优化。
3.程序设计问题：需要编写高效稳定的程序代码，并进行充分测试。
4.测试问题：需要进行充分测试和评估，并及时修正存在的问题。
六、总结基于单片机的设计与实现是一种重要的嵌入式技术，在智能家居、智能车载、医疗监护、工业自动化等领域有广泛应用。
单片机原理及应用系统设计
单片机原理及应用系统设计单片机是一种集成电路芯片，其中包含了微处理器、存储器、输入输出接口等功能模块。
它具有体积小、功耗低、性能高、可编程性强等特点，被广泛应用于各种电子设备和嵌入式系统中。
单片机原理和应用系统设计主要包括以下几个方面：1. 单片机的基本原理：单片机通常由CPU、存储器和外设接口等组成。
CPU负责执行指令，存储器用于储存指令和数据，外设接口用于与外部设备的连接。
2. 单片机的编程：单片机可以通过编写程序来实现各种功能。
常用的编程语言有汇编语言和高级语言（如C语言）。
编程时，需要先了解单片机的指令集和寄存器等硬件特性，然后使用适当的编译器将程序转换成机器码，最后通过下载工具将程序下载到单片机中执行。
3. 单片机应用系统的设计方法：在设计单片机应用系统时，首先需要明确系统的功能需求和硬件资源限制。
然后，依据需求选择适当的单片机型号，并设计硬件电路连接与外设接口。
接着，进行软件设计，编写相应的程序。
最后，通过仿真和测试验证系统的功能和性能。
4. 单片机应用系统案例：单片机在各个领域都有广泛的应用。
以家电控制为例，可以通过单片机设计实现智能家居系统。
通过单片机控制开关、传感器、驱动器等，实现家电设备的自动控制和远程控制，提高生活的便利性和舒适度。
5. 单片机的优点和挑战：单片机具有体积小、功耗低、成本低、可编程性强等优点，使得它在嵌入式系统中得到广泛应用。
但单片机的资源有限，编程和调试难度较大，对程序的效率和硬件资源的合理利用要求较高。
综上所述，单片机原理及应用系统设计涉及到单片机的原理、编程、应用系统设计方法、案例等方面内容。
掌握这些知识，可以帮助我们更好地理解和应用单片机技术，实现各种电子设备和嵌入式系统的设计与开发。
基于STM32单片机的嵌入式系统开发与应用研究
基于STM32单片机的嵌入式系统开发与应用研究一、概述随着科技的不断发展，嵌入式系统已成为今天的主流技术之一。
它不仅广泛应用于汽车、航空、机器人等领域，还被广泛应用于生活中的各种产品中。
其中，基于STM32单片机的嵌入式系统因为其先进的架构和性能优势，在嵌入式系统领域中得到了广泛的应用。
本文将介绍基于STM32单片机的嵌入式系统开发与应用研究，包括STM32单片机的技术特点、系统设计开发流程以及应用案例分析等内容。
二、STM32单片机技术特点STM32单片机是欧洲ST公司推出的一种高性能、低功耗的嵌入式系统单片机。
它采用ARM Cortex-M3内核，拥有高速的闪存、大容量的SRAM和多种外设接口，可以轻松满足嵌入式系统的各种需求。
此外，STM32单片机还具有以下技术特点：1.强大的计算能力：采用Cortex-M3内核，主频高达72MHz，能够满足高要求的计算需求。
2.多样化的外设：包括多种串口、SPI、CAN、USB等外设接口，可以适应不同的应用场景。
3.低功耗设计：采用了深度睡眠模式和动态电压调节技术，能够极大地降低系统的功耗。
4.丰富的软件支持：提供了一整套完整的软件开发套件，包括编译器、调试器、IDE等，开发者能够轻松完成系统开发。
以上这些特点使得STM32单片机成为了目前市场上最为成熟和先进的嵌入式系统单片机之一。
三、系统设计开发流程基于STM32单片机的嵌入式系统开发可以分为以下几个步骤：1.确定需求和规格：在进行系统设计前，需要明确系统的功能、性能要求、外设接口等各种需求和规格。
2.选择芯片型号：根据需求和规格，选择适合的芯片型号，STM32单片机有多个型号可供选择，可以根据实际需求选择不同的型号。
3.硬件设计：根据所选的芯片型号设计电路原理图和PCB板。
4.软件设计：根据硬件设计完成软件编写，可以采用C语言、汇编语言等编程语言。
5.调试和验证：完成硬件和软件的开发后，进行调试和验证，确保系统可以正常工作。
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1 最基本的计算机组成
一台简单的计算机通常包括三个主要的子系统，中
央处理单元（CPU）、存储系统（用来存储CPU正在执
行的程序和数据）、输入/输出子系统（如键盘、显
示等）
地址线
CPU
数据线 控制
存储系统
Ｉ／Ｏ 子系统
2 存储器
一个存储器元件有多个存储单元，每个 单元存储固定长度的二进制值，不同的存 储器芯片，其存储单元的数量和大小也不 相同，存储器芯片存储容量大小由单元数 乘以每个单元的位数确定。
3 如何从程序存储器中取程序数据
◆ 在CPU能够执行某条指令之前，它必须 将这条指令从存储器中取出来，CPU从程序 存储器中取程序数据的具体操作过程
第一步： AR←PC
◆ CPU发出读信号，延迟一定时间后从数据 总线上取数据存入DR，同时PC加1
第二步： DR←（M）， PC←PC＋1
◆若读入的是操作码，则送入IR分析、执行，若是操 作数，则根据上次读入的操作码执行时所发出的控制 信号做相应存储或处理
按照“程序存储，程序控制”的方式工作， 微机必须解决以下几个问题：
1、如何将程序的机器码存储到程序存储器中？
2、如何将程序的机器码从程序存储器中取出？
3、当CPU完成从程序存储器中读出程序的机器 码后，如何执行该语句？
1.2.1 如何将程序机器码烧写到程序存储器中
对于普通PC而言，其程序存放在硬盘中，此时面临 的问题就是将文件、程序内容写入硬盘，在Windows 操作系统中提供了图形化的操作环境，读者不必了解 对硬盘的写操作原理，仅需要按“保存”按钮或“保 存”菜单就可以很方便的完成该操作。
1 小巧灵活、成本低，易于产品化。它能方便的 组装成各种智能化的控制设备及各种智能仪器 仪表。
2 面向控制，能针对性地解决从简单到复杂的各 类控制任务，因而能获得最佳的性能价格比。
3 抗干扰能力强，适应温度范围宽，在各种恶劣 的环境条件下都能可靠地工作。
4 可以很方便地实现多机和分布控制。使整个控 制系统的效率和可靠性大为提高。
对51单片机而言，将程序存储到程序程序器中则相 对复杂，必须利用51单片机芯片厂家提供的专用设备 （烧写器）来完成，市场上有专门的单片机烧写器销 售。烧写器实际上就是完成对程序存储器的写操作。 利用烧写器可以将用户程序的机器码存储到单片机中。
1.2.2 如何将程序从程序存储器中取出
1 最基本的计算机组成 2 存储器 3 如何从程序存储器中取程序数据
成绩评定
笔试（开卷：教材与手写笔记，60） 平时成绩（10） 上机考试（20） 实验报告（10）
第一章 单片机概述
问题引入
假设要设计一个阵列式电场传感器的测量系统， 实现以下功能:
(1)多个传感器的数据采集 (2)本地存储 (3)空间电场分布分析 (4)液晶（LCD）屏显示 (5)通过GSM模块采用短消息与后台主机通信 (6)按键决定通信时机
这个器件可由单片机承担
1.1 微型计算机系统结构
运算器 数据
输入
存储器
输出
指令
控制器
功能模块
数据信号线
控制信号线
1.2 微型计算机工作过程
微机的工作过程按照“程序存储，程序控制”的方 式工作。
程序存储是指用户根据实际应用需要将程序编写完 毕，并将程序的机器码存放在存储器中。
程序控制是指CPU内的控制器按照用户程序中的指 令顺序，从存储器中取出指令，并分析指令的功能， 进而发出各种控制信号，指挥计算机中的各类部件来 执行该指令。这种通过取指令、分析指令、执行指令 的操作重复执行，直到完成程序中的全部指令操作为 止。
存储器一般分为随机读写存储器（RAM） 和只读存储器（ROM）。
随机存取存储器（RAM－Random Access Memory）：简称随机存储器或读写存储器。 是一种既能写入又能读出数据的存储器。但 当机器断电或关机时，存储器中存储的信息 会立即消失。
只读存储器（ROM－Read Only Memory）： 是计算机内部一种只能读出数据信息而不能 写入信息的存储器。但当机器断电或关机时， 只读存储器中的信息不会丢失。
内存条
CPU
多板机
主板
单板机
输入输出接口 芯片
CCPPU芯U片
定时计数器 芯片
内存条
存 芯片
路 板
单片机
存储器
CPU
I / O口
时钟电路 控制电路
定时器
晶 片
单 硅
1.4 单片机发展趋势
1 低功耗CMOS化 2 微型单片化 3 主流与多品种共存
1.5 单片机特点
1.6 主要单片机厂商
Intel公司：
8048、8051（8位）；8096（16位）；80960（32位）。 Motorola公司： MC-6801（8位）；68H16（16位）；68HC332（32位）。 另外日本NEC公司；荷兰Philips公司等
由于8位单片机基本能满足目前大多数应用系统的 要求，所以目前8位单片机仍是应用主流。
如何实现？
最简单的方法是，我们需要一个器件，该器件支 持以下功能：
(1)内含微处理器，有自己的机器语言，可以按需 编程
(2)有并行接口，可以外接数据输入、存储器、液 晶显示模块等
(3)有串口，可以连接GSM模块 (4)有外部中断输入接口 (5)内置定时/计数器 (6)内部拥有程序运行所需的寄存器与存储器
单片机原理及基于单片机的 嵌入式系统设计
蔡方凯 主 编
中国水利水电出版社
课程内容
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章
单片机概述（2学时） MCS-51单片机的结构和原理（6学时） MCS-51指令系统（4学时） 汇编语言程序设计（4学时） MCS-51单片机中断系统（4学时） 定时器与计数器（4学时） 串行接口通信（4学时） 并行I/O接口扩展及其应用（2学时） 嵌入式系统概述（2学时） 基于单片机的嵌入式接口设计（4学时）
第三步： 对读入的数据做相应处理
1.3 单片机发展历史
1971年intel公司研制成功世界上第一台4位微 处理器；
1973年intel公司研制成功8080 8位微处理器;
1976年intel公司推出MCS-48系列8位单片机;
80年代初在MCS-48单片机基础上推出MCS-51 系列单片机。
计算机系统通常由多块印刷电路板制成：