2020年 05月 17日 星期日
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来源:未知     作者:威廉希尔     发布时间:2020-05-17 12:01         

  单片机嵌入式系统及其应用 作者; 摘要 本次设计提出了用 AT89C51 单片机为核心控制元件,设计一个简易的电子琴. 本 方案以 AT89C51 单片机作为主控核心,与键盘、扬声器等模块组成核心主控制模 块在主控模块上设有 16 个按键和扬声器.根据使用者的操作随意弹奏想要表达 的音乐。 一首音乐是许多不同的音阶组成的,而每个音阶对应着不同的频率,这样我们就 可以利用不同的频率的组合, 即可构成我们所想要的音乐了,当然对于单片机来 产生不同的频率非常方便, 我们可以利用单片机的定时/计数器 T0 来产生这样方 波频率信号,因此,我们只要把一首歌曲的音阶对应频率关系弄正确即可。 The design of the AT89C51 used as the core control components, Design of a flower. The program to AT89C51 as controlling core, and the keyboard loudspeakers core modules in the main control module on the main control module has 16 keys and speakers. According to users of the parade want to play for free expression in music. Music is one of many components of different scales, each scale corresponds to different frequencies, This way we can use a different frequency combinations, which may constitute what we want music, Of course microcontroller to generate different frequencies very convenient, We can use SCM timer / counter T0 to create square wave frequency signals, therefore, As long as we put a song of the tune the frequency response relationship can get correct. 关键词:单片机、按键、扬声器、音阶、 Keywords : microcontroller, buttons, speakers, chromatic. 一、嵌入式系统的定义 嵌入式系统可以定义为:“以应用为中心,以计算机技术为基础,软硬件可裁 剪,适应特定应用系统,并对功能、可靠性、成本、体积、功耗等指标严格要 求的专用计算机系统”。具体系统得讲嵌入式系统是面向用户、面向产品、面 向应用的,它必须与具体应用相结合才会具有生命力和竞争力。并且它是将先 进的计算机技术、半导体技术和电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产 物。还有 其必须根据应用需求对软硬件进行裁剪,满足应用系统的功能、可靠 性、成本、体积等要求。 二、嵌入式系统的基本特征 这些年来随着芯片技术的发展和应用的需要,使得单个芯片具有更强的处理能 力,甚至使集成多种接口成为可能。随着对产品可靠性、成本、更新换代要求 的提高,使得嵌入式系统逐渐从纯硬件实现和使用通用计算机实现的应用中脱 颖而出,成为近年来令人关注的焦点。嵌入式系统与通用计算机系统相比,它 具有以下 6 个显著特征: 1、内核小与多样性 系统内核小。由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置的,系统资源相对有 限,所以内核较之传统的操作系统要小得多。从而嵌入式系统的应用呈多种多 样,已经广泛应用到社会的各个领域,如信息家、工业控制、通信和智能终端。 嵌入式设备的类型也日趋多样化,有多种处理器和外围设备的支持。目前,嵌 入式系统可采用上千种嵌入式处理器和几十种微处理器体系结构,较为流行的 体系结构包括 ARM,x86,MIPS,SHx 等。 2、专用性高与结构紧凑 嵌入式系统很多是面向特定应用的,如实时控制、低功耗管理、可靠安全控制 等。他们用途比较固定,功耗和软硬件配置也有明显的约束,并且通常情况下 需要注意系统的成本。嵌入式系统的成本,包括一次性开发成本和每个产品的 成本,他们是嵌入式产品参与市场竞争的关键因素之一。 3、更健壮更可靠 嵌入式系统工作在很多不同的复杂情况下,对于系统的健壮性和可靠性往往有 较高的要求。通常情况下,嵌入式系统都应该具有出错处理和自动复位功能。 目前主要有两种机制来系统的可靠性,一是硬件机制,如硬件中的看门狗 定时器,它可以在软件失去控制后使系统重新开始正常运行;二是软件机制, 如内存和重启机制等。为了提高系统的可靠性,嵌入式系统中往往采用固 态化存储,软件一般固化在存储器芯片中,而不是存贮于磁盘等载体中。 三、嵌入式系统的分类 从硬件方面来讲,各式各样的嵌入式处理器是嵌入式系统硬件中的最核心的部 分 目前嵌入式处理器速度越来越快,性能越来越强,价格也越来越低,根据嵌 入式系统的硬件复杂程度,可以将嵌入式系统分为以下四类: 1、单个微处理器 这类系统可以在小型设备中(如温度传感器、烟雾和气体探测器及断器)找 到。这类设备是供应商根据设备的用途来设计的。这类设备受 Y2K 影响的可能 性不大。 2、不带计时功能的微处理器装置 这类系统可在过程控制、信号放大器、传感器及阀门传动器等中找到。这 类设备也不太可能受到 Y2K 的影响。但是,如果它依赖于一个内部操作时钟, 那么这个时钟可能受 Y2K 问题的影响。 3、带计时功能的组件 这类系统可见于开关装置、控制器、电话交换机、电梯、数据采集系统、医药 系统、诊断及实时控制系统等。它们是一个大系统的局部组件,由它们的 传感器收集数据并传递给该系统。这种组体可同 PC 机一起操作,并可包括某 种数据库(如事件数据库) 。 四、嵌入式系统的广泛应用 嵌入式系统具有非常广阔的应用领域,是现代计算机技术传统产业,提升 多领域技术水平的有力工具。嵌入式系统无处不在。其主要应用领域包括智能 产品(智能仪表、智能和信息家电)、工业自动化(机器人、测控装置、传感 器网络、数控机床、数据采集与处理)、办公自动化(通用计算机中的智能接 口)、电网安全、电网设备检测、石油化工、商业应用(电子秤,POS 机,条 码识别机)、安全防范(防火、防盗、防泄漏等报警系统)、网络通信(由 器、网关、手机、PDA 、无线传感器网络)、汽车电子与航空航天(汽车防盗 报警器、汽车和飞行器黑匣子)以及军事等各个领域。嵌入式系统在很多产业 中得到了广泛的应用并逐步改变着这些产业,包括工业自动化、国防、运输和 航空航天领域。神舟飞船和长征系列火箭系统中就有很多嵌入式系统,导弹的 制导系统也有嵌入式系统,高档汽车中的汽车电子也有很多达几十个嵌入式系 统。在日常生活中,我们使用到各种嵌入式系统,几乎所有带有一点“智能” 的家电,例如全自动洗衣机和电脑电饭煲等都使用嵌入式系统,嵌入式系统具 有广泛的适应能力和多样性。 五、嵌入式系统的发展历程与展望 纵观嵌入式系统的发展历程,我们可以看出来,是近几年才开始真正风靡起来 的,但事实上嵌入式这个概念却很早就已经存在了。从 20 世纪 70 年代单片机 的出现到今天各种嵌入式微处理器、微控制器的广泛应用,嵌入式系统少说也 有近 30 年的历史,所以嵌入式系统大致经历了以下 3 个阶段。 1、无操作系统阶段 这一阶段的嵌入式系统,具有系统结构和功能相对单一,处理效率较低,存储 容量较小,几乎没有用户接口的特点。正由于这种嵌入式系统使用简便,价格 低廉,因而曾经在工业控制领域中得到了非常广泛的应用,但却无法满足现今 对执行效率、存储容量都有较高要求的信息家电等应用的需要。 2、实时操作系统阶段 经历了以上两个发展阶段, 嵌入式系统的操作系统的实时性得到了很大改善,已 经能够运行在各种不同类型的微处理器上,具有高度的模块化和扩展性。此时的 嵌入式操作系统已经具有了文件和目录管理、设备管理、多任务、网络、图形用 户界面(GUI )等功能,并提供了大量的应用程序接口(API ), 从而使得应用 软件的开发变得更加简单。展望嵌入式系统的发展道,在信息时代,数字时代 的到来,嵌入式产品获得了巨大的发展力量,为嵌入式市场展现了美好的前景, 同时也对嵌入式生产厂商提出了新的挑战, 我们可以看出未来嵌入式系统的几大 发展趋势: 1)软硬件密切协同发展 嵌入式开发是一项系统工程, 它要求嵌入式系统厂商不仅要提供嵌入式软硬件系 统本身,同时还需要提供强大的硬件开发工具和软件包支持。 目前很多厂商在 主推系统的同时,将开发也作为重点推广。当然,这也是市场竞争的结果。 2)功能更加强大,结构更加复杂 网络化、信息化的要求随着 Internet 的成熟、带宽的提高日益提高,使以往功 能单一的设备如电话、手机、冰箱、微波炉等功能更加完善,结构更加复杂。 加 强采用更强大的嵌入式处理器或信号处理器处理能力,同时增加功能接口,扩展 总线类型,加强对多、图形等的处理。大多数软件将采用实时多任务编程技 术和交叉开发工具技术来控制功能复杂性,简化应用程序设计、保障软件质量和 缩短开发周期。 3)网络互联共享成为亮点 将来的嵌入式设备为了适应网络发展的要求, 必然要求硬件上提供各种网络通信 接口。 传统的单片机对于网络支持不足,而新一代的嵌入式处理器已经开始内嵌 网络接口,除了支持 TCP /IP 协议,还有的支持 IEEE1394、USB 、CAN 、 Bluetooth 或 IrDA 通信接口中的一种或者几种,同时将提供相应的通信组网协 议软件和物理层驱动软件。软件方面,系统内核支持网络模块,甚至可以在设备 上嵌入 Web 浏览器,真正实现随时随地用各种设备上网。 参考文献 [1] 英. 嵌入式系统原理与设计. :高等教育出版社, 2007 [2] 石秀民,魏洪兴. 嵌入式系统原理与应用. :航空航天大学出版社, 2007 [3] 彭舰,陈良银, 嵌入式系统设计. 重庆:重庆大学出版社, 2008 [4] 马维华. 嵌入式系统原理. :邮电大学出版社, 2006 [5] 邓中亮,段大高,崔岩松. 嵌入式系统设计. :邮电大学出版社, 2008 [6] 方尔正,王燕. 嵌入式技术及其应用. :工业大学出版社, 2008 [7]陈海宴.51 单片机原理及应用[M].航空航天大学出版社,2010. [8]刘守义等.单片机技术基础[M].西安电子科技大学出版社,2007. [9] Yeager BrentHow to troubleshoot your electronic scale.1995. [10]V.Yu.Teplov,A.V.AnisimovModules Based on the Peltier Effect[J].2002. 选修课论文 课程名称: 嵌入式单片机开发基础入门 开课学期: 单片机嵌入式系统及其应用 专业: 班级: 学生姓名: 日期: 年 学号: 月 日 论文题目: 总成绩 教师

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