嵌入式硬件设计必备基础知识.doc

### 嵌入式硬件设计必备基础知识 #### 一、嵌入式计算机体系结构 **计算机的功能与体系结构** 计算机的主要任务取决于它被设计来执行的任务。这些任务决定了计算机的体系结构、存储器类型和输入输出（I/O）机制。根据功能的不同，计算机可以分为两大类： 1. **台式计算机**：这类计算机拥有大量的主内存，以支持操作系统、应用程序和数据存储，通常配备有大容量的存储设备（如硬盘、DVD/CD-ROM等），以及各种I/O设备（键盘、鼠标、显示器、网络接口等）。 2. **嵌入式计算机**：这类计算机通常集成到其他系统中，用于控制和监控目的，如洗衣机、电视机、遥控器等。它们可能具有较小的内存和简单的I/O接口，专注于执行特定的任务。 **高性能嵌入式系统与台式计算机的相似性** 许多高性能嵌入式系统在硬件层面上与常规台式计算机非常相似，例如它们可能需要网络接口、大容量内存和高速处理器。然而，小型嵌入式系统通常使用微控制器作为主要处理器，这样可以将计算机的基本功能整合到一个芯片上。 #### 二、微控制器及其特性 **微控制器的基本构成** 微控制器至少包含以下部分： - **中央处理器（CPU）** - **内部存储器（ROM和/或RAM）** - **I/O子系统模块**：这些模块提供了额外的功能，常见的包括数字I/O、模拟输入、串行接口等。 **数字I/O** 数字I/O是最常见的I/O类型之一，可以通过软件配置为数字输入或输出。作为数字输入，它们可以用来读取开关或按钮的状态；作为数字输出，它们可以控制外部设备的工作状态。 **模拟输入** 许多微控制器还包含模拟输入，可以用于采集传感器数据，如光强度、温度、湿度等。这些输入可以用于监控环境条件或设备状态。 **串行接口** 微控制器还可能包含串行接口，如SPI（串行外设接口）和I2C（Inter-Integrated Circuit Bus），这些接口可以用于扩展微控制器的功能，连接外部设备，如外部存储器、时钟/日历芯片等。 **计时器和计数器** 大多数微控制器都包含计时器和计数器，用于在固定的时间间隔产生中断或对外部触发信号进行计数。 **总线接口** 一些更高级的微控制器还提供总线接口，使处理器能够与大量可能的外部设备进行通信。这极大地增强了微控制器的功能性和灵活性。 #### 三、微控制器的选择与应用场景 **不同类型的微控制器** 不同的微控制器根据其I/O子系统的组合而有所不同。例如，有些微控制器可能仅包含数字I/O，适用于简单的数控应用；而另一些则可能具备数字I/O、模拟输入、电机控制和网络连接等功能，更适合于复杂的工业应用。 **选择合适的微控制器** 选择合适的微控制器需要考虑处理能力和接口需求。市场上有数千种不同类型的微控制器可供选择，因此需要仔细评估具体的应用场景和技术要求，以确定最适合的型号。 #### 四、示例分析 **S3C4510B微控制器** 文章提到将使用三星公司的S3C4510B微控制器作为示例进行讲解。这款微控制器基于ARM7TDMI核心，是一种广泛应用的微控制器。通过具体案例研究，可以深入理解基于该微控制器的电路设计和程序设计方法。 **总结** 嵌入式硬件设计涉及到多种技术和概念，从基本的微控制器架构到高级的接口设计，都需要细致的理解和实践。通过学习和掌握这些基础知识点，开发者可以更好地设计出高效且可靠的嵌入式系统。