嵌入式微控制器介绍
mcu01微控制器概述
© 江苏师范大学物理与电子工程学院 陈斯 chensism@
作业
利用20分钟上网搜索资料，完成下列任务：
U厂商的Web 网页 登录其网站，了解其MCU的型号、特点等信息 搜索至少两个公司，每个公司一个型号的MCU信息 把公司网址、MCU型号、特点简介（中英文皆可） 两个公司中其中一个必须为Freescale
chensism@
1.4 新型S08微控制器优势
1. 技术成熟、高可靠、高性能、抗干扰和电磁 兼容性强、内部资源丰富，且种类齐全，选择 余地大、新产品多； 2. 开发技术先进且费用低廉，可提供免费的集 成开发环境和免费的开发调试器； 3. 支持C高级语言开发，并进行了硬件和软件 优化，效率较高 4. 可平滑完成从8位MCU到32位MCU核心的 转移，它们的管脚兼容、开发环境不变。
汇编 or C语言?
汇编语言是一种用文字助记符来表示机器指令的符 号语言，是最接近机器码的一种语言。其主要优点是 占用资源少、程序执行效率高。但是不同的CPU，其汇 编语言可能有所差异，所以不易移植。 C语言是一种结构化的高级语言。其优点是可读性好 ，移植容易，是普遍使用的一种计算机语言。缺点是 占用资源较多，执行效率没有汇编高。 用C语言进行单片机程序设计是单片机开发与应用的 必然趋势。所以作为一个技术全面并涉足较大规模 的软件系统开发的单片机开发人员最好能够掌握基本 的C语言编程。
51单片机基础知识
51单片机基础知识单片机作为一种嵌入式微控制器，具有广泛的应用领域和技术需求。
本文将介绍51单片机的基础知识，包括其概述、硬件结构、编程语言和开发环境等内容。
通过本文的学习，读者可以对51单片机有初步了解，并为之后的学习和应用打下基础。
一、概述51单片机，是指Intel公司开发的一种8位微处理器。
它以其简单、稳定和可靠的特点，成为嵌入式系统开发中最常用的单片机之一。
51单片机由存储器、中央处理器、输入输出端口、计时器/计数器和各种外围设备组成。
二、硬件结构51单片机的硬件结构主要包括中央处理器、存储器、输入输出端口和计时器/计数器。
1.中央处理器51单片机的中央处理器是一种基于哈佛架构的8位微处理器，具有高性能和低功耗的特点。
它可以执行指令、进行算术逻辑运算和控制外围设备的工作。
2.存储器51单片机的存储器包括程序存储器和数据存储器。
程序存储器用来存储运行的程序代码，而数据存储器用于存储程序需要的数据。
3.输入输出端口51单片机通过输入输出端口与外部设备进行通信。
输入端口用于接收外部信号，输出端口用于输出控制信号。
4.计时器/计数器51单片机内置了多个计时器/计数器，用于定时和计数应用。
它们可以实现精确的时间控制，并为系统提供准确的时间基准。
三、编程语言51单片机的常用编程语言有汇编语言和C语言。
汇编语言是51单片机最早的编程语言，它直接与硬件进行交互，执行效率高。
而C语言是一种高级编程语言，具有结构化、可移植等特点，编写的程序更加易读易维护。
1.汇编语言汇编语言是一种低级别的编程语言，需要程序员直接处理寄存器和内存地址。
它的语法相对复杂，但可以更直接地控制硬件资源，实现更高效的程序执行。
2.C语言C语言是一种结构化的高级编程语言，具有简洁、易读和可移植等特点。
C语言程序需要通过编译器将源代码转化为机器指令，然后才能在51单片机上运行。
四、开发环境51单片机的开发环境包括硬件开发工具和软件开发工具。
嵌入式 专业名词
嵌入式专业名词1. 微控制器：集成了CPU、RAM、ROM和I/O接口等功能，用于控制嵌入式系统的核心芯片。
2. 单片机：类似于微控制器，但通常只包含一个单独的芯片，适用于较简单的嵌入式系统。
3. 软实时系统：嵌入式系统中的一种，要求满足时间上的严格性要求，但对于错误处理可以有一定的容忍度。
4. 硬实时系统：嵌入式系统中的一种，对于时间限制非常严格，一旦违反会导致系统失效。
5. 实时操作系统（RTOS）：专为嵌入式系统设计的操作系统，具有较低的延迟和较快的响应时间。
6. 中断：嵌入式系统中的事件，可打断正在执行的程序，并引发某种特定的响应。
7. 多任务处理：在嵌入式系统中同时处理多个任务，通过合理的调度算法实现任务的切换和并发执行。
8. 输入/输出（I/O）接口：用于将嵌入式系统与外部世界进行通信的接口，如串口、并行接口、GPIO等。
9. 驱动程序：用于控制硬件设备的软件程序，使其与嵌入式系统正常通信与交互。
10. 嵌入式系统编程语言：用于开发嵌入式系统的特定编程语言，如C、C++、Assembly等。
11. 物联网（IoT）：将物理世界与互联网相连接的概念，嵌入式系统在物联网中扮演着重要的角色。
12. FPGA（现场可编程门阵列）：一种可编程的硬件芯片，可用于快速原型设计和高度个性化的嵌入式系统。
13. DSP（数字信号处理）：用于处理数字信号的专用芯片或算法，常用于音频、图像处理等嵌入式系统中。
14. 性能优化：通过优化算法、硬件设计等手段提升嵌入式系统的性能，如响应时间、功耗、代码大小等。
15. 调试：诊断和排除嵌入式系统中的错误和故障，常使用调试器、仿真器等工具进行调试工作。
arm嵌入式微控制器原理
arm嵌入式微控制器原理ARM嵌入式微控制器原理一、引言ARM嵌入式微控制器是一种常用于嵌入式系统中的微控制器，它采用ARM架构，具有较高的性能和低功耗的特点。
本文将介绍ARM 嵌入式微控制器的原理及其在嵌入式系统中的应用。
二、ARM嵌入式微控制器的基本原理1. ARM架构ARM（Advanced RISC Machine）架构是一种精简指令集计算机（RISC）架构，其设计目标是提供高性能和低功耗的处理器。
ARM 架构的特点包括指令集精简、流水线技术、深度睡眠模式等，使得ARM处理器在嵌入式系统中具有广泛的应用。
2. 微控制器微控制器是一种集成了处理器核、存储器、输入输出接口和外设控制等功能的芯片。
ARM嵌入式微控制器是基于ARM架构的微控制器，除了具备微控制器的基本功能外，还采用了ARM架构的处理器核，因此具有更高的性能和更丰富的功能。
三、ARM嵌入式微控制器的组成1. 处理器核ARM嵌入式微控制器的核心是ARM处理器核，它负责执行指令和控制外设。
ARM处理器核采用了RISC架构，具有高性能、低功耗和指令执行效率高等特点。
2. 存储器ARM嵌入式微控制器内部包含多种类型的存储器，包括程序存储器、数据存储器和片上存储器。
这些存储器用于存储程序代码、数据和临时变量等。
3. 输入输出接口ARM嵌入式微控制器具有多种输入输出接口，用于与外部设备进行数据交换。
常见的输入输出接口包括通用输入输出口（GPIO）、串行通信接口（UART）、SPI接口、I2C接口等。
4. 外设控制ARM嵌入式微控制器还包含各种外设控制器，用于控制外部设备的工作。
常见的外设控制器包括定时器、PWM控制器、模数转换器（ADC/DAC）、中断控制器等。
四、ARM嵌入式微控制器的应用ARM嵌入式微控制器广泛应用于各种嵌入式系统中，包括智能家居、工业自动化、医疗设备、消费电子等领域。
1. 智能家居在智能家居系统中，ARM嵌入式微控制器可以用于控制家电设备、安防系统、照明系统等。
嵌入式系统的分类
嵌入式系统的分类1、以硬件划分1.1嵌入式微控制器(Microcontrol lerUnit，也称MCU)单片机就属于嵌入式微控制器，单片机机心由ROM(或EPROM)、总线、总线逻辑、定时器(或计数器)、Watch Dog、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等组成，它属于单片式设计，体积小、功耗低、成本小、可靠性高的特点，该类型的品种、数量都是最多的，目前嵌入式系统中，MCU在70年代就已经研制出来，但由于以上的特点，直到现在，它依然占有70%的市场份额。
1.2嵌入式微处理器(MicroProcessor Unit，又称MPU)嵌入式微处理器是根据计算机的CPU演变来的，然而与计算机处理器不同的是，它要求性能高、功耗低、体积小、成本小、重量轻、可靠性高的特点，以满足嵌入式环境下的特殊需求，如ARM系列广泛应用于手机终端，PowerPC系列广泛应用于航空系统。
1.3嵌入式DSP处理器(EmbeddedDigitalSignalProcessor，又称EDSP)DSP的算法理论在70年代就已经出现，那时还没有专门的DSP 处理器，只能用MPU的分立元件实现，然而处理的速度无法满足DSP算法要求，1982年，首枚DSP处理器诞生，它是专门用于处理信号的处理器，以信号处理的特殊要求在系统结构处理、算法上进行专门设计的处理器，它具有很高的编译效果与执行速度的功能。
80年代中期，诞生出基于CMOS工艺的DSP处理器，它的储容量和运算速度与前代相比都有飞跃性的提高、现在随着DSP处理器的不断发展，它的集成度更高、应用范围更广。
1.4嵌入片上系统(SystemOnChip，又称SOC)嵌入片上系统追求包容性最强的集成器件，它使现了软硬件无缝结合，在处理器片上直接嵌入操作系统的代码模块，因此具有很高的综合性。
使用SOC，SOC一般是专用的芯片，它具有系统简洁、体积小、功耗小、可靠性高、生产效率高的特点。
嵌入式Flash微控制器简介(下)
用 户 提 供 了通 信 、 业 和消 费 电 子市 场 工 更 多 的 选 择 。每 一 种 Ｈ １ 微 程序 控 ＣＳ ２ 制 器 都 提 供 了 ２ Ｍ Ｈ 总 线 速 度 ）的 ５ ｚ（ 速 度 ，以 及 代 码 高 效 性 ，片 上 调 试 功 能， 对摩 托 罗 拉 ６ ＨＣ １ 和 ６ Ｈ １ ８ Ｓ １ ８ ＣＳ ２
Ｌ ｃ ｌＩ ｔｒｏ ｎ ｃ ｔ 摩 托 罗 拉 正 在 制造 ６ ３ 种 ２位 基 于 域 互 联 网络 （ ｏ ａ ｎｅｃ ｎ ｅ ｔＮｅ ． ＭＰ ０ ＣＵ 架 构 的 新 型微 控 制 器 ， Ｃ５ ０ Ｍ
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处理 器 。 ＨＣ １ Ｓ ２型 使 用 了摩 托 罗 拉 的
转 换 器 等 等 。编 码 压 缩 被 应 用 于
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实 时 时钟 用 来 节 约 能量 ， 有 一 个 异 步 还 串行 通 信 接 口 ， 实 际 上 排 除 了对 外 部 从 驱 动 组 件 的依 赖 。 些 特 征 能 够 降 低 设 这 计 难 度 ，还 能 够 降低 类 似数 码 照 相 机 、
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是 １ Ｋ 的 片上 Ｆ ａ ｈ ２ ｌｓ 。
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６ ＨＣ９ ８ ８ ０ ＧＴ１ ６ （ ＧＴ１ ）和 ６
应 用广 泛 的 １ ６位 Ｆ ａ ｈＭＣＵ ｌｓ
嵌入式处理器的分类
嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类全世界嵌入式处理器的品种总量已经超过1000多种，流行的体系结构有30多个系列。
现在几乎每个半导体制造商都生产嵌入式处理器，下面yjbys店铺为大家准备了关于嵌入式处理器的分类，欢迎阅读。
1、嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit, EMPU)嵌入式处理器的基础是通用CPU，在应用中，将微处理器装配在专门设计的电路板上，只保留和嵌入式应应用有关的母板功能，这样可以大幅度减少系统体积和功耗。
为了满足嵌入式应用的特殊要求，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高等优点，但是设计中需外加ROM、RAM、总线接口、各种外设等器件，从而降低了系统的可靠性，技术保密性也较差。
嵌入式处理器目前主要有Aml86/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM系列等。
2、嵌入式微控制器(Microcontroller Unit,MCU)嵌入式微控制器又称单片机，顾名思义，就是将整个计算机系统集成到一片芯片中。
嵌入式微控制器一般以某种微处理器内核为核心，芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、WatchDog、I/O、串行口、脉冲调制输出、A/D、D/A、Flash等各种必要功能和外设。
和嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单片化，体积大大减少，从而使功耗和成本下降、可靠性提高。
嵌入式微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。
微控制器的片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，故称为微控制器。
嵌入式微控制器目前的品种和数量最多，比较有代表性的`通用系列有8051、P51XA、MCS-251/96、MC68HC05/11/16、68300等。
3、嵌入式DSP处理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP)DSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于执行DSP算法，编译效率较高，指令执行速度快。
STM32F103RCT6使用说明
STM32F103RCT6使用说明STM32F103RCT6是一款功能强大的微控制器，适用于各种嵌入式应用。
本文将详细介绍该微控制器的使用方法和注意事项，帮助用户更好地了解和应用STM32F103RCT6。
一、硬件说明STM32F103RCT6采用ARM Cortex-M3内核，工作频率可达72MHz，具有128KB的Flash存储器和20KB的SRAM，拥有多达51个可编程的GPIO引脚。
此外，还具有12位的模数转换器（ADC）、定时器、串行通信接口（SPI、I2C、USART等）等丰富的外设。
用户可以根据具体需求选择不同的引脚和外设配置，实现不同功能的应用。
二、软件开发STM32F103RCT6支持多种开发环境，包括Keil、IAR、STM32CubeMX等。
用户可以选择适合自己的开发环境进行软件开发。
在编程方面，用户可以使用C语言或汇编语言进行编写。
在开发过程中，建议多参考官方文档和示例代码，以便更好地理解和熟练使用STM32F103RCT6的功能。
三、下载与调试在下载程序时，可以通过SWD接口或JTAG接口进行下载。
推荐使用ST-Link或J-Link等调试工具进行下载和调试，确保程序正常运行。
在调试过程中，可以使用断点、单步调试等功能进行程序调试，提高开发效率。
四、电源管理在使用STM32F103RCT6时，需要注意电源管理的问题。
保证电源稳定和电源波动小，避免对微控制器的正常工作造成影响。
可以通过外部稳压器、电容器等元件来实现电源的管理和滤波，确保系统的稳定性。
五、外设应用STM32F103RCT6内置了各种外设，如串口通信、定时器、PWM输出等。
在实际应用中，可以根据需要选择不同外设进行配置和使用。
例如，通过串口通信可以与其他设备进行通信；通过定时器可以实现精确的定时控制；通过PWM输出可以控制电机、灯光等。
六、安全性考虑在设计嵌入式系统时，需要考虑系统的安全性。
采取合适的措施确保系统的稳定性和数据的安全。
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最著名单片机系列
• Intel MCS-51,-96(Atmel Phillips Simens Toshiba etc) • Freescale(Motorola)
1. HCS08、HCS12 2. DragonBall系列如68EZ328、68VZ328 3. ColdFire系列的如5272、5307，ARM7TDMI & MC68EN302 4. PowerPC
– 根据指令结构又可分为CISC (Complex Instruction Set Computer)和RISC(Reduced Instruction Set Computer)微控制器。
微控制器
• Intel公司作为最早推出微处理器的公司，同样 也是最早推出微控制器的公司。继1976年推出 MCS-48后，又于1980年推出了MCS-51，为发 展具有良好兼容性的新一代微控制器奠定了良 好的基础。
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#include “文件名”
printf("Running\n");
定时器接口 串行通信接口 A/D 转换接口 …… 其他 I/O 模块
微控制器
• 微控制器是将微型计算机的主要部分集成 在一个芯片上的单芯片微型计算机。
• 微控制器诞生于20世纪70年代中期，经过 30多年的发展，其成本越来越低，而性 能越来越强大，这使其应用已经无处不在， 遍及各个领域。例如电机控制、条码阅读 器／扫描器、消费类电子、游戏设备、电 话、HVAC、楼宇安全与门禁控制、 工 业控制与自动化和白色家电(洗衣机、微 波炉)等
没有创造新的类型。 （3）typedef与#define有相似之处，
（4）t一y常p个e用d文etf件ypu中nesd，ige而nfe定后d义i在n一t需I些N要数T用1据6到U类它; 型们//，在的并编文把译件它时中们处用单#理独inc存lu放d在e #命d令efi把ne它I们NT包1含6U进u来ns。igned int; //在预编译时处理
浮点型 双精度型
位数 8 8 16 16 16 16 32 32 32 64
字节数 1 1 2 2 2 2 4 4 4 8
2.运算符号
算术运算：+ - * / ^ % 逻辑运算：|| && ! 关系运算：> < >= <= == != 位运算：～ << >> & ^ | 增量和减量运算：++ - 复合赋值运算：+= -= *= /= %= 等 指针和地址运算：* & 输出格式转换
• 测控系统 • 嵌入式系统与微控制器概述
– 基本含义 – 特点
测控系统与微控制器
• 测控系统
嵌入式系统的定义及由来
一种计算机硬件和软件的组合，也许 还有机械装置，用于实现一个特定功能。 在某些特定情况下，嵌入式系统是一个大 系统或产品的一部分。
通用计算机系统：满足海量高速数值计算
的计算机。
嵌入式计算机系统：嵌入到实际应用系统
基本类型
字节型 整型 实型
数据类型 signed char
unsigned char signed short unsigned short
signed int unsigned int signed long unsigned long
float double
简明含义 有符号字节型 无符号字节型 有符号短整型 无符号短整型 有符号短整型 无符号短整型 有符号长整型 无符号长整型
表达式条条#d件e件fi编n##编edd译Dee译ff条Eii示nnB示ee件U例PS例G编I(1r)2：3译：.P1I4示*1r5*例9r236：
格式多1行：宏#i定f 表义达举式例：#define DE/*BmUyG.h0*/
#de#feinleseST表"达%式s" #endif "%s"
/*
嵌入式系统常用术语
与功能模块及软件相关的术语 通用输入/输出GPIO A/D与D/A 脉冲宽度调制器PWM 看门狗 液晶显示LCD 发光二极管LED 键盘 实时操作系统RTOS
嵌入式系统常用的标准C语言基本语法概要
1.数据类型
基本类型 数 据 类 型
构造类型
字节型 整型 实型
数组 结构 联合 枚举 指针 空类型
件为真，则编译下面代码 结束一个#if……#else条件编译块 停止编译并显示错误信息
9.用typedef定义类型
示例：
typedef unsigned char INT8U;
用法说明： （1）用typedef可以定义各种类型名，但不能用来定义变量。 （2）用typedef只是对已经存在的类型增加一个类型名，而
嵌入式微控制器 与智能车制作
自动化学院 谈英姿 tanyz@
2020年4月17日
智能车竞赛知识点
数字控制系统基本概况 单片机基本原理及其操作
基础
测控系统及其实现技术
高级 道路检测
后轮电机驱动
车速测量
电机控制算法
调试
调试电路
车模机械调整
抗干扰与可靠性
赛道适应性
测控系统与微控制器
3.流程控制
顺序结构
选择结构
✓if结构
✓switch结构
循环结构
break表示跳出循
S对辑w等表i✓✓✓tc式达hfwd语o进 式ohr句.行 。循i.l.e与w测环循ih试f语i环l，e句循而的i环f不可同以之计处算环在关结，于系束cos本表nwti次i达ntuc循式eh表环只或示能逻
如果多分支选择能用两种语句实现，则switch语
};
结构体指针初始化，即分配整个结构
声明和使用结构体变体量长和度指的针字：节空间。
struct student s1; struct student *Pstudent; s1.age=20; Pstudent=(struct student*)malloc(sizeof (struct student)); Pstudent->age=18;
注意句b的re运a行k和性c能o要n优tin于uife语语句句。在循环中的应用区别！
4.函数
注函意数：参数、类型
（函1）数函返数回定值义类时型要同时声明其类型； （R2e）tu调r用n语函句数前格要式先：声r明et该ur函n数表；达式;
（3）传给函数的参数值，其类型要与函数原定 义一致；
（4）接收函数返回值的变量，其类型也要与函 数类型一致等。
学习建议
打好软件硬件基础 选择一个芯片及硬件评估板 深入理解MCU的硬件最小系统 不要一开始就学嵌入式实时操作系统RTOS 避免片面认识嵌入式系统 注重实验与实践 入门芯片选择不要太复杂 关于汇编与C语言的取舍 明确学习目的，注意学习方装(Package) ➢ 印刷电路板(PCB，Printed circuit board) ➢ 动态可读写随机存储器
(DRAM，Dynamic Random Access Memory)
➢ 静态可读写随机存储器 (SRAM，Static Random Access Memory)
➢ 只读存储器(ROM，Read Only Memory) ➢ 闪速存储器(Flash Memory) ➢ 模拟量
嵌入式系统常用术语
与通信相关的术语 并行通信 串行通信 串行外设接口SPI 集成电路互连总线I2C 通用串行总线USB 控制器局域网CAN 背景调试模式BDM 边界扫描测试协议JTAG
• 在8051技术实现开放后，Philips、Atmel、 Dallas和Siemens等公司纷纷推 出了基于80C5l内 核(805l的CMC)S版本)的微控制器。这些各具特 色的产品能够满足大量嵌入式应用需求。基于 80C51内核的微控制器并没有停 止发展的脚步， 例如现在Maxim／Dallas公司提供的DS89C430 系列微控制器，其单周期指令速度已经提高到 了805l的12倍。
（5）使用typedef有利于程序的通用与移植。
微控制器
• 微控制器可从不同方面进行分类：
– 根据数据总线宽度可分为8位、16位和32位 机；
– 根据存储器结构可分为Harvard结构和Von Neumann结构；
– 根据内嵌程序存储器的类别可分为OTP、 掩膜、EPROM／EEPROM和闪存Flash；
嵌入式应用系统开发过程
• 功能分析和硬件设计
• MCU选型，开发工具与环境的选择 • PCB(Protel PAD),ASIC(VHDL)
• 应用程序设计
• 程序语言，汇编/编译器
• 仿真调试
• 仿真器，ROM固化器等
• 脱机运行
嵌入式系统的学习误区
（1）操作系统的困惑 （2）硬件与软件的困惑 （3）片面认识嵌入式系统 （4）入门芯片选择的困惑
5.指针
指针是指向变量的地址，实质上指针就是存 储单元的地址。
指针变量的定义：类型说1明00符0
*
变量名
80
指针变量的赋值：只能赋予地a 址
指符iinniipnn*针tt1tt。a*=a*的;p,p&b11;a运=;;&算a;：//////a将声取,ba明为地的p整地址1是型址运整数作算型据为1符指变0p01针&3量初变、值1量取00内0 容运算
a=80;
p1
b=*p1; //运行结果:b=80，即为a的值
6.结构体