单片机设计系统基础
单片机基础知识资料-PPT
第1、3章 单片机应用概述与开发步骤
1. 电子计算机的发展概述
2. 单片机的发展过程及产品近况
3. 单片机的特点 4. 单片机应用系统开发简介
5.1 计算机语言概述
5.2 80C51单片机寻址方式
5.3 80C51单片机指令系统
暂时不讲
5.4 80C51汇编语言程序设计
5.5 80C51单片机C51程序设计语言
5.6 C51的运算符和表达式
5.7 C51的库函数
5.8 C51的应用技巧
第5章 80C51单片机软件基础知识
单片机应用系统
大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
第1、3章 单片机应用概述与开发步骤
软件系统
• 系统资源分配 • 程序结构 • 数学模型 • 程序流程 • 编制程序
第1、3章 单片机应用概述与开发步骤
程序设计
通常是C语言或者汇编语言，在特定的集成开发环境（IDE）中编程 调试，比如应用最广泛的KEIL uVision3
通过特殊功能寄存器可实现对单片机内部资源的 操作和管理。
常用特殊功能寄存器
第4章 80C51单片机硬件基础知识
常用特殊功能寄存器
第4章 80C51单片机硬件基础知识
常用特殊功能寄存器
端口P0～P3
特殊功能寄存器P0～P3分别是I/O端口P0～P3的锁存 器。80C51单片机是把I/O当作一般的特殊功能寄存器 使用，不专设端口操作指令，使用方便。
•数据缓冲区 30H～7FH是数 据缓冲区，即 用户RAM区， 共80个单元。
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。
《单片机应用系统设计》教学大纲及知识点
《单片机应用系统设计》课程教学大纲一、本课程的地位、作用和任务本课程是在学生学完电子技术类基础课程和微机应用类基础课程之后，为加强对学生技术应用能力的培养而开设的体现电子技术、计算机技术综合应用的综合性课程。
本课程的任务是使学生获得单片机应用系统设计的基本理论、基本知识与基本技能，掌握单片机应用系统各主要环节的设计、调试方法，并了解单片机在测量、控制等电子技术应用领域的应用。
初步具备应用单片机进行设备技术改造、产品开发的能力。
二、理论教学内容绪论单片机概述0．1 引言0．2 单片机的特点0．3 单片机的发展0．4 MCS-51单片机系列简介第一章MCS–51单片机的结构和原理1. 1 单片机的内部结构1. 2 MCS–51的外部引脚及功能1. 3 MCS–51的存储器配置1. 4 并行输入／输出接口电路1. 5 时钟电路与时序1. 6 MCS –51最小系统设计第二章MCS-51的指令系统2．1 MCS-51指令系统概述2．2 数据传送类指令2．3 算术运算类指令2．4逻辑运算及移位类指令2．5 控制转移类指令2．6 布尔变量操作类指令第三章汇编语言程序设计3．1 汇编语言源程序的格式3．2 伪指令3．3 汇编语言程序举例第四章MCS—51的中断与定时4.1 MCS—51单片机的中断系统4.2 MCS–51的定时/计数器第五章存储器扩展技术5.1 概述5.2 程序存储器的扩展5.3 数据存储器的扩展5.4 PROME2及其扩展第六章Ｉ/Ｏ扩展技术6．1 Ｉ/Ｏ接口概述6．2 MCS-51并行Ｉ／Ｏ口的直接使用6．3 简单Ｉ／Ｏ扩展6．4 8255并行Ｉ／Ｏ口6．5 8155简介第七章键盘/显示器扩展技术7．1 单片机应用系统中的人机通道7．2 键盘及其接口7. 3 显示器及接口7．4 专用的8279键盘/显示器接口第八章模拟量输入/输出通道8.1 模拟量输入通道8.2 模拟量输出通道第九章MCS-51的串行通信9.1 串行通信基础9.2 串行接口的构成与工作方式9.3 串行口的典型应用9.4 单片机的多机通信9.5 RS-232C串行总线第十章应用程序设计技术10.1 智能仪表的一般结构10.2 单片机应用系统设计举例第十一章高性能单片机PIC16F8XX介绍11．1 PIC16F87X的特点11．2 PIC16F87X的结构与配置11．3 PIC16F87X的功能部件11．4 PIC16F87X的应用举例三、实践教学的内容和要求实验一联机仿真操作练习实验目的：进一步掌握开发工具的应用实验内容：学习PC机与开发机联机仿真的操作方法实验二指令系统和编程练习实验目的：掌握8051单片机常用指令的使用和编程实验内容：用8051单片机的常见指令编写简单的多字节加减法程序。
单片机基础知识点总结
单片机基础知识点总结以下是单片机基础知识点的总结：1.单片机概念：单片机是一种集成电路，集中了微处理器、存储器和各种输入/输出接口电路，可作为嵌入式系统的核心控制器。
2.单片机的组成：单片机主要由中央处理器（CPU）、存储器（ROM、RAM）、输入/输出端口（I/OPort）、定时器/计数器、串行通信接口等组成。
3.单片机的工作原理：单片机通过运行存储在ROM中的程序指令，执行各种计算和控制操作。
输入/输出端口用于与外部设备进行数据交互。
4.单片机的编程：单片机程序通常使用汇编语言或高级语言（如C语言）编写，并通过专门的开发工具进行编译、烧录和调试。
5.I/O控制：单片机的输入/输出端口用于与外部设备连接和数据交互，可以实现数字输入/输出、模拟输入/输出和串行通信等功能。
6.定时器/计数器：单片机的定时器/计数器可以生成精确的时间延迟和计数功能，用于控制任务的执行时间和计数操作。
7.中断处理：单片机支持中断功能，可以在特定事件发生时中断当前程序的执行，转而执行中断服务程序，提高系统的响应速度和实时性。
8.存储器管理：单片机的存储器包括ROM（只读存储器）和RAM （随机访问存储器），用于存储程序指令、数据和临时变量。
9.时钟管理：单片机需要一个时钟源来提供时序和同步信号，通常使用晶体振荡器或外部时钟源。
10.低功耗设计：单片机通常需要在电池供电或功耗敏感的应用中使用，因此需要进行低功耗设计，包括睡眠模式、时钟管理、外设关闭等。
这些是单片机基础知识的一些重要点，了解这些知识可以为学习和应用单片机提供基础。
单片机是嵌入式系统的核心，广泛应用于各种领域，如家电控制、工业自动化、汽车电子等。
深入学习和实践单片机编程能够帮助您掌握嵌入式系统的开发和控制技术。
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。
单片机控制系统设计与开发
单片机控制系统设计与开发随着科技的不断发展，单片机控制系统在物联网、智能家居、自动化控制等领域得到了广泛应用。
本文将介绍单片机控制系统设计与开发的基础知识、常用的单片机、开发工具和编程语言，以及开发流程和注意事项。
一、单片机控制系统设计与开发的基本知识1.单片机的基本概念单片机是一种集成了微处理器、存储器、输入输出接口、定时器和其他功能模块的微型计算机系统。
它的特点是体积小、性能高、功耗低、成本低廉、易于控制和集成。
单片机可以完成各种复杂的控制任务，例如自动控制、数据采集、信号处理、通讯等。
2.单片机的分类单片机根据不同的指令集体系结构（ISA）可以分为以下几类：(1) 8位单片机：指令位宽为8位，内存容量通常为64KB以内。
(2) 16位单片机：指令位宽为16位，内存容量通常为256KB以内。
(3) 32位单片机：指令位宽为32位，内存容量较大，可达数MB。
3.单片机系统的构成一个典型的单片机系统包含以下几个部分：(1) 单片机：负责控制整个系统的运行。
(2) 时钟电路：负责产生时钟信号，用于同步单片机的工作。
(3) 外设：包括输入输出、键盘、液晶屏、LED显示器、音频设备、传感器等。
(4) 电源：为整个系统提供稳定的电源电压。
4.单片机系统的特点单片机控制系统具有以下几个特点：(1) 处理速度快：单片机的指令执行速度非常快，可达数百万次每秒。
(2) 适应性强：可以根据应用的要求方便地添加或删除外设。
(3) 扩展性好：可通过总线连接多个外设，构建复杂的控制系统。
(4) 节约成本：单片机控制系统成本低廉，可大量使用封装小、功耗低的8位或16位单片机。
二、常用的单片机和开发工具1.常用的单片机当前市场上常用的单片机品牌有：ST、ATMEL、NXP、TI等。
其中，ST的STM32系列和Atmel的AVR系列是比较常见和流行的单片机。
(1) ST公司的STM32系列：是一款高性能、低功耗、价格合理的ARM Cortex-M3处理器系列，支持多种外设和接口，适用于消费类电子产品、工控设备等。
单片机控制系统的设计与实现
单片机控制系统的设计与实现单片机在现代电子产品中应用日益广泛。
通过对某一控制系统的设计与实现，本文旨在介绍单片机控制系统的基本原理、流程、结构及其开发环境。
一、单片机控制系统基本原理单片机控制系统是指通过单片机对某一设备或系统进行控制和管理的系统。
其基本原理是：将外部传感器或信号通过单片机的输入端口获取，并进行加工处理和逻辑运算。
然后根据控制程序的指令，通过单片机的输出端口输出控制信号，给被控制的设备或系统达到控制目的。
二、单片机控制系统流程单片机控制系统的具体流程如下：1.设计控制程序：控制程序通常由C语言编写，根据控制要求设计程序的基本架构和逻辑。
2.硬件设计：包括外部接口电路的设计及连接方式、输入信号的滤波和处理电路以及输出信号的放大和保护电路等。
3.编译烧录：将编写好的C语言程序编译成单片机自己的机器语言，并烧录到单片机的存储器中。
4.系统调试：包括单片机的上电复位、外设初始化和相关寄存器设置，调试控制程序中的代码和参数，检查控制效果和系统稳定性，以及修正问题和改进控制系统的功能。
三、单片机控制系统结构单片机控制系统的结构一般包括以下三个部分：1.外设部分：包括外部传感器或信号的采集部分、显示设备的输出部分等。
2.单片机微控制器：通常采用8051、PIC、AVR等微控制器。
它是整个控制系统的核心，用于执行控制程序，完成信号输出和输入等任务。
3.电源和供电模块：为整个单片机控制系统提供电源和电压稳定模块。
四、单片机控制系统开发环境单片机控制系统的开发环境一般包括以下几个方面：1.开发工具：包括集成开发环境（IDE）、编译器、调试器等。
2.仿真工具：可用于模拟单片机和外设，可提前进行系统调试和优化。
3.实验板设计：为单片机实现软硬件开发提供平台，实现系统的可靠性和稳定性。
4.资料和学习资源：这包括参考资料、电子书、教程、样例程序以及相关技术社区等。
五、总结单片机控制系统的设计和实现是一个复杂的过程，需要综合考虑软硬件平台、系统要求、环境因素和操作特点等因素。
单片机系统开发单片机软件设计
单片机具有高度的集成度和可靠性，体积小，功耗低，价格便宜，易于编程和 控制，广泛应用于智能仪表、工业控制、智能家居等领域。
单片机系统开发的基本流程
需求分析
根据实际需求，确定系统功能和 性能要求。
系统设计
根据需求分析，进行系统整体设 计和模块划分。
硬件设计
根据系统设计，进行单片机选型 和电路板设计。
智能家居
单片机在智能家居领域中也有 广泛应用，如智能门锁、智能 照明等。
其他领域
除了以上领域外，单片机还广 泛应用于汽车电子、医疗电子
、环保监测等领域。
02
单片机软件设计基础
单片机软件设计语言
C语言
C语言是一种通用的编程语言，广泛 应用于单片机系统开发。它具有高效 、灵活和可移植性强的特点，能够实 现复杂的算法和控制逻辑。
详细描述
单片机系统的稳定性问题主要表现在系统运行过程中出 现的不正常现象，如死机、重启、数据丢失等。这些问 题可能是由于硬件设计不合理、软件缺陷、电源波动等 原因引起的。为了解决稳定性问题，可以从以下几个方 面入手：首先，合理设计硬件电路，保证电源的稳定性 和抗干扰能力；其次，优化软件算法，减少死循环和资 源竞争；最后，加强系统监控和报警机制，及时发现和 排除故障。
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单片机系统的可维护性问题
总结词
可维护性是单片机系统开发中的重要考量，直接关系 到系统的长期稳定性和成本。
详细描述
单片机系统的可维护性问题主要表现在系统升级、故 障排查和日常维护等方面。为了解决可维护性问题， 可以从以下几个方面入手：首先，采用模块化设计方 法，将系统划分为多个独立的功能模块，便于升级和 维护；其次，加强系统的日志记录和错误诊断功能， 快速定位和解决问题；最后，建立完善的文档和代码 注释体系，方便后续开发和维护人员理解和使用。
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2、单片机产品的类型
1）51系列单片机
Intel 公司在1980年推出被业界公认经典 产品MCS-51系列单片机。这是一款经历了 近三十年，仍然是单片机领域内的主流产品， 这不能不说是件了不起的事情。
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单片机产品的类型续
2、AVR系列单片机
AVR单片机是Atmel 公司推出的单片机，其 显著的特点是高速度、低功耗。它取消机器周期 以时钟周期为指令周期实行作业。
3. 逻辑运算包括：与、或、非、异或运算。 4. 位操作包括：置“1”、清“0”、与、或、非。 5. 指令系统有111条指令。 6. 工作寄存器：共分4个区，每一个区有8个寄存器（R0~R7）。
这些寄存器放在内部数据存储器区。
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四.存储器组织
1.存储器分类
1）存储器系统按功能分成两部分（哈佛结构） 程序存储器：64KB 数据存储器：64K+128~256字节 2）存储器系统按空间分成两部分： 片内存储器：程序存储器0~32KB字节，数据存储器
5）VCC，VSS：工作电源线，接地线
2根14三.C来自U51系列单片机中的CPU其结构特性都是相同的，具体如下所述：
1. CPU字长8位，内含布尔处理器、算术逻辑运算部件ALU、控 制器和工作寄存器组。
2. 算术运算包括：加、减、乘、除，以及增量运算（加1）和减 量运算（减1）。8421BCD码调整。
128~256个字节。 片外存储器：程序存储器，数据存储器64K。
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存储器组织续
3）按存放信息的位数来分
➢位存储器：256位 ➢字节存储器
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2. 程序存储器
1）程序存储器空间：片内，片外
2）编址：共64K，片内，片外统一编址，用16位二 进制编地址。
3）控制线：EA，PSEN，ALE ➢ EA=1，表示片内有程序存储器，地址从0000H开
Intel 公司经过不断完善单片机产品，在 1980年推出被业界公认经典产品MCS-51系列 单片机。这是一款经历了近三十年，仍然是 单片机领域内的主流产品，
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单片机的历史和发展续
又经过4年的努力，1984年Intel公司研制出 了高性能MCS-96系列单片机。
上世纪80年代和90年代是单片机迅速发展和应 用年代，各种单片机围绕着应用对象，不断地在 内部添加外围接口电路，如A/D转换器 、D/A转换 器 、PWM 、日历时钟、电源监测、程序运行监 测电路等。突出地显示出单片机对其应用对象的 智能化控制能力。因此单片机的称呼也逐渐从 SCM变成微控制器MCU（Micro Controller Unit）。
发展；同时，嵌入式系统软、硬件技术有了很大的 提升，为计算机专业人士介入嵌入式系统应用开辟 了广阔天地。
计算机专业人士的介入，形成的计算机应用模 式带有明显的计算机的工程应用特点。
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MCS-51单片机结构原理
一.单片机内部系统结构和资源
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二.外部引脚
1）P0口~P3口：48 32根线 2）ALE，PSEN，EA：系统扩展控制线 3根 3）XTAL1，XTAL2：时钟电路接入线2根 4）RST：复位线
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二、嵌入式系统的应用模式
1、低端应用模式 嵌入式系统的嵌入式应用特点，决定了它的
多学科交叉特点。 电子工程师在控制、仪器仪表、机械电子等
方面的嵌入式应用。
以电子技术应用工程师为主体，实现传统电 子系统的智能化。
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嵌入式系统的应用模式续
2、高端应用模式 随着后 PC时代的到来，网络、通信技术得以
2
1、关于嵌入式计算机
嵌入式计算机就是“嵌入到对象体系中 的专用计算机系统”。
由此可见，单片机是根据计算机的特殊结 构来命名的，而嵌入式计算机是根据计算机形 态上来命名的。现在有一个趋势，就是将单片 机统一在嵌入式计算机名下。
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2、单片机的历史和发展
在微型计算机系统跟着大型机、巨型机朝 着通用性（多功能）方向狂奔的同时，又开辟 了另一条道路来发展。1976年Intel公司推出了 世界上第一片单片机芯片8048。
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3. 数据存储器
（1）数据存储器空间： 片内，128~256 byte； 片外，0~64KB；
（2）编址：片内数据存储器用8位二进制编地址； 片外数据存储器用16位二进制编地址。
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单片机的历史和发展续
由于单片机或嵌入式计算机的应用领域被 不断地拓展，应用系统的外围电路也不断地被 集成进嵌入式计算机中，芯片最大化的趋势十 分明显，由此，片上系统SoC (System on Chip) 的概念也应运而生。也就是将嵌入式应用系统 中的电路元器件尽可能地集成在一块或几块芯 片中，这样做的好处是，应用系统电路板非常 简洁，减少体积和功耗，提高可靠性。
第二章单片机系统设计基础
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一、单片机与嵌入式计算机
将CPU、存储器、接口等部件集成在一块芯片上 的系统称为单片机SCM (Single Chip Microcompute)。
从单片机诞生这天起，就与它的哥哥微型计算机 系统分道扬镳。微型计算机系统走的是通用化的发展 道路，也就是不断增加自身的功能。而单片机走的是 专用化的发展道路，即朝着控制器的方向发展，使计 算机成为进入人类社会全面智能化时代的有力工具。
始，如果有4K，则末地址为0FFFH；片外程序存 储器的地址从1000H开始。
➢ EA=0，表示片内无程序存储器，程序存储器全部 在片外。
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控制线说明续
➢ PSEN：是系统访问外部程序存储器的专线，低 电平有效。
➢ ALE：地址锁存控制信号，用于将访问片外程序 存储器的低8位地址打入地址锁存器。
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单片机产品的类型续
3、PIC系列单片机
PIC单片机系列是美国微芯公司(Microchip)的 产品，是当前市场份额增长最快的单片机之一。
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单片机产品的类型续
4、ARM系列
ARM公司位于英国，由Acom、苹果公司和 VLSI公司联合出资。ARM公司本身不生产芯片， 靠转让设计许可盈利，它设计的芯片由联合伙 伴公司生产各具特色的芯片。ARM公司专注于 设计，其内核耗电少、成本低、功能强，具有 16位/32位双指令集。ARM已成为移动通讯、手 持电脑、多媒体数字产品嵌入式解决方案的标 准。80%的手机采用ARM核芯片。