目录
第一章设计任务说明 (2)
第二章系统方案设计 (3)
2.1 温度传感器的选型 (3)
2.2 流量传感器的选型 (5)
2.3 步进电机及其驱动芯片的选型 (8)
2.3.1步进电机选型 (8)
2.3.2步进电机驱动芯片选型 (9)
2.4 混水阀选型 (10)
2.5 CPU选型 (11)
2.6 系统整体结构示意图和设计原理 (12)
第三章硬件设计 (14)
3.1 按键与显示电路 (14)
3.2 温度与流量检测电路 (14)
3.3 步进电机驱动及控制电路 (15)
第四章软件设计 (16)
4.1 控制器外观设计以及按键、显示程序流程 (16)
4.2 温度检测方法及程序流程 (17)
4.3 流量检测方法及程序流程 (18)
4.4 步进电机的控制算法及程序流程 (19)
4.5 系统软件流程 (21)
4.6 应用子程序代码 (22)
附录：实验报告 (28)
第一章设计任务说明
有一浴池，需要实现水温自动控制和用水量自动检测，要求水温的给定温度可以由操作面板上的按键输入，也可以由远程计算机串行传送输入。显示温度精确到小数点后一位。用水量单位为立方米，显示到小数点后两位。供水方式是把热水管路与冷水管路同时进入混水器，通过调节混水器旋钮的角度来实现温度控制。当给定标准温度值后，要求实际水温控制在标准值的0.5?
±。设计要求如下：
一、设计一个可行的控制系统方案，包括：
1、检测方法设计，传感器的选型与安装方式及位置；
2、控制方法设计，调节器的选型与安装方式及位置；
3、单片机控制器与传感器、调节器的联接方式与安装位置；
4、画出方案示意图，并写出设计原理说明。包括传感器、调节器的基本参
数说明。
二、单片机控制器的硬件部分设计
5、设计检测电路、驱动控制电路；
6、设计键盘和显示电路；
7、设计并画出单片机控制器的外形设计图；
8、设计并画出单片机应用系统硬件系统原理图；
9、写出设计说明。
三、单片机控制器软件部分设计
a)确定水温、流量的检测方法并画出流程图；
b)设计调节器的控制方法并画出流程图；
c)设计操作面板功能及键盘、显示的流程图；
d)设计并画出系统应用软件的流程图；
e)编写一个应用子程序；
f)写出设计说明。
第二章 系统方案设计
该浴池水温控制系统的系统框图如图2.1所示，其工作过程是：由按键输入设定温度值，温度传感器检测浴池内的水温，通过对混水器步进电机转角的控制来调节热水与冷水的比例，使浴池水温调整到设定温度值；流量传感器检测流入浴池的水量；此外，系统的显示模块能够显示设定温度，当前温度，以及当前用水量。
PIC16F877
按键
温度检测
流量检测
LED 数码管显示
步进电机驱动模块
步进电机
图2.1 浴池水温控制系统框图
2.1 温度传感器的选型
温度传感器主要有四种主要类型：热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器(RTD)和集成温度传感器（IC ）。IC 温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型。如表2.1。
热电偶由于其较高的性价比，应用很广泛。热电偶有多种类型，它们覆盖非常宽的温度范围，从-200℃～2000℃。它们的特点是：低灵敏度、低稳定性、中等精度、响应速度慢、高温下容易老化和有漂移，以及非线性。另外，热电偶需要外部参考端。
RTD 精度极高且具有中等线性度。它们特别稳定，并有许多种配置。但它们的最高工作温度只能达到400℃左右。它们也有很大的TC ，且价格昂贵(是热电偶的4～10倍)，并且需要一个外部参考源。
模拟输出IC温度传感器具有很高的线性度 (如果配合一个模数转换器或ADC可产生数字输出)、低成本、高精度(大约1%)、小尺寸和高分辨率。它们的不足之处在于温度范围有限(-55℃～＋150℃)，并且需要一个外部参考源。
数字输出IC温度传感器带有一个内置参考源，它们的响应速度也相当慢(100 ms数量级)。虽然它们固有地会自身发热，但可以采用自动关闭和单次转换模式使其在需要测量之前将IC设置为低功耗状态，从而将自身发热降到最低。
与热敏电阻、RTD和热电偶传感器相比，IC温度传感器具有很高的线性，低系统成本，集成复杂的功能，能够提供一个数字输出，并能够在一个相当有用的范围内进行温度测量。
表2.1：不同类型温度传感器的比较
本设计选用AD公司生产的专用集成温度传感器AD590。它属于电流输出
型。在一定温度范围内，它相当于一个高阻电流源，其电流温度灵敏度1/A C μ?。它不易受接触电阻、引线电阻、电压噪声等的干扰。此外它还具有体积小、测量精度高、线性好和互换性强等优点，其主要技术指标为：
i. 测量范围：55150C C ??-至+； ii. 电流输出（标定系数）：1/A K μ; iii. 电源电压：430V -;
iv. 线性度：在满量程范围内小于0.5C ?±; v. 重复性：0.1C ?±； vi. 输出阻抗：约为10MΩ； vii.
长期漂移：0.1/C ?±月；
2.2 流量传感器的选型
根据测量原理的不同，流量传感器可分为热式流量传感器和非热式流量传感器两大类。热式流量传感器主要依靠传感器与流体间的热相互作用来进行测量。该类传感器由于易采用半导体工艺制造，具有体积小、成本低、可以批量生产，同时能与处理电路集成在同一芯片上，使传感器的输出直接实现数字化，易于与计算机接口等优点。但热流量传感器也存在一定的不足，如反应时间较长、功耗大、衬底的热传导导致测量误差、零点随环境温度的漂移等问题；对流体加热，也限制了热式微流量传感器在生物技术方面的应用。
非热式流量传感器是利用其他的物理方式来实现对流体的测量。它把流速的信息转化为力或压强或物体的旋转，再检测由此带来的物体的形变或电学性能的变化，利用一定的对应关系，反过来测出流速的大小。和热式流量传感器相比，它有功耗小，无零点漂移、测量方式多样，检出电路简单，响应时间短等优点。其缺点主要体现在难以实现二维或三维方向的测量，难以兼顾全量程范围内的灵敏度，制造过程难以与标准CMOS 工艺兼容等。尽管如此，在大量不需感知流向的流速测量应用中，该类传感具有广阔的应用前景。在这一类非热传感器中，风轮式结构是最广泛应用的一种，如传统的风杯等。
显然，热式流量传感器不适用于本设计，所以应选择非热式流量传感器。非热式流量传感器的测量原理有：流体粘滞力测量，声学测量，光学测量，电磁测量，浮子测量以及机械转子（叶轮）测量等。综合比较各种类型的非热式流量传感器的性能与价格之后，本设计选用上海自仪九仪表有限公司生产的
LWGY25C0A5T0型涡轮流量传感器，其技术性能如下：
1.测量介质：液体；
2.介质粘度范围：5mPa s
≤;
3.流体温度：20~120C?
-+；
4.环境温度：25~55C?
-+；
5.相对湿度：80%
≤；
6.接触流体的零件材料：壳体、导向件：1Cr18NiTi
叶轮：不锈钢 2Cr13
轴、轴承：硬质合金轴+轴承
7.安装方式：安装于水平管道；
8.连接方式：非密封的管螺纹连接；
9.电源与输出信号：前置放大器输出的脉冲信号，高电平4.5V以上，低电
平0.5V 以下，占空比5010%
±；
10.公称直径：25mm；
11.流量范围（3/
m h）：1.6~10，误差限为0.2%
±；
12.公称压力： 1.6
PN MPa。
I：涡轮流量传感器的基本结构：
如图2.2所示，涡轮流量传感器由壳体、前导向架、轴、叶轮、后导向架、压紧圈和带磁电感应转换器的放大器等组成。
前导向架和后导向架安装在壳体中，轴安装在导向架上，同时因导向架上有几片呈辐射形的整流片，还可以起一定的整流作用，使流体基本上沿着平行于轴线的方向流动；前、后导向架是用压紧圈固定在壳体上的。
叶轮中有轴承，套在轴上，可以灵活地旋转。叶轮上均匀分布着叶片，液体流过时冲击叶片使叶轮产生转动。
图2.2 涡轮流量传感器的结构示意图
II ：涡轮流量传感器的工作原理：
当被测流体流经传感器时，传感器内的叶轮借助于流体的动能而产生旋转，
周期性地改变磁电感应转换系统中的磁阻值，使通过线圈的磁通量周期性地发生变化而产生电脉冲信号。在一定的流量范围下，叶轮转速与流体流量成正比，即电脉冲数量与流量成正比。该脉冲信号经放大器放大后送至二次仪表进行流量和总量的显示或积算，如图2.3和图2.4。
在测量范围内，传感器的输出脉冲总数与流过传感器的体积总量成正比，其比值称为仪表常数，以()ξ次/L 表示。每台传感器都经过实际标定测得仪表常数值。当测出脉冲信号的频率f 和某一段时间内的脉冲总数N 后，分别除以仪表常数
()ξ次/L 便可求得瞬时流量(/s)q L 和累积流量Q （L）
。即： /q f ξ= （1）
/Q N ξ= （2）
图2.3 前置放大器的内部电路图
图2.4 前置放大器的接线端子图
2.3 步进电机及其驱动芯片的选型
2.3.1步进电机选型
步进电机分类：
1）按步进电机输出扭矩的大小，可分为快速步进电机与功率步进电机；
2）按励磁相数，可分为二相、三相、四相、五相甚至八相；
3）按其运动方式，分旋转式、直线式、平面运动式和滚切运动式；
4）按结构，可分为单段式（径向式）、多段式（轴向式）、印刷绕组式；
5）按工作原理，可分为反应式、电磁式、永磁式、永磁感应子式（混合式）步进电机，其中反应式和混合式步进电机比较常用。
永磁式式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。
混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度。
本设计选用北京前苏电子科技公司的42HS003型两相混合式步进电机，其性能参数如表2.5，其静转矩为0.45Nm，可以直接用于驱动混水阀转子，其转矩满足家用自来水水压条件下直径25mm的水管混水要求。
图2.5 42HS003型步进电机性能参数
2.3.2步进电机驱动芯片选型
本设计选用ST公司生产的L298型步进电机驱动芯片。L298是一种高电压、大电流电机驱动芯片，该芯片的主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达46V；输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A；内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以来驱动直流电机和步进电机、继电器、线圈等感性负载；采用标准TTL逻辑电平信号控制；具有两个使能控制器，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作；有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。L298有两种封装，如图2.6。
图2.6 L298两种封装形式的管脚图
2.4 混水阀选型
由于市场上没有采用步进电机驱动的混水阀，因此需要设计或组装一个。可以购买混水阀的主要配件，如阀体和阀芯（如图2.7）以及相关密封件，然后采用机械连接的方式或者用联轴器将步进电机转轴与阀芯转子连接起来，从而组成
一个用步进电机驱动的混水阀。
图2.7 混水阀的阀体和阀芯
2.5 CPU选型
因为本人对PIC16F87X型单片机比较熟悉，故选用Microchip公司的PIC16F877型单片机作为系统的控制芯片，如图2.8.
图2.8 PIC16F877的管脚图
单片机的主要性能：
1）采用高性能RISC；
2）仅有35条单字指令，除程序分支指令为两个周期外，其余均为单周期指令；3）运行速度：DC-20MHz时钟输入，DC-200ns指令周期；
4）8K*14个FLASH 程序存储器，368*8个数据存储器字节，256*8EEPROM 数据存储字节； 5）14个中断源；
6）低功耗：在5V,4MHz 时典型值小于2mA ；在3V,32KHz 时典型值小于20A μ；典型的稳态电流值小于1A μ。 7）具有10位的内部ADC 模块。
2.6 系统整体结构示意图和设计原理
浴池
排水口
冷水管
热水管
流量传感器
单片机控制器
温度传感器
步进电机驱动的混水阀
图2.9 浴池水温控制系统整体结构示意图
设计原理说明：按键、LED 指示灯和数码管显示部分是系统的人机接口模块。按键用于设定浴池水温值或进行功能切换，LED 指示灯指示当前工作状态，数码管显示用水量、浴池当前水温或设定温度。AD590检测浴池的水温和，LWGY 检测用水量，两个传感器的检测信号经PIC 单片机处理后可由数码管显示。此外，系统根据温度传感器的测量值与设定值之差，由单片机输出控制信号，经L298芯片转换后驱动步进电机调节混水器，使浴池水温到达设定值。
PIC16F877
4个按键
AD590温度传感器
LWGY 流量传感器
4位8段LED 数码管显示
L298步进电机驱动模块
混合式两相步进电机
LED 指示灯
图2.10 系统设计原理框图
第三章硬件设计
3.1 按键与显示电路
该部分电路包括4个按键，命名为KEY1,KEY2,KEY3,KEY4；4位8段数码管显示，以及一个LED指示灯。PIC单片机通过8155控制数码管的显示。8155的B口和数码管中所有LED的a、b、c、d、e、f、g、DP引线相连，各个数码管的控制端和8155的C口相连，即B口为字形口，C口为字位口。
图3.1 按键与显示电路
3.2 温度与流量检测电路
系统选用的PIC16F877单片机内部包含10位的ADC模块，具有8路模拟信号输入通道，因此，不需要扩展外围ADC芯片。
图3.2 温度与流量检测电路
3.3 步进电机驱动及控制电路
该部分电路如图3.3所示，时钟电路的晶振频率为4MHz，复位电路选用常用的综合复位电路。L298的4个输出端两两驱动步进电机的两个线圈，单片机的端口C产生步进电机所需要的脉冲信号和控制信号，RC0～RC3分别与L298芯片的INPUT1～INPUT4相连，脉冲信号由此端口进入驱动芯片。
图3.3 基于L298的两相步进电机驱动电路
第四章软件设计
4.1 控制器外观设计以及按键、显示程序流程
：控制器外观设计
操作面板说明：
器件名称功能
按键“复位”使系统复位
按键“ON/OFF”系统电源开关
按键“水温设定”按一下进入温度设定，再按一下确认退出
按键“显示切换”使显示器显示水温或用水量
按键“降温”在“水温设定”状态下，按一下，降低一摄氏度
按键 “升温” 在“水温设定”状态下，按一下，升高一摄氏度 4位8段数码管
显示器
显示水温或用水量 LED 指示灯
亮：表示当前显示数据为
温度；
暗：表示当前显示数据为用水量
II ：按键与显示程序流程
开始
按键扫描
有按键按下？
延时20毫秒，消抖
SWITCH(KEY)
{case KEY1: KEY1 下的功能实现； case KEY2: KEY1 下的功能实现； ……}
N
Y
开始
读取当前温度寄
存器Tt 值
查表输出Tt
延时
显示流量还是温度？
读取当前脉冲计数器N 值和流量Q 值
/Q Q N ξ
=+查表输出Q
延时
N
Y
图4.1按键与显示程序流程
4.2 温度检测方法及程序流程
AD590属于电流输出型温度传感器，在55150C C ??-至+的温度范围内，它相当于一个高阻电流源，电流温度灵敏度1/A C μ?。经10K 欧电阻之后对应于0～100度温度范围的电压是2.732V ～3.732V,经10位A/D 转化后的测量精度满足
0.1度的设计要求。PIC16F877的端口A的RA0为温度传感器模拟量的输入引脚，A/D转换后的结果可由显示程序调用。
开始
复位？
系统初始化
按键按下？
键处理温度采样测温值校正均值滤波
存储当前
温度值N N
Y
Y
图4.2 温度采集程序流程图
4.3 流量检测方法及程序流程
LWGY25C0A5T0型涡轮流量传感器的输出为占空比为50%的脉冲，流量计算公式：/
Q Nξ
=，其中()
ξ次/L为传感器常数，传感器在出厂时该常数由厂家标定给出。若用一个计数器记录脉冲数N，则任意时刻的用水量就可由上述公式求出。
开始
设置RA1脚为外部中断
复位？中断使能
N=0,Q=0
RA1中断
N=N+1
N 溢出？max /Q Q N ξ
=+返回
Y
Y
N
N
图4.3 流量检测程序流程
4.4 步进电机的控制算法及程序流程
对混水器采用模糊控制方法。
模糊控制原理：模糊控制器的输入为测得温度与设定温度的偏差
00E(E=t -t, t 为设定的温度，t为测得的温度)以及偏差的变化量
??本前前本E(E=t -t ，其中t 为前次测得的温度，t 为本次测得的温度), 输出为步
进电机的控制量——脉冲个数及频率。将E 分为四个模糊子集B(大)，M(中)，S(小)，N(负)，对应温度变差为：
()C C C C C C ??????<<0000t -t>TM1；TM2t -t
分为三个模糊子集P(正)，Z(零)，N(负)。对应的偏差变化量为：
00000(0)A A A A A ><<<>本前本前本前t -t ；-t -t ；t -t -；控制器输出的脉冲频率分
为四个模糊子集B(快)，M(中)，S(慢)，Z(零)。模糊控制规则见表4.1。
模糊控制程序：将系统本次测得的温度值与设定的温度值相减得到温度的偏差E ，并存储到存储单元TMS ，将本次测得温度减去前次测得的温度，得到温度
变差的变化量?E ，将?E 存入存储单元TMCB 。根据E 以及?E 可以制定模糊控制表。例如将E 的四个模糊子集N 、S 、M 、B 分别用数字-1、1、3、6表示，?E 的三个模糊子集N 、Z 、P 分别用数字-1、0、1表示，则根据模糊控制规则表4.1，可以得到表4.2所示的判定函数?E+E 。将表4.2与表4.1对比可以看出：当0?≤E+E 时，输出频率为Z ；当13≤?E+E<时，输出频率为S ；当35≤? 表4.1：模糊控制规则 表4.2 《嵌入式系统及应用》课程实验 一、实验课程的性质、目的和任务 性质：《嵌入式系统及应用》课程是自动化专业的专业基础课程，本实验课是该课程教学大纲中规定必修的实验教学内容。 目的和任务：通过实验环节来巩固和加深学生对嵌入式系统的理解，使学生掌握MCS51单片机和ARM的基本原理和应用技术。通过熟悉MCS51开发环境和ARM集成开发环境，使学生掌握嵌入式系统开发的一般规律和方法。在集成开发环境下，进行系统功能程序的编写和调试的训练，掌握嵌入式系统软硬件调试的一般方法和系统设计的能力。 二、实验内容、学时分配及基本要求 三、考核及实验报告 （一）考核 本课程实验为非独立设课，实验成绩占课程总成绩的15%，综合评定实验成绩。（二）实验报告 实验报告应包括： 实验名称 实验目的 实验内容与要求 设计思路（如：分析、程序流程图等） 实验步骤 实验代码（含必要注释） 实验结果分析 实验小结（本题调试过程中遇到的问题和解决方法、注意事项、心得体会等）注：综合型实验需写出系统功能、设计过程 实验报告的要求： 实验报告以文本形式递交，实验报告要书写规范、文字简练、语句通顺、图表清晰。 四、主要仪器设备 硬件：微型计算机；嵌入式系统开发平台。 软件：Keil C51；ADT 五、教材及参考书 教材 [1] 高锋．单片微型计算机原理与接口技术（第二版）．北京：科学出版社，2007 [2] 自编．嵌入式系统及应用 参考书 [1] 王田苗．嵌入式系统设计与实例开发．北京：清华大学出版社，2003 [2] 陈赜．ARM9 嵌入式技术及Linux高级实践教程．北京：北京航空航天大学出版社，2005 [3] 李忠民等．ARM嵌入式VxWorks实践教程．北京：北京航空航天大学出版社，2006 嵌入式系统设计与应用第五章程序设计与分析（1） 西安交通大学电信学院 任鹏举 本章主要内容 Software Design Cycle ●嵌入式软件中的组件(状态机 、循环缓存器、队列) ●编程模型，如数据流和控制图●编译方法介绍 ●根据性能、大小和功耗来分析 和优化程序 ●如何测试程序以验证其正确性 1 嵌入式程序组件 ●状态机（State machine） 用变量来表示内部的状态，根据输入完成状态的转移交通灯控制、CPU design controller ●循环缓冲区（Circular buffer） I/O input buffer ●队列（Queue） 状态机（1） ● 反应系统（reactive system ）：响应外部事件的系统。 ●外部输入是间歇到达● 适合使用状态机描述 ● 有限状态机是表示有限个状态以及在这些状态之间的转移和动作等行为的数学模型。 ●Moore 机：● Mealy 机：输出只由当前状态确定 输出依赖于当前状态和输入 状态机（2） 例子：一个简单的座位安全带控制器 idle buzzer seated belted 未入座/-入座/定时器启动 未系安全带且定时器未超时/- 未系安全带/定时器启动系好安全带/-系好安全带/蜂鸣器关闭 定时器超时/蜂鸣器启动 未入座/-未入座/蜂鸣器关闭输入/输出-= 无动作 状态机（3） #define IDLE 0#define SEATED 1#define BELTED 2#define BUZZER 3switch (state) { case IDLE: if (seat) { state = SEATED; timer_on = TRUE; } break; case SEATED: if (belt) state = BELTED; else if (timer) state = BUZZER; break; case BELTED: if (!seat) state = IDLE; else if (!belt) state = SEATED; break; case BUZZER: if (belt) state = BELTED; else if (!seat) state = IDLE; break; } Inputs ：seat, belt, timer Outputs: buzzer 嵌入式系统开发技术 设计报告 组长： 成员： 中国石油大学（华东）计算机与通信工程学院计算机科学系 二0 年12 月 一、引言 OpenCV的全称是：Open Source Computer Vision Library。OpenCV是一个基于（开源）发行的跨平台计算机视觉库，可以运行在Linux、Windows和Mac OS操作系统上。它轻量级而且高效——由一系列C 函数和少量C++ 类构成，同时提供了Python、Ruby、MATLAB等语言的接口，实现了图像处理和计算机视觉方面的很多通用算法。它的应用领域非常广泛，包括人机互动、物体识别、图像分割、人脸识别、机器视觉、汽车安全驾驶等。随着手机性能的不断提高，OpenCV往安卓上移植已经成为可能，安卓设备移植上OpenCV之后将能够进行复杂的图像处理和视频分析工作，人们不必拘泥于使用固定的设备进行图像以及视频的处理，从而增加了处理的灵活性。 本课程设计实现的就是OpenCV到安卓的移植以及在安卓上实现一个简单的图像处理应用。Android应用程序是通过Android SDK（Software Development Kit）利用Java编程语言进行开发，同时也可以通过JNI调用C动态库，不过这种开发方式存在技术障碍，伴随着Android NDK(Native Development Kit)的问世，使得“JA V A+C”的开发方式走向成熟。 二、总体设计 1、功能描述 本课程设计分为以下四个模块，各模块功能介绍如下： Android-OpenCV项目： OpenCV中大部分重要API在该项目中已经封装成了JA V A接口，为安卓上的OpenCV开发提供C、C++函数支持。 Android NDK： 它包括从C / C++生成原生代码库所需要的工具和build files，能够将一致的原生库嵌入可以在Android设备上部署的应用程序包文件（application packages files ，即.apk文件）中，支持所有未来Android平台的一些列原生系统头文件和库。在本课程设计中担任重要角色，包括交叉编译OpenCV源代码、编译测试程序等。 Cygwin: Windows下模拟Linux操作环境，在其中执行NDK编译。 Eclipse： Android开发环境，开发android程序，生成可执行的.apk文件,连接真机或虚拟机进行调试。 2、设计特色 本课程设计的特色在于成功的将android-opencv移植到eclipse开发环境中去，实现了在android设备开发图像处理、视频分析应用，提高了android设备的使用价值。编译环境采用Android NDK+Cygwin，方便开发者在windows环境下开发“java+c”程序。 3、体系结构 嵌入式软件开发流程 一、嵌入式软件开发流程 1.1 嵌入式系统开发概述 由嵌入式系统本身的特性所影响，嵌入式系统开发与通用系统的开发有很大的区别。嵌入式系统的开发主要分为系统总体开发、嵌入式硬件开发和嵌入式软件开发3大部分，其总体流程图如图1.1所示。 图1.1 嵌入式系统开发流程图 在系统总体开发中，由于嵌入式系统与硬件依赖非常紧密，往往某些需求只能通过特定的硬件才能实现，因此需要进行处理器选型，以更好地满足产品的需求。另外，对于有些硬件和软件都可以实现的功能，就需要在成本和性能上做出抉择。往往通过硬件实现会增加产品的成本，但能大大提高产品的性能和可靠性。 再次，开发环境的选择对于嵌入式系统的开发也有很大的影响。这里的开发环境包括嵌入式操作系统的选择以及开发工具的选择等。比如，对开发成本和进度限制较大的产品可以选择嵌入式Linux，对实时性要求非常高的产品可以选择Vxworks等。 1.2 嵌入式软件开发概述 嵌入式软件开发总体流程为图4.15中“软件设计实现”部分所示，它同通用计算机软件开发一样，分为需求分析、软件概要设计、软件详细设计、软件实现和软件测试。其中嵌入式软件需求分析与硬件的需求分析合二为一，故没有分开画出。 由于在嵌入式软件开发的工具非常多，为了更好地帮助读者选择开发工具，下面首先对嵌入式软件开发过程中所使用的工具做一简单归纳。 嵌入式软件的开发工具根据不同的开发过程而划分，比如在需求分析阶段，可以选择IBM的Rational Rose等软件，而在程序开发阶段可以采用CodeWarrior（下面要介绍的ADS 的一个工具）等，在调试阶段所用的Multi-ICE等。同时，不同的嵌入式操作系统往往会有配套的开发工具，比如Vxworks有集成开发环境Tornado，WindowsCE的集成开发环境WindowsCE Platform等。此外，不同的处理器可能还有对应的开发工具，比如ARM的常用集成开发工具ADS、IAR和RealView等。在这里，大多数软件都有比较高的使用费用，但也可以大大加快产品的开发进度，用户可以根据需求自行选择。图4.16是嵌入式开发的不同阶段的常用软件。 图1.2 嵌入式开发不同阶段的常用软件 嵌入式系统的软件开发与通常软件开发的区别主要在于软件实现部分，其中又可以分为编译和调试两部分，下面分别对这两部分进行讲解。 1．交叉编译 嵌入式软件开发所采用的编译为交叉编译。所谓交叉编译就是在一个平台上生成可以在另一个平台上执行的代码。在第3章中已经提到，编译的最主要的工作就在将程序转化成运行该程序的CPU所能识别的机器代码，由于不同的体系结构有不同的指令系统。因此，不同的CPU需要有相应的编译器，而交叉编译就如同翻译一样，把相同的程序代码翻译成不同CPU的对应可执行二进制文件。要注意的是，编译器本身也是程序，也要在与之对应的某一个CPU平台上运行。嵌入式系统交叉编译环境如图4.17所示。 实验报告 课程名称：嵌入式系统 学院：信息工程 专业：电子信息工程 班级： 学生姓名： 学号： 指导教师： 开课时间：学年第一学期 实验名称：IO接口（跑马灯） 实验时间：11.16 实验成绩： 一、实验目的 1.掌握 STM32F4 基本IO口的使用。 2.使用STM32F4 IO口的推挽输出功能，利用GPIO_Set函数来设置完成对 IO 口的配置。 3.控制STM32F4的IO口输出，实现控制ALIENTEK 探索者STM32F4开发板上的两个LED实现一个类似跑马灯的效果。 二、实验原理 本次实验的关键在于如何控制STM32F4的IO口输出。IO主要由：MODER、OTYPER、OSPEEDR、PUPDR、ODR、IDR、AFRH和AFRL等8个寄存器的控制，并且本次实验主要用到IO口的推挽输出功能，利用GPIO_Set函数来设置，即可完成对IO口的配置。所以可以通过了开发板上的两个LED灯来实现一个类似跑马灯的效果。 三、实验资源 实验器材: 探索者STM32F4开发板 硬件资源: 1.DS0(连接在PF9) 2.DS1(连接在PF10) 四、实验内容及步骤 1.硬件设计 2.软件设计 （1）新建TEST工程，在该工程文件夹下面新建一个 HARDWARE文件夹，用来存储以后与硬件相关的代码。然后在 HARDWARE 文件夹下新建一个LED文件夹，用来存放与LED相关的代码。 （2）打开USER文件夹下的test.uvproj工程，新建一个文件，然后保存在 LED 文件夹下面，保存为 led.c，在led.c中输入相应的代码。 （3）采用 GPIO_Set 函数实现IO配置。LED_Init 调用 GPIO_Set 函数完成对 PF9 和 PF10 ALIENTEK 探索者 STM32F407 开发板教程 119 STM32F4 开发指南(寄存器版) 的模式配置，控制 LED0 和 LED1 输出 1（LED 灭），使两个 LED 的初始化。 （4）新建一个led.h文件，保存在 LED 文件夹下，在led.h中输入相应的代码。 3.下载验证 使用 flymcu 下载（也可以通过JLINK等仿真器下载），如图 1.2所示： 图1.2 运行结果如图1.3所示： 嵌入式系统设计与应用复习资料 （一）?单项选择题： 1. 下面哪个系统属于嵌入式系统。 （ 八、“天河一号”计算机系统 C 、联想S10±网木 D ） B 、联想T400笔记本计算机 D 、联想OPhone 手机 2. 软硕件协同设计方法与传统设计方法的最大不同Z 处在于（B ）。 A 、软硬件分开描述 C 、协同测试 3. 卜?面关于哈佛结构描述正确的是（A A 、程序存储空间与数据存储空间分离 C 、程序存储空间与数据存储空间合并 4. 下面哪一种工作模式不属于ARM 特权模式 A 、用户模式 B 、系统模式 C 、 5. ARM7TDM1的工作状态包括（D ）。 A 、测试状态和运行状态 C 、就绪状态和运行状态 6. USB 接口移动硬盘最合适的传输类型为（ A 、控制传输 B 、批量传输 C 、 7. 下而哪一种功能单元不属于I/O 接口电路。（D ） A 、USB 控制器 B 、UART 控制器 C 、以太网控制器 &下面哪个操作系统是恢入式操作系统。（B ） As Red-hat Linux B 、 PCLinux C 、 Ubuntu Linux D 、 SUSE Linux 9. 使用Host-Target 联合开发嵌入式应用，（B ）不是必须的。 A 、宿主机 B 、银河麒麟操作系统 C 、目标机 D 、交叉编译器 10. 下面哪个系统不属于嵌入式系统（D ）。 A 、MP3播放器 B 、GPS 接收机 C 、“银河玉衡”核心路由器 D 、“犬河一号”计算机系统 11. 在嵌入式系统设计中，嵌入式处理器选型是在进行（C ）吋完成。 A 、需求分析 B 、系统集成 C 、体系结构设计 D 、软便件设计 12. 下面哪一类嵌入式处理器最适合于用于工业控制（B ）。 A 、嵌入式微处理器 B 、微控制器 C 、DSP D 、以上都不合适 13. 关于ARM 了程序和Thumb 了程序互相调用描述正确的是（B ）。 A 、 系统初始化Z 后，ARM 处理器只能工作在一种状态，不存在互相调用。 B 、 只要遵循一定调用的规则，Thumb 子程序和ARM 子程序就可以互相调用。 C 、 只要遵循一定调用的规则，仅能Thumb 子程序调用ARM 子程序。 D 、 只耍遵循一定调用的规则，仅能ARM 子程序调用Thumb 子程序。 14. 关于ARM 处理器的异常的描述不正确的是（C ）。 A 、复位属于异常 B 、除数为零会引起异常 B 、软硬件统一描述 D 、协同验证 B 、存储空间与10空间分离 D 、存储空间与10空间合并 （A ）0 软中断模式 D 、FTQ 模式 B 、挂起状态和就绪状态 D 、ARM 状态和Thumb 状态 B ）0 中断传输 D 、等时传输 D 、LED 三级嵌入式系统开发技术-5 (总分：100.00，做题时间：90分钟) 一、填空题(总题数：44，分数：100.00) 1.当前，智能手机之类的高端嵌入式系统应用，其主要特征是硬件采用 1位的CPU，软件配置了功能丰富的操作系统和图形用户界面。 （分数：4.00） 解析：32 2.SoC芯片是一种超大规模集成电路，它的开发过程极其复杂，其中大部分工作都是借助于EDA工具完成的，EDA的中文名称是 1。 （分数：4.00） 解析：电子设计自动化 3.在IC行业，已完成并经过验证的IC电路具有固定的不可再分解的功能特性，人们称之为“核”，它们属于知识产权保护的范畴，所以也称为知识产权核或 1核。 （分数：4.00） 解析：IP 4.某人使用电子书阅读器阅读一部中文长篇小说，其电子文本的格式为.txt，文件的实际大小为236KB，该小说包含的汉字大约有 1万字。 （分数：4.00） 解析：11.8 5.数字视频的数据量非常大，存储和传输时必须进行数据压缩。目前在VCD、DVD、数字有线电视、卫星电视等应用领域中广泛采用的压缩编码标准是国际标准化组织(ISO)制订的，其名称为 1。 （分数：4.00） 解析：MPEG 6.通过无线局域网(WLAN)接入Internet是目前无线上网的途径之一。WLAN技术采用IEEE 802.11协议，技术日益成熟，性能不断提高，目前普遍使用的IEEE 802.11n协议可以支持的数据传输速率已经达到 1，甚至更高。 （分数：4.00） 解析：108Mb/s 7.ARM公司把它的系列处理器划分为五个大的系列，分别是以ARM7/9/11为代表的经典ARM处理器、以Cortex-M等为代表的 1处理器、以Cortex-R等为代表的 2处理器、以Cortex-A5/A8/A9/A15为代表的应用Cortex处理器以及以SecureCore为代表的 3处理器。 （分数：2.00） 解析：ARM Codex嵌入式 ARM Codex实时嵌入式专家 8.在ARM处理器中，通用寄存器有R0～R15，其中无论何种模式、无论什么状态下都可以作为通用寄存器使用的寄存器是1，作为堆栈指针SP使用的寄存器是R13，作为程序链接寄存器LR的是R14，作为程序计数器PC的是R15。 （分数：2.00） 解析：R0～R7寄存器 9.经典ARM处理器复位后自动进入的地址为 1，外部快速中断的向量地址为0x0000001C。 从软件工程的角度来说，嵌入式应用软件也有一定的生命周期，如要进行需求分析、系统设计、代码编写、调试和维护等工作，软件工程的许多理论对它也是适用的。 但和其他通用软件相比，它的开发有许多独特之处： ·在需求分析时，必须考虑硬件性能的影响，具体功能必须考虑由何种硬件实现。 ·在系统设计阶段，重点考虑的是任务的划分及其接口，而不是模块的划分。模块划分则放在了任务的设计阶段。 ·在调试时采用交叉调试方式。 ·软件调试完毕固化到嵌入式系统中后，它的后期维护工作较少。 下面主要介绍分析和设计阶段的步骤与原则： 1、需求分析 对需求加以分析产生需求说明，需求说明过程给出系统功能需求，它包括：·系统所有实现的功能 ·系统的输入、输出 ·系统的外部接口需求（如用户界面） ·它的性能以及诸如文件/数据库安全等其他要求 在实时系统中，常用状态变迁图来描述系统。在设计状态图时，应对系统运行过程进行详细考虑，尽量在状态图中列出所有系统状态，包括许多用户无需知道的内部状态，对许多异常也应有相应处理。 此外，应清楚地说明人机接口，即操作员与系统间地相互作用。对于比较复杂地系统，形成一本操作手册是必要的，为用户提供使用该系统的操作步骤。为使系统说明更清楚，可以将状态变迁图与操作手册脚本结合起来。 在对需求进行分析，了解系统所要实现的功能的基础上，系统开发选用何种硬件、软件平台就可以确定了。 对于硬件平台，要考虑的是微处理器的处理速度、内存空间的大小、外部扩展设备是否满足功能要求等。如微处理器对外部事件的响应速度是否满足系统的实时性要求，它的稳定性如何，内存空间是否满足操作系统及应用软件的运行要求，对于要求网络功能的系统，是否扩展有以太网接口等。 对于软件平台而言，操作系统是否支持实时性及支持的程度、对多任务的管理能力是否支持前面选中的微处理器、网络功能是否满足系统要求以及开发环境是否完善等都是必须考虑的。 当然，不管选用何种软硬件平台，成本因素都是要考虑的，嵌入式Linux 正是在这方面具有突出的优势。 2、任务和模块划分 在进行需求分析和明确系统功能后，就可以对系统进行任务划分。任务是代码运行的一个映象，是无限循环的一段代码。从系统的角度来看，任务是嵌入式系统中竞争系统资源的最小运行单元，任务可以使用或等待CPU、I/O设备和内存空间等系统资源。 在设计一个较为复杂的多任务应用系统时，进行合理的任务划分对系统的运行效率、实时性和吞吐量影响都极大。任务分解过细会不断地在各任务之间切换，而任务之间的通信量也会很大，这样将会大大地增加系统的开销，影响系统的效率。而任务分解过粗、不够彻底又会造成原本可以并行的操作只能按顺序串行执行，从而影响系统的吞吐量。为了达到系统效率和吞吐量之间的平衡折中，在划分任务时应在数据流图的基础上，遵循下列步骤和原则： _* 南京邮电大学通信学院 实验报告 实验名称：基于ADS开发环境的程序设计 嵌入式Linux交叉开发环境的建立 嵌入式Linux环境下的程序设计 多线程程序设计 课程名称嵌入式系统B 班级学号 姓名 开课学期2016/2017学年第2学期 实验一基于ADS开发环境的程序设计 一、实验目的 1、学习ADS开发环境的使用； 2、学习和掌握ADS环境下的汇编语言及C语言程序设计； 3、学习和掌握汇编语言及C语言的混合编程方法。 二、实验内容 1、编写和调试汇编语言程序； 2、编写和调试C语言程序； 3、编写和调试汇编语言及C语言的混合程序； 三、实验过程与结果 1、寄存器R0和R1中有两个正整数，求这两个数的最大公约数，结果保存在R3中。 代码1：使用C内嵌汇编 #include printf("gcdnum:%d\n",a); return 0; } 代码2：使用纯汇编语言 AREA example1,CODE,readonly ENTRY MOV r0, #4 MOV r1, #9 start CMP r0, r1 SUBLT r1, r1, r0 SUBGT r0, r0, r1 BNE start MOV r3, r0 stop B stop END 2、寄存器R0 、R1和R2中有三个正整数，求出其中最大的数，并将其保存在R3中。 代码1：使用纯汇编语言 AREA examp,CODE,READONL Y ENTRY MOV R0,#10 MOV R1,#30 MOV R2,#20 Start CMP R0,R1 BLE lbl_a CMP R0,R2 MOVGT R3,R0 MOVLE R3,R2 B lbl_b lbl_a CMP R1,R2 MOVGT R3,R1 MOVLE R3,R2 lbl_b B . END 代码2：使用C内嵌汇编语言 #include 嵌入式系统设计与应用 本文由kenneth67贡献 ppt文档可能在W AP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 课程名称：课程名称：嵌入式系统设计与应用 总学时：其中讲课36学时，上机实践环节12 36学时12学时总学时：其中讲课36学时，上机实践环节12学时教材：嵌入式系统设计教程》教材：《嵌入式系统设计教程》电子工业出版社马洪连参考书：参考书：1、《嵌入式系统开发与应用》北航出版社、田泽编著. 嵌入式系统开发与应用》北航出版社、田泽编著. 2、《ARM体系结构与编程》清华大学出版社杜春雷编著ARM体系结构与编程体系结构与编程》嵌入式系统设计与实例开发—ARM ARM与C/OS3、《嵌入式系统设计与实例开发ARM与μC/OS-Ⅱ》清华大学出版社王田苗、魏洪兴编著清华大学出版社王田苗、ARM嵌入式微处理器体系结构嵌入式微处理器体系结构》4、《ARM嵌入式微处理器体系结构》北航出版社、马忠梅等著. 北航出版社、马忠梅等著. 张石．ARM嵌入式系统教程嵌入式系统教程》5、张石．《ARM嵌入式系统教程》．机械工业出版2008年社．2008年9月 1 课程内容 绪论：绪论： 1）学习嵌入式系统的意义2）高校人才嵌入式培养情况嵌入式系统设计（实验课）3）嵌入式系统设计（实验课）内容安排 第1章嵌入式系统概况 1.1 嵌入式系统的定义1.2 嵌入式系统的应用领域及发展趋势1.3 嵌入式系统组成简介 第2章嵌入式系统的基本知识 2.1 2.2 2.3 嵌入式系统的硬件基础嵌入式系统的软件基础ARM微处理器的指令系统和程序设计ARM微处理器的指令系统和程序设计 2 第3章 3.1 3.2 3.3 基于ARM架构的嵌入式微处理器基于ARM架构的嵌入式微处理器ARM 概述嵌入式微处理器的组成常用的三种ARM ARM微处理器介绍常用的三种ARM 微处理器介绍 第4章 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 嵌入式系统设计 概述嵌入式系统的硬件设计嵌入式系统接口设计嵌入式系统人机交互设备接口嵌入式系统的总线接口和网络接口设计嵌入式系统中常用的无线通信技术 3 第5章嵌入式系统开发环境与相关开发技术 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 6.1 6.2 6.3 6.4 概述嵌入式系统的开发工具嵌入式系统调试技术嵌入式系统开发经验嵌入式系统的Bootloader Bootloader技术嵌入式系统的Bootloader技术μC/OS-II操作系统概述C/OS-II操作系统概述ADS开发环境ARM ADS开发环境C/OS-II操作系统在ARM系统中的移植操作系统在ARM μC/OS-II操作系统在ARM系统 实验名称： 姓名： 学号： 装 订 线 P.1 实验报告 课程名称： 嵌入式系统设计 指导老师：马永昌 成绩：________________ 实验名称：综合实验一dht11和人体感应传感器 实验类型：验证型 同组学生姓名：孙凡原 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的和要求 1.掌握字符设备驱动程序的基本结构和开发方法 2.掌握用户空间调用设备驱动的方法 3.掌握用户和内核的交互 二、实验内容和原理 1.编写温湿度传感器DHT11驱动，传输打印温湿度信息 2.编写人体感应传感器驱动，控制LED 灯亮灭 原理： 温湿度传感器DHT11： 1.引脚图 实际使用传感器没有NC 引脚 2.数据采集 a.数据总时序 用户主机发送一次开始信号后，DHT11 从低功耗模式转换到高速模式，待主机开始信号结束后，DHT11 发 专业：测控技术与仪器 姓名：颜睿 学号：3130103850 日期：2018.4.28 地点：创客空间 装订线送响应信号，送出40bit 的数据，幵触发一次信采集。 b.主机发送起始信号 连接DHT11的DATA引脚的I/O口输出低电平，且低电平保持时间不能小于18ms，然后等待DHT11 作出应答信号。 c.检测从机应答信号 DHT11 的DATA 引脚检测到外部信号有低电平时，等待外部信号低电平结束，延迟后DHT11 的DATA引脚处于输出状态，输出80 微秒的低电平作为应答信号，紧接着输出80 微秒的高电平通知外设准备接收数据。 d.接收数据 （1）数据判定规则 位数据“0”的格式为：50 微秒的低电平和26-28 微秒的高电平，位数据“1”的格式为：50 微秒的低电平加70微秒的高电平。 接收数据时可以先等待低电平过去，即等待数据线拉高，再延时60us，因为60us大于28us且小于70us，再检测此时数据线是否为高，如果为高，则数据判定为1，否则为0。 嵌入式系统设计与应用第六章进程和操作系统（3）西安交通大学电信学院孙宏滨 i n S u n i 'a n J i a o t o n g U i v e r s i t y I n t e r n a l T e a c h i n g U s e O n l y ● 我们该如何评估调度策略？● 能满足所有截止时限 ● CPU 利用率---CPU 执行有用工作所占的时间比例● 调度开销---做调度决策所需的时间 i n S u n i 'a n J i a o t o n g U i v e r s i t y I n t e r n a l T e a c h i n g U s e O n l y ● 分配优先级主要有两种方法：● 静态优先级：在整个执行过程中优先级始终不变● 动态优先级：在执行过程中优先级发生变化 i n S u n i 'a n J i a o t o n g U i v e r s i t y I n t e r n a l T e a c h i n g U s e O n l y ● 单调速率调度（Rate-Monotonic Scheduling, RMS ）：首先为实时操作系统开发的调度策略之一，直至现在仍然被广泛使用。● RMS 属于静态调度策略。事实证明，固定优 先级的做法在许多情况下都足以有效地调度进程。● RMS 的理论基础是单调速率分析（Rate Monotonic Analysis, RMA ）。i n S u n i 'a n J i a o t o n g U i v e r s i t y I n t e r n a l T e a c h i n g U s e O n l y 2020年嵌入式系统设计师考试大纲内容 一、考试说明 1、考试目标 通过本考试的合格人员能根据项目管理和工程技术的实际要求，按照系统总体设计规格进行软、硬件实际，编写系统开发规格说明书等相应的文档；组织和指导嵌入式系统靠法实施人员实施硬件电路、编写和调试程序，并对嵌入式系统硬件设备和程序进行优化和集成测试，开发出符合系统总体设计要求的高质量嵌入式系统；具有工程师的实际工作能力和业务水平。 2、考试要求： （1）掌握科学基础知识； （2）掌握嵌入式系统的硬件、软件知识； （3）掌握嵌入式系统分析的方法； （4）掌握嵌入式系统设计与开发的方法及步骤； （5）掌握嵌入式系统实施的方法； （6）掌握嵌入式系统运行维护知识； （7）了解信息化基础知识、信息技术引用的基础知识； （8）了解信息技术标准、安全，以及有关法律的基本知识；（9）了解嵌入式技术发展趋势； （10）正确阅读和理解计算机及嵌入式领域的英文资料。 3、考试科目 （1）嵌入式系统基础知识，考试时间为150分钟，笔试，选择题；（2）嵌入式系统应用技术（案例分析），考试时间为150分钟，笔试，问答题。 二、考试范围 考试科目1：嵌入式系统基础知识 1.计算机科学基础 1.1数制及转换 ·二进制、八进制、十进制和十六进制等常用数制及其相互转换 1.2数据的表示 ·数的机内表示（原码、反码、补码、移码，定点和浮点，精度和溢出） ·字符、汉字、声音、图像的编码方式 ·校验方法和校验码（奇偶验码、海明校验码、循环校验码） 1.3算术和逻辑运算 ·计算机中的二进制数运算方法 ·逻辑代数的基本运算和逻辑表达式的化简 1.4计算机系统结构和重要部件的基本工作原理 ·CPU和存储器的组成、性能、基本工作原理 ·常用I/O设备、通信设备的性能，以及基本工作原理 ·I/O接口的功能、类型和特点 ·虚拟存储存储基本工作原理，多级存储体系 实验报告 课程名称： 嵌入式系统设计 指导老师：马永昌 成绩：________________ 实验名称：实验四C 语言裸机编程 实验类型：验证型 同组学生姓名：__孙凡原_______ 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的和要求 ? 初步了解C 运行库 ? 初步了解gcc arm 常用编译选项 ? 了解ARM 中断处理过程 二、实验内容和原理 ? 编写C 裸机代码实现跑马灯，通过控制Timer 中断实现 ? 通过控制uart 串口进行调试打印 三、主要仪器设备 树莓派、PC 机 四、操作方法和实验步骤 1 通过定时器产生中断，控制gpio ，实现跑马灯 2 控制uart 控制器，产生调试打印。 五、实验数据记录和处理 1.主程序arm.c 注释 //包含头文件 #include 嵌入式系统设计复习 题型： 1、填空，15分左右 2、选择，30分左右 3、简答题40分左右 4、综述15分左右 第一章嵌入式系统概述 提纲： 1、掌握嵌入式系统的定义 2、了解嵌入式系统的一般组成 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 （嵌入式系统一般由嵌入式计算机和执行部件组成。其中嵌入式计算机是整个嵌入式系统的核心，主要包括硬件层、中间层、系统软件层以及应用软件层） 知识点： 1、嵌入式系统的定义与特点 定义：是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统 特点：软件硬件可裁剪 ①专用性：嵌入式系统具有特定的功能,用于特定的任务； ②低成本：嵌入式系统极其关注成本； ③低功耗：嵌入式系统大都有功耗的要求； ④高实时性OS； ⑤嵌入式系统的运行环境广泛； ⑥嵌入式系统的软件通常要求固态化存储； ⑦嵌入式系统的软件、硬件可靠性要求更高； 2.RISC指令系统的特点 答：指令系统：RISC设计者把上要精力放在那些经常使用的指令上，尽量使它们具有简单高效的特色。对不常用的功能，常通过组合指令来实现。因此，在RISC机器上实现特殊功能时，效率可能较低。但可以利用流水技术和超标量技术加以改进和弥补。 存储器操作：RISC对存储器操作有限制，使控制简单化 程序：RISC汇编语言程序一般需要较大的内存空间，实现特殊功能时程序复杂，不易设计 中断：RISC机器在一条指令执行的适当地方可以响应中断 CPU：由于RISC CPU包含少的单元电路，因而面积小、功耗低 设计周期：RISC微处理器结构简单，布局紧凑，设计周期短，且易于采用最新技术易用性：RISC微处理器结构简单，指令规整，性能容易把握，易学易用 应用范围：由于RISC指令系统的确定与特定的应用领域有关，所以RISC机器更适合于嵌入式应用 3、嵌入式系统由硬件与软件组成，其中软件的组成 答：由实时多任务操作系统、文件系统、图形用户界面接口、网络系统及通用组件模块组成 4、嵌入式系统的运行可靠性指标 XX邮电大学研究生堂下考试答卷 考试科目嵌入式系统开发技术 一、【实验题目】 实验题目：QT程序设计之数码管 二、【实验目的】 实验目的： 1、学会开发板的挂载； 2、掌握数码管驱动程序的编写方法； 3、熟练并掌握QT程序设计的控制界面设计方法； 4、学会对QT应用程序进行条件编译和下载； 5、通过QT应用程序，可操控数码管进行加1计数或者 减1计数。 三、【实验步骤】 1、先进行开发板的挂载： ①安装交叉编译器：将压缩包cross-4.2.2-eabi.tar.bz2解压 到/usr/local/arm目录下即可。 ②编译UBOOT：将压缩包uboot1.1.6_FORLINX_6410.tgz 解压到/forlinux目录下，并用make smdk6410_config进行配置,然后用make编译。 ③编译Linux-2.6.28: 将压缩包 linux2.6.28_FORLINX_6410.tgz解压到/forlinux录下，用make menuconfig命令，依次进入Device Drivers->Graphics support->Support for frame buffer drivers->Select LED Type目录下，选择液晶屏类型，分辨率为640×480。按Esc推出并保存。然后用make zImage命令编译内核。 ④在电脑上查看设备端口号，并用超级终端建立连接。在ubuntu上配置IP地址为172.24.58.11并重启开发板，在超级终端界面中快速按下空格键，输入setenv bootargs"root=/dev/nfsnfsroot=172.24.58.11:/forlinux/root ip= 172.24.58.22:172.24.58.11:172.24.58.1:255.255.255.0::eth 0:console=ttySAC0,115200"后按下回车，并输入saveenv 保存配置。 ⑤重启开发板，超级终端界面显示如下即挂载成功 短学期实验报告 （单片机系统设计） 题目： 专业： 指导教师： 学生姓名： 学号： 完成时间： 成绩： 基于单片机的交流电压表设计 目录 1系统的设计要求 (2) 2系统的硬件要求 (2) 2.1真有效值转换电路的分析 (2) 2.2放大电路的设计 (3) 2.3A/D转换电路的设计 (3) 2.4单片机电路的分析 (4) 2.5显示电路 (4) 3 软件设计 (5) 3.1 软件的总流程图 (5) 3.2 初始化定义与定时器初始化流程图 (5) 3.3 A/D转换流程图 (6) 3.4 数据处理流程图 (6) 3.5 数据显示流程图 (7) 4 调试 (7) 4.1 调试准备 (7) 4.2 关键点调试 (7) 4.3 测试结果 (8) 4.4 误差分析 (8) 5结束语 (8) 5.1 总结 (9) 5.2 展望 (9) 附录1 总原理图 (10) 附录2 程序 (10) 附录3 实物图 (14) 基于单片机的交流电压表设计 ****学院 ****专业 姓名 指导老师：******* 1 设计要求 （1）运用单片机实现真有效值的检测和显示。 （2）数据采集使用中断方式，显示内容为有效值与峰值交替进行。 2 硬件设计 本系统是完成一个真有效值的测量和显示，利用AD737将交流电转换成交流电压的有效值，用ADC0804实现模数转换，再通过单片机用数码管来显示。系统原理框图如图2-1所示。系统框图由真有效值转换电路、放大电路、A/D 转换电路、单片机电路、数码管显示电路五部分。 图2-1 原理框图 2.1 真有效值转换电路 真有效值转换电路主要是利用AD737芯片来实现真有效值直流变换的，即将输入的交流信号转换成直流信号的有效值，其原理图如图2-2所示。 图2-2 真有效值转换电路 由于AD737最大输入电压为200mV, 所以需要接两个二极管来限制输入电压，起到限幅的作用。如图中D1、D2，由IN4148构成，电容C6是耦合电容，电阻R1是限流电阻。 2.2 放大电路设计 放大电路主要是利用运放uA741来进行放大，电路原理图如图2-3所示。 A/D 转换 单片机 电路 显示 电路 转换 电路 交流 信号 放大 电路 三级嵌入式系统开发技术-4 (总分：100.00，做题时间：90分钟) 一、选择题(总题数：50，分数：100.00) 1.与通用计算机(如PC)相比，嵌入式系统具有许多不同之处。下面不属于嵌入式系统特点的是______。（分数： 2.00） A.嵌入式系统与具体应用紧密结合，具有很强的专用性 B.嵌入式系统大多面向控制应用，可靠性十分重要 C.应用于过程控制、数据采集、通信传输等领域的嵌入式系统对实时性有一定要求 D.用户可以方便地对嵌入式系统的软件进行修改、升级和扩充√ 解析： 2.下面是关于嵌入式系统CPU的叙述，其中错误的是______。 （分数：2.00） A.嵌入式系统中目前仍大量使用8位和16位的CPU B.使用32位CPU是嵌入式系统技术发展的主流 C.数字信号处理器不能用作嵌入式系统的CPU √ D.嵌入式系统CPU大多能支持实时处理并具有低功耗特性 解析： 3.微控制器是嵌入式处理芯片的一个重要品种，下面有关叙述中正确的是______。 （分数：2.00） A.微控制器将CPU、存储器、I/O控制电路等全部集成在一块IC芯片中 B.微控制器的品种多，应用面广，是嵌入式处理芯片中历史最长的一个品种 C.4位和8位的MCU目前已很少使用，接近淘汰√ D.当前大多数32位MCU产品中都使用ARM处理器内核 解析： 4.片上系统也称为系统级芯片，它是嵌入式处理芯片的一个重要品种，下列叙述中错误的是______。 （分数：2.00） A.片上系统的英文原文是System On Chip，其缩写为SOC或SoC B.它是集成电路加工工艺进入到深亚微米时代的产物 C.片上系统实现了使用单个芯片进行数据的采集、转换、存储、处理和I/O等多种功能 D.片上系统能把除了模拟电路之外的各种电路都集成在单个芯片上√ 解析： 5.下列有关汉字编码标准的叙述中，错误的是______。 （分数：2.00） A.GB2312国标字符集仅包含6000多个汉字，许多情况下已不够使用 B.GB18030编码标准与Unicode编码标准完全兼容√ C.Unicode字符集包含的汉字超过2万个，既包括简体汉字，也包括繁体汉字 D.GB18030汉字编码标准与GB2312保持向下兼容 解析： 6.一幅1024×768的彩色图像，其数据量在2.25MB左右，若图像数据没有经过压缩处理，则图像中每像素是使用______二进制位表示的。 （分数：2.00） A.8位 B.16位 C.24位√ D.32位 解析： 嵌入式系统设计性实验报告 水温控制系统 院别：控制工程学院 专业：自动 学号：5090633 姓名：邱飒飒 指导老师：孙文义 2012年6月8日 嵌入式系统设计性实验报告 作者：邱飒飒班级：50906 学号：5090633 摘要：在工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。其中，温度控制也越来越重要。在工业生产的很多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用单片机对温度进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而大大的提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是工业生产中经常会遇到的控制问题.该实验设计基于飞思卡尔MC9S12DG128开发板平台，根据实验任务要求，完成了基于单片机的水温自动控制系统的设计该实验设计基于飞思卡尔MC9S12DG128开发板平台，根据实验任务要求，完成了水温自动控制系统的设计。 关键字：水温控制单片机MC9S12DG128 一、系统设计的功能 1.1 水温控制系统设计任务和要求 该系统为一实验系统，系统设计任务： 设计并制作一个水温自动控制系统，控制对象为1升净水，容器为搪瓷器皿。 水温可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动控制，以保持设定的温度基本不变。同时满足以下要求： （1）温度设定范围为40～90℃，最小区分度为1℃，标定温度≤1℃。 （2）环境温度降低时（例如用电风扇降温）温度控制的静态误差≤1℃。 （3）用十进制数码管显示水的实际温度保留一位小数。 （4）采用适当的控制方法（如数字PID），当设定温度突变（由40℃提高到60℃）时，减小系统的调节时间和超调量。 （5）温度控制的静态误差≤0.2℃。 （6）从串口输出水温随时间变化的数值。 1.2 水温控制系统部分 水温控制系统是一个过程控制系统，组成框图如下所示，有控制器、执行器、被控对象及其反馈作用的测量变送组成。 图1 控制系统框图 1.3 系统总体功能分析 本系统是一个简单的单回路控制系统，为了实现温度的测量及自动控制，根据任务要求及要求，系统由单片机系统，前向通道，后向通道，及人机通话四个模块构成。总体框图如图2 所示。嵌入式系统及应用 实验大纲
嵌入式系统设计与应用
《嵌入式系统开发技术》设计报告
嵌入式软件开发流程图
嵌入式系统实验报告
嵌入式系统设计与应用复习资料.docx
三级嵌入式系统开发技术-5 (1)
嵌入式Linux应用软件开发流程
南邮嵌入式系统B实验报告2016年度-2017年度-2
(完整word版)嵌入式系统设计与应用
嵌入式系统综合实验一
嵌入式系统设计与应用-西安交通大学教师个人主页
2020年嵌入式系统设计师考试大纲内容
嵌入式系统设计实验四
江苏科技大学通信专业嵌入式系统设计及应用_复习大纲
嵌入式系统开发技术
《单片机系统设计》实验报告
三级嵌入式系统开发技术-4 (1)
嵌入式系统设计性实验报告
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