文档介绍：基于 AVR 的单片嵌入式系统原理与实践应用
第1章单片嵌入式系统概述
在各种不同类型的嵌入式系统中,以单片微控制器(Microcontroller)作为系统的主要
控制核心所构成的单片嵌入式系统(国内通常称为单片机系统)占据着非常重要的地位。本
书将介绍以 AVR 系列单片微控制器为核心的单片嵌入式系统的原理、硬软件设计、调试等应
用方法。
单片嵌入式系统的硬件基本构成可分成两大部分:单片微控制器芯片和外围的接口与控
制电路。其中单片微控制器是构成单片嵌入式系统的核心。
单片微控制器又被称为单片微型计算机(Single-Chip putre 或 One-Chip
putre),或者嵌入式微控制器(Embedded Microcontroller)。而在国内普遍采用
的名字为“单片机”。尽管单片机的“机”的含义并不十分恰当,比较模糊,但考虑到多年
来国内习惯了单片机的叫法,为了符合我国的实际情况,本书仍采用单片机的名称。
所谓的单片微控制器-即单片机,它的外表通常只是一片大规模集成电路芯片。但在芯
片的内部却集成了中央处理器单元(CPU),各种存储器(RAM、ROM、EPROM、E2PROM 和 FlashROM
等),各种输入/输出接口(定时器/计数器、并行 I/O、串行 I/O 以及 A/D 转换接口等),等
众多的功能部件。因此,一片芯片就构成了一个基本的微型计算机系统。
由于单片机芯片的微小体积,极低的成本和面向控制的设计,使的它作为智能控制的核
心器件被广泛地应用于嵌入到工业控制、智能仪器仪表、家用电器、电子通信产品等各个领
域中的电子设备和电子产品中。可以说,由单片机为核心构成的单片嵌入式系统已成为现代
电子系统中最重要的组成部分。
嵌入式系统简介
嵌入式计算机系统
计算机的出现首先是应用于数值计算。随着计算机技术的不断发展,计算机的处理速
度越来越快,存储容量越来越大,外围设备的性能越来越好,满足了高速数值计算和海量数
据处理的需要,形成了高性能的通用计算机系统。
1. 什么是嵌入式系统
以往我们按照计算机的体系结构、运算速度、结构规模、适用领域,将其分为大型计
算机、中型机、小型机和微型计算机,并以此来组织学科和产业分工,这种分类沿袭了约
40 年。近 20 年来,随着计算机技术的迅速发展,以及计算机技术和产品对其它行业的广泛
渗透,使得以应用为中心的分类方法变得更为切合实际。具体的说,就是按计算机的非嵌入
式应用和嵌入式应用将其分为通用计算机系统和嵌入式计算机系统。
通用计算机具有计算机的标准形态,通过装配不同的应用软件,以类同面目出现,并
应用在社会的各个方面。现在我们在办公室里、家庭中,最广泛普及使用的 PC 机就是通用
计算机其最典型的代表。
而嵌入式计算机则是以嵌入式系统的形式隐藏在各种装置、产品和系统中的。在许多
的应用领域中,如工业控制、智能仪器仪表、家用电器、电子通信设备等电子系统和电子产
品中,对计算机的应用有着不同的要求。这些要求的主要特征为:
(1) 面对控制对象。面对物理量传感器变换的信号输入;面对人机交互的操作控制;面
对对象的伺服驱动和控制。
华东师范大学电子科学技术系马潮 1-1
第 1 章单片嵌入式系统概述
(2) 嵌入到应用系统。体积小、低功耗、价格低廉,可方便地嵌入到应用系统和电子产
品中。
(3) 能在工业现场环境中可靠运行。
(4) 优良的控制功能。对外部的各种模拟和数字信号能及时地捕捉,对多种不同的控制
对象能灵活地进行实时控制。
可以看出,满足上述要求的计算机系统与通用计算机系统是不同的。换句话讲,能够
满足和适合以上这些应用的计算机系统与通用计算机系统在应用目标上有巨大的差异。
我们将具备高速计算能力和海量存储,用于高速数值计算和海量数据处理的计算机称
为通用计算机系统。而将面对工控领域对象,嵌入到各种控制应用系统、各类电子系统和电
子产品中,实现嵌入式应用的计算机系统称之为嵌入式计算机系统,简称嵌入式系统
(Embedded System)。
特定的环境、特定的功能,要求计算机系统与所嵌入的应用环境成为一个统一的整体,
并且往往要满足紧凑、高可靠性、实时性好、低功耗等技术要求。对于这样一种面向具体专
用应用目标的计算机系统的应用,以及系统的设计方法和开发技术,构成了今天嵌入式系统
的重要内涵,也是嵌入式系统发展成为一个相对独立的计算机研究和学习领域的原因。
2. 嵌入式系统的特点与应用
因此,嵌入式系统就是指用于实现独立功能的专用计算机系统。它由包括微处理器、