嵌入式系统的电气设计基础
什么是嵌入式系统
什么是嵌入式系统
什幺是嵌入式系统
嵌入式系统是一种完全嵌入受控器件内部，为特定应用而设计的专用计算机系统，根据英国电气工程师协会的定义，嵌入式系统为控制、监视或辅助设备、机器或用于工厂运作的设备。
与个人计算机这样的通用计算机系统不同，嵌入式系统通常执行的是带有特定要求的预先定义的任务。
由于嵌入式系统只针对一项特殊的任务，设计人员能够对它进行优化，减小尺寸降低成本。
嵌入式系统通常进行大量生产，所以单个的成本节约，能够随着产量进行成百上千的放大。
嵌入式系统是用来控制或者监视机器、装置、工厂等大规模设备的系统。
国内普遍认同的嵌入式系统定义为：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。
通常，嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM
中的嵌入式处理器控制板。
事实上，所有带有数字接口的设备，如手表、微波炉、录像机、汽车等，都使用嵌入式系统，有些嵌入式系统还包含操作系统，但大多数嵌入式系统都是由单个程序实现整个控制逻辑。
嵌入式系统的核心是由一个或几个预先编程好以用来执行少数几项任务的微处理器或者单片机组成。
与通用计算机能够运行用户选择的软件不同，嵌入式系统上的软件通常是暂时不变的；所以经常称为固件。
史上最详细！嵌入式系统知识和接口技术总结
史上最详细！嵌⼊式系统知识和接⼝技术总结1什么是嵌⼊式IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers，美国电⽓和电⼦⼯程师协会）对嵌⼊式系统的定义：“⽤于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”。
原⽂为：Devices Used to Control，Monitor or Assist the Operation of Equipment，Machinery or Plants）。
嵌⼊式系统是⼀种专⽤的计算机系统，作为装置或设备的⼀部分。
通常，嵌⼊式系统是⼀个控制程序存储在ROM中的嵌⼊式处理器控制板。
事实上，所有带有数字接⼝的设备，如⼿表、微波炉、录像机、汽车等，都使⽤嵌⼊式系统，有些嵌⼊式系统还包含操作系统，但⼤多数嵌⼊式系统都是由单个程序实现整个控制逻辑。
从应⽤对象上加以定义，嵌⼊式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机械等附属装置。
国内普遍认同的嵌⼊式系统定义为：以应⽤为中⼼，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应⽤系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专⽤计算机系统。
⼀个嵌⼊式系统装置⼀般都由嵌⼊式计算机系统和执⾏装置组成,嵌⼊式计算机系统是整个嵌⼊式系统的核⼼，由硬件层、中间层、系统软件层和应⽤软件层组成。
执⾏装置也称为被控对象，它可以接受嵌⼊式计算机系统发出的控制命令，执⾏所规定的操作或任务。
执⾏装置可以很简单，如⼿机上的⼀个微⼩型的电机，当⼿机处于震动接收状态时打开；也可以很复杂，如SONY 智能机器狗，上⾯集成了多个微⼩型控制电机和多种传感器，从⽽可以执⾏各种复杂的动作和感受各种状态信息。
2嵌⼊式系统的组成⼀、硬件层硬件层中包含嵌⼊式微处理器、存储器（SDRAM、ROM、Flash等）、通⽤设备接⼝和I/O接⼝（A/D、D/A、I/O等）。
在⼀嵌⼊式处理器基础上添加电源电路、时钟电路和存储器电路，就构成了⼀个嵌⼊式核⼼控制模块。
嵌入式系统课程教学大纲
课程编号：“嵌入式系统设计”课程教学大纲Embeded System Design Course Outline50学时 3学分一、课程的性质、目的及任务嵌入式系统设计是计算机科学与技术专业的一门专业基础课程。
随着后PC时代的到来，以高速度、高可靠、低功耗为特征的嵌入式系统的应用日益广泛和深入，嵌入式系统设计在计算机科学与技术专业课程体系中的地位愈发重要。
通过本课程的学习，掌握嵌入式系统的组成和基本原理、ARM体系结构特点、嵌入式系统设计的一般原理及方法、以及嵌入式操作系统的基本原理及应用等。
二、适用专业——计算机科学与技术三、先修课程——计算机组成原理、微型计算机技术、汇编语言、C语言程序设计四、课程的基本要求通过本课程的学习，学生应能达到下列要求：1.掌握嵌入式系统的概念、体系结构、系统组成及设计方法；2.掌握ARM7的微处理器结构和指令系统以及嵌入式系统的分析与设计方法，了解嵌入式操作系统和嵌入式网络技术；3.掌握以S3C44B0系列嵌入式微处理器的硬件资源、指令系统，并以它为核心，能够进行实际系统的设计与分析；4.通过实例学习，重点掌握嵌入式系统的应用开发。
五、课程的教学内容(一)课堂讲授的教学内容0．绪论嵌入式系统开发基础（基本概念、组成结构、硬件组成、操作系统、应用软件开发、嵌入式系统开发流程）1．ARM体系结构及汇编指令集ARM技术概述；ARM处理模式和状态、ARM存储器组织、ARM异常中断；ARM寻址方式；ARM指令集、Thumb 指令集、ARM汇编程序规范、ARM汇编程序特点2．基于ARM的嵌入式系统程序设计基础ARM汇编语言程序设计、嵌入式C语言程序设计及技巧、C语言与汇编语言混合编程、基于ARM的软件开发环境3．基于ARM核微处理器S3C44B0X的扩展接口技术S3C44B0X微处理器及其硬件开发平台、基于S3C44B0X的嵌入式系统体系结构；存储器扩展接口、UART异步串行接口、USB设备接口、通用I/O口应用、A/D和D/A接口应用。
嵌入式计算机系统的设计技术
嵌入式计算机系统的设计技术嵌入式计算机系统的设计技术嵌入式计算机系统的设计技术摘要：随着互联网在日常生活与工作中的作用越来越大，信息技术的发展日益迅速。
嵌入式计算机系统作为当今信息技术的核心部分，对我国的各行各业产生了深远影响。
嵌入式系统开发嵌入式开发就是对于除了电脑之外的所有电子设备上操作系统的开发，开发对象有手机，掌上电脑，机电系统等。
嵌入式计算机系统设计技术，则是嵌入式计算机系统开发的核心环节。
更高的应用需求，对嵌入式计算机系统的设计技术提出了更高的要求。
与此同时，嵌入式系统本身的升级，也使得嵌入式计算机系统的设计技术面临更大的挑战。
本文主要分析了嵌入式计算机系统的设计技术为更好的适应和满足市场，而需要面对的诸多挑战。
关键词：嵌入式;设计技术;挑战;市场;性能嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。
嵌入式计算机系统与通用计算机系统有着本质上的不同，嵌入式计算机系统在很多情况下需要考虑的是为其产品性能，生命周期和商业驱动做优化，而不是努力提高其最大计算吞吐量。
对于一个有市场适应能力的嵌入式计算机系统来说，产品的成功与否更重要的是其在性价比上的优势。
嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。
它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。
嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，具有较长的生命周期。
由于嵌入式计算机系统自身功能和具体应用环境的限制，其在设计技术上会面临如下两个方面的挑战：1 系统自身发展升级挑战应用领域的不断扩大和用户要求的逐渐提高推动了嵌入式计算机系统功能的升级，而在升级过程中，嵌入式计算机系统设计技术作为系统开发的核心环节，无法避免的要面对来自整个系统的全面挑战。
嵌入式系统设计课设报告范本
嵌入式系统设计课设报告福州大学《嵌入式系统设计课设》报告书题目：基于28027的虚拟系统姓名：学号：学院：电气工程与自动化学院专业：电气工程与自动化年级：起讫日期：指导教师：目录1、课程设计目的 (1)2、课程设计题目和实现目标 (1)3、设计方案 (1)4、程序流程图 (1)5、程序代码 (1)6、调试总结 (1)7、设计心得体会 (1)8、参考文献 (1)1、课程设计目的《嵌入式系统设计课设》是与《嵌入式系统设计》课程相配套的实践教学环节。
《嵌入式系统设计》是一门实践性很强的专业基础课，经过课程设计，达到进一步理解嵌入式芯片的硬件、软件和综合应用方面的知识，培养实践能力和综合应用能力，开拓学习积极性、主动性，学会灵活运用已经学过的知识，并能不断接受新的知识。
培养大胆创造创造的设计理念，为今后就业打下良好的基础。
经过课程设计，掌握以下知识和技能：1．嵌入式应用系统的总体方案的设计；2．嵌入式应用系统的硬件设计；3．嵌入式应用系统的软件程序设计；4．嵌入式开发系统的应用和调试能力2、课程设计题目和实现目标课程设计题目：基于28027的虚拟系统任务要求：A、利用28027的片上温度传感器，检测当前温度；B、经过PWM过零中断作为温度检测A/D的触发，在PWM中断时完成温度采样和下一周期PWM占空比的修正；PWM频率为1K;C、利用按键作为温度给定；温度给定变化从10度到40度。
D、当检测温度超过给定时，PWM占空比增减小（减小幅度自己设定）；当检测温度小于给定时，PWM占空比增大（增大幅度自己设定）；E、把PWM输出接到捕获口，利用捕获口测量当前PWM的占空比；F、把E测量的PWM占空比经过串口通信发送给上位机；3、设计方案-----介绍系统实现方案和系统原理图①系统实现方案：任务A:利用ADC模块通道A5获取当前环境温度。
任务B:PWM过零触发ADC模块，在PWM中断服务函数中，将当前环境温度和按键设定温度进行比较，并按照任务D的要求修订PWM占空比。
嵌入式和集成电路设计
嵌入式和集成电路设计嵌入式系统的设计通常要考虑性能要求、功耗、物理尺寸、成本等因素。
在嵌入式系统设计中，集成电路的设计是至关重要的一环。
集成电路是将多个电子器件集成到一个芯片上，以实现特定功能的电路。
在嵌入式系统中，集成电路的设计需要兼顾功耗、性能、面积等方面的要求。
本文将探讨嵌入式与集成电路设计的相关内容，并举例说明其在实际应用中的重要性。
一、嵌入式系统设计1.1 嵌入式系统的特点嵌入式系统通常有以下几个特点：- 有限的资源：嵌入式系统通常具有有限的处理能力、内存容量和存储空间。
因此，在设计嵌入式系统时需要充分考虑资源的有限性，尽量精简设计，提高系统效率。
- 即时性要求：许多嵌入式系统需要实时响应外部事件，如工业控制系统、交通信号灯等。
因此，嵌入式系统在设计时需要考虑实时性要求，确保系统能够及时响应外部事件。
- 高度可靠性要求：许多嵌入式系统应用于工业控制、医疗设备等领域，要求系统具有高可靠性，能够长时间稳定运行。
因此，在嵌入式系统设计中需要考虑系统的稳定性和可靠性。
- 硬件与软件协同设计：嵌入式系统通常由硬件和软件共同构成，硬件和软件必须协同工作，实现系统的功能。
因此，在嵌入式系统设计中需要充分考虑硬件和软件的协同设计。
1.2 嵌入式系统设计流程嵌入式系统设计通常包括需求分析、系统设计、硬件设计、软件设计、验证测试等环节。
下面将对嵌入式系统设计的流程进行详细介绍：- 需求分析：需求分析是嵌入式系统设计的第一步，要明确系统的功能需求、性能要求、实现方式等。
一般由系统工程师与领域专家共同完成。
需求分析确定了系统的整体框架，为后续设计提供了基础。
- 系统设计：系统设计阶段将需求分析阶段的需求转化为系统结构和系统模块。
系统设计是整个设计流程中最重要的一环，它决定了后续硬件和软件设计的方向。
在系统设计阶段，通常会进行系统结构设计、模块划分、接口定义等工作。
- 硬件设计：硬件设计是嵌入式系统设计的重要环节。
电气工程与自动化的嵌入式系统与嵌入式软件
电气工程与自动化的嵌入式系统与嵌入式软件嵌入式系统（Embedded System）是指嵌入于其他设备中的一种特殊计算机系统。
它通常用于控制、监测和执行特定任务，广泛应用于电子产品、汽车、医疗设备、家电等领域。
电气工程与自动化领域，作为嵌入式系统的核心领域之一，与嵌入式软件共同构成了现代工业自动化的重要组成部分。
一、嵌入式系统的定义与特点嵌入式系统是一种专用计算机系统，其主要特点是小型化、低成本、低功耗和高性能。
它具有高度集成的特点，整个系统的硬件和软件都被紧密地固化在一起，以确保系统的可靠性和稳定性。
嵌入式系统还需要具备实时性、可靠性和安全性等特点，以满足不同领域的应用需求。
二、嵌入式系统的应用领域1. 家电与消费电子：智能手机、智能电视、冰箱等家电产品中都有嵌入式系统，用于控制和管理各种功能。
2. 交通运输：汽车、飞机等交通工具的动力系统、导航系统、车载娱乐系统等都是嵌入式系统的应用。
3. 工业控制：在工业自动化领域，嵌入式系统广泛应用于PLC控制器、各种传感器和执行器等设备中。
4. 医疗设备：医疗影像设备、生命监测设备、手术机器人等都依赖于嵌入式系统来进行精确控制和数据处理。
5. 通信与网络：无线路由器、智能网关等网络设备都需要嵌入式系统来实现通信和数据处理功能。
三、嵌入式系统与电气工程的关系嵌入式系统的设计与开发需要涉及到电气工程的各个领域，包括电路设计、电源管理、数字信号处理、传感器与执行器的接口等。
在电气工程中，通过嵌入式系统的应用，可以实现对电力系统、工业控制系统、通信网络等的智能化管理和控制。
四、嵌入式软件在嵌入式系统中的作用嵌入式软件是嵌入式系统中不可或缺的一部分，它通过编程实现系统的控制和功能。
嵌入式软件的开发涉及到多种编程语言和开发工具，如C、C++、嵌入式操作系统和集成开发环境。
嵌入式软件需要具备实时性、稳定性和可靠性，同时也需要考虑系统的资源利用和功耗控制。
五、嵌入式系统与自动化技术的融合嵌入式系统的应用使得自动化技术更加智能化和高效化。
嵌入式控制系统原理及设计课件-1-1 嵌入式系统概念
第1章 嵌入式控制系统基础
1.1 嵌入式系统的概念
1. 1. 1 嵌入式系统的定义
嵌入式（计算机）系统虽然早已成为各大 搜索引擎的热点名词，也经常见诸于各种 学术期刊、网络等媒体；
嵌入式控制系统原理及设计
但对于初学者而言，嵌入式系统仍然是一个比较模糊的概念。他们还经常混淆于嵌入式系统、 单片机、ARM、数字信号处理器（DSP）、片上系统（SoC）、Linux、Pad、智能芯片等词 汇，分不清这些词汇所指向的事物有何区别。因此有必要理清概念，明确嵌入式系统的范畴 与界定。
由于其本身不具备自举开发能力，即使设计完成以后用户通常也是不能对其中 的程序功能进行修改的，必须有一套开发工具和环境才能进行开发，这些工具和 环境一般是基于通用计算机上的软硬件设备以及各种逻辑分析仪、混合信号示波 器等。
嵌入式系统软件开发时往往有主机和目标机的概念，主机用于程序的开发，目 标机作为最后的执行机，开发时需要交替结合进行。
1.1.1 嵌入式系统的定义
嵌入式控制系统原理及设计
【定义1】 嵌入式系统的第一个带有官方色彩的定义是由国际电气和电子工程师协会（IEEE） 给出的，英文原文为：
“The devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants.”
嵌入式控制系统原理及设计pos网络及电子商务公共交通无接触智能卡contactlesssmartcardcsc发行系统公共电话卡发行系统自动售货机等智能atm终端已全面走进人们的生活在不远的将来手持一张卡就可以行遍天环境工程与自然在很多环境恶劣地况复杂的地区需要进行水文资料实时监测防洪体系及水土质量监测堤坝安全与地震监测实时气象信息和空气污染监测等时嵌入式系统将实现无人监测
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嵌入式系统的电气设计基础
嵌入式系统的电气设计是指在硬件层面上对嵌入式系统进行电路设
计和布线。
电气设计的核心目标是确保嵌入式系统在各种工作环境下
能够正常运行，并满足预定的功能需求。
本文将介绍嵌入式系统电气
设计的基础知识和要点。
一、电源设计
电源设计是嵌入式系统电气设计的重要组成部分。
在设计中，需要
考虑供电电源的类型、输出电压和电流等参数。
同时，还需要选择适
当的稳压器、滤波电容和电感等元件来保证系统的稳定工作和抗干扰
能力。
此外，为了提高系统的可靠性，还应考虑使用备用电源、电源
管理电路以及过压保护和短路保护电路等。
二、时钟电路设计
时钟电路是嵌入式系统中用于产生时序信号的关键电路。
在设计时，需要确定系统所需的工作频率，并选择合适的振荡器、锁相环（PLL）和时钟分配电路等元件来提供准确的时钟信号。
时钟电路的设计还需
要考虑电磁兼容性和抗抖动能力，以确保系统的时序工作正常稳定。
三、输入输出接口设计
嵌入式系统的输入输出接口设计主要包括外部连接接口和内部总线
接口。
在外部连接接口设计中，需要考虑系统对外部设备的连接方式（如串口、并口、USB等），并选择适当的驱动电路和保护电路以保
证信号的传输质量。
在内部总线接口设计时，需要考虑信号线的传输
速度和噪声干扰等因素，并选择合适的总线标准和驱动电路来满足系
统对内部通信的需求。
四、模拟电路设计
模拟电路是嵌入式系统中用于处理模拟信号的电路部分。
在设计中，需要考虑模拟信号的采集、处理和输出等需求，并选择合适的模拟开关、放大器、滤波器和模数转换电路等元件来实现。
模拟电路设计还
需要考虑信号的精度和噪声干扰等因素，以确保系统对模拟信号的处
理准确性和可靠性。
五、辅助电路设计
辅助电路是嵌入式系统中用于支持各种功能和保护系统安全的电路
部分。
在设计时，需要根据系统需求选择合适的电源管理电路、保护
电路和通信接口电路等元件。
辅助电路设计还需要考虑系统对功耗、
电磁兼容性和抗干扰能力等要求，以确保系统的稳定工作和可靠性。
六、PCB布局设计
PCB布局是嵌入式系统电气设计中的重要环节。
在布局设计时，需
要合理规划电路板上各个部分的位置关系，以最大程度地减小电路元
件之间的串扰和干扰。
此外，还需要考虑信号线的长度、宽度和走向，并根据不同信号的传输速度和特性进行分区和屏蔽，以确保系统的稳
定性和抗干扰能力。
七、电磁兼容性设计
电磁兼容性设计是指在嵌入式系统电气设计中采取措施以减少电磁辐射和提高系统的抗电磁干扰能力。
在设计中，需要合理选用电路元件和布局方式，并使用滤波器、屏蔽罩和接地技术等手段来降低系统的电磁辐射和接收干扰。
此外，还需要进行电磁兼容性测试和调试，以确保系统符合相关的国际标准和规范。
总结：
嵌入式系统的电气设计基础涉及电源设计、时钟电路设计、输入输出接口设计、模拟电路设计、辅助电路设计、PCB布局设计和电磁兼容性设计等多个方面。
通过合理的设计和选型，可以保证嵌入式系统的稳定工作和安全可靠。
在实际应用中，还需根据具体系统需求和环境因素进行针对性的优化和改进。