嵌入式系统开发板和单片机的相关介绍-苏州安嘉

本文主要是关于开发板和单片机的相关介绍,并着重对开发板和单片机进行了详尽的阐述。在一般的嵌入式系统开发过程中,硬件一般被分成两个平台,一个是开发平台(host),一个是目标平台(target)即开发板。开发板和单片机的区别关于开发板和单片机的相关介绍就到这了,如有不足之处欢迎指正。

开发板

开发板(demoboard)是用于嵌入式系统开发的电路板,包括中央处理器、存储器、输入设备、输出设备、数据路径/总线以及外部资源接口等一系列硬件组件。 开发板一般由嵌入式系统开发商根据开发需要定制,也可以由用户自行研究设计。 该开发板供初学者了解和学习系统的软硬件。 同时,有些开发板还提供基本的集成开发环境、软件源码和硬件原理图。 常见的开发板有51、ARM、FPGA、DSP开发板。

开发板(demoboard)是用于嵌入式系统开发的电路板,包括中央处理器、存储器、输入设备、输出设备、数据路径/总线以及外部资源接口等一系列硬件组件。 在一般的嵌入式系统开发过程中,硬件一般分为两个平台,一是开发平台(host),二是目标平台(target),也就是开发板。 这里所说的开发平台是指使用计算机通过传输接口连接到目标平台,例如串口(RS-232)、USB、并口或网络(以太网)。 开发板一般由嵌入式系统开发商根据开发需要定制,也可以由用户自行研究设计。 该开发板供初学者了解和学习系统的软硬件。 同时,有些开发板还提供基本的集成开发环境、软件源码和硬件原理图。 常见的开发板有51、ARM、FPGA、DSP开发板。

开发板分类

微控制器

1)51系列单片机

51 目前微控制器的类型有很多种。 8031/8051/8751是Intel的早期产品,而ATMEL的AT89C51和AT89S52更实用。 ATMEL的51系列还包括AT89C2051、AT89C1051等品种。 这些芯片是 AT89C51 的精简版本,去掉了一些功能。 目前市场上供应充足的芯片有ATMEL的51和52芯片,HYUNDAI的GMS97系列,WINBOND的78e52、78e58、77e58等。

2)PIC系列单片机

PIC单片机在全球随处可见,广泛应用于从计算机外设、家电控制、电信、智能仪表、汽车电子到金融电子等各个领域。 PIC系列单片机又分为:基础级系列,如PIC16C5X,适用于各种对成本要求严格的家用电器; 中间系列,如PIC12C6XX,具有高性能,如内部A/D转换器、E2PROM数据存储器、比较器输出、PWM输出、I2C和SPI接口; PIC中级系列产品适用于各种高、中、低端电子产品的设计。 高级系列如PIC17CXX,具有丰富的I/O控制功能,可外接EPROM和RAM,适合在高中档电子设备中使用。

3)AVR系列单片机

AVR单片机是ATMEL于1997年开发的一款增强型RISC(ReducedInstruction SetCPU)精简指令集内置Flash的高速8位单片机。AVR的单片机可广泛应用于计算机周边设备、工业现实等各个领域。 -时间控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器。

4)ARM开发板

ARM开发板是ARM内核芯片的嵌入式开发版本,包括三个系列的内核:ARM7、ARM9、ARM11、Cortex-M、Cortex-A、Cortex-R。 主要特点是速度快,库文档统一,方便开发。 目前包括ATMEL、NXP、ST、Freescale等芯片都推出了基于ARM内核的芯片及相应的开发板。

可编程逻辑器件/现场可编程门阵列

CPLD(Complex Programmable Logic Device)复杂可编程逻辑器件是由PAL和GAL器件发展而来的器件。 它规模比较大,结构复杂,属于大规模集成电路的范围。 它是一种数字集成电路,允许用户根据自己的需要构造逻辑功能。 基本设计方法是利用集成开发软件平台,利用原理图、硬件描述语言等方法生成相应的目标文件,然后通过下载线将代码传输到目标芯片(“在系统”编程) )来实现所设计的数字系统。 。

现在很多公司都开发出了CPLD可编程逻辑器件。 比较典型的是全球最权威的三大公司Altera、Lattice、Xilinx的产品。 以下是常用芯片:Altera EPM7128S (PLCC84)、Lattice LC4128V (TQFP100)、Xilinx XC95108 (PLCC84)

FPGA是英文Field-Programmable Gate Array的缩写,即现场可编程门阵列。 它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展起来的产品。 它作为专用集成电路(ASIC)领域的半定制电路出现,不仅解决了定制电路的缺点,而且克服了原有可编程器件中门数有限的缺点。

目前FPGA的品种很多,包括XILINX的XC系列、TI的TPC系列、ALTERA的FIEX系列等。

数字信号处理器

DSP(数字信号处理器)是一种独特的微处理器,它使用数字信号来处理大量信息。 其工作原理是接收模拟信号,将其转换为0或1的数字信号,然后对数字信号进行修改、删除、增强,并在其他系统芯片中将数字数据解释回模拟数据或实际环境格式。 它不仅具有可编程性,而且其实时运行速度可以达到每秒数千万个复杂指令程序,远远超过通用微处理器。 它是数字电子世界中日益重要的计算机芯片。 其强大的数据处理能力和高运行速度是其最值得称道的两个特点。

目前主流的DSP芯片主要有TI公司的TI 2000系列、TI 5000系列、TI6000系列和ADI公司的ADI DSP系列。

手臂

ARM是Advanced RISCMachines的缩写,是一类微处理器的总称。 ARM也是微处理器行业的知名公司,设计了大量高性能、廉价、低能耗的RISC处理器、相关技术和软件。 该技术具有高性能、低成本、节能等特点。 适用于多种领域,如嵌入式控制、消费/教育多媒体、DSP 和移动应用。

目前ARM主流分为以下几类:

适用于 Game Boy Advance、Nintendo DS、iPod 的 ARM7TDMI

ARM9TDMI犰狳、GP32、GP2X(第一核)、Tapwave Zodiac(摩托罗莱.MX1); GP2X(第二核)

ARM9E Nintendo DS、NokiaN-GageConexant 802.11 芯片; 意法半导体 STR91xF,

ARM11 诺基亚 N93、Zune、诺基亚 N800、诺基亚 E72

Cortex 德州仪器 OMAP3; Broadcom 是用户; Luminary Micro[3]微控制器系列

米普斯

MIPS是世界上非常流行的RISC处理器。 MIPS 的意思是“没有互锁管道阶段的微处理器”(Microprocessor without interlocked Piped Stages)。 其机制是尽量用软件的方法来避免管道中与数据相关的问题。

MIPS 最初是由斯坦福大学 Hennessy 教授领导的研究小组于 20 世纪 80 年代初开发的。 MIPS的R系列是在此基础上开发的面向RISC工业产品的微处理器。 该系列产品被许多计算机公司用来组成各种工作站和计算机系统。

可以说MIPS是最畅销的RISC CPU。 你随处都可以看到 MIPS 产品在售,例如索尼、任天堂游戏机、思科路由器和 SGI 超级计算机。 与Intel相比,MIPS的授权费用相对较低,被除Intel之外的大多数芯片制造商使用。 之后,MIPS改变策略,开始专注于嵌入式系统,并相继开发了高性能、低功耗的32位处理器核心(核心)MIPS324Kc和高性能64位处理器核心MIPS64 5Kc。 2000年,MIPS公司发布了MIPS32 4Kc和64位MIPS 64 20Kc处理器内核的版本。

MIPS32 4KcTM 处理器是一款高性能、低电压32位MIPS RISC内核,专为使用MIPS技术的片上系统而设计。

MIPS 64 20Kc具有强大的浮点能力,可用于不同的系统,从单处理器Octane工作站到64处理器Origin 2000服务器; 该CPU更适合图形工作站。 MIPS最新的R12000芯片已经应用于SGI的服务器中,目前主频最高可达400MHz。

MIPS K系列微处理器是目前继ARM之后最常用的处理器之一(1999年之前,MIPS是全球最常用的处理器)。 其应用领域涵盖游戏机、路由器、激光打印机、掌上电脑等。 计算机等方面。 除了手机中极小比例的应用外,MIPS在一般数字消费、网络语音、个人娱乐、通信和商业应用市场都取得了非常好的成绩。 其最广泛的应用包括家庭视听电器(包括机顶盒)、网络通讯产品和汽车电子。

个人电脑

PowerPC 是一种精简指令集 (RISC) 架构的中央处理单元 (CPU)。 其基本设计源自IBM(国际商业机器公司)的POWER(Performance Optimized With Enhanced RISC;《IBM Connect Newsletter》2007年8月月号译为“Enhanced RISC Performance Optimization”)架构。 20世纪90年代,IBM(国际商业机器公司)、苹果公司(Apple)和摩托罗拉(Motorola)成功开发了PowerPC芯片,并制造了基于PowerPC的多处理器计算机。 PowerPC架构的特点是具有良好的可扩展性、方便性和灵活性。

PowerPC 处理器具有广泛的实现范围,从 Power4 等高端服务器 CPU 到嵌入式 CPU 市场(任天堂 Gamecube 使用 PowerPC)。 PowerPC处理器因其优异的性能、低能耗、低散热而具有非常强的嵌入式性能。 除了串行和以太网控制器等集成 I/O 之外,该嵌入式处理器与“桌面”CPU 显着不同。 例如,4xx 系列 PowerPC 处理器缺乏浮点运算,并且还使用软件控制的 TLB 进行内存管理,而不是桌面芯片中的倒排页表。

微控制器

微控制器是一种集成电路芯片,采用超大规模集成电路技术,将具有数据处理能力的中央处理器(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、各种I/O端口、中断系统和定时器。 /计数器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路复用器、A/D转换器等电路)集成到一块硅芯片上,形成一个小而完整的微计算机系统。 广泛应用于控制领域。 从20世纪80年代开始,从当时的4位、8位单片机发展到现在的300M高速单片机。

单片机又称单片机,不是完成某种逻辑功能的芯片,而是将计算机系统集成到一块芯片上。 它相当于一台微型计算机。 与计算机相比,微控制器仅缺少 I/O 设备。 简而言之:芯片变成了计算机。 其体积小、重量轻、价格便宜,为学习、应用和开发提供了便利的条件。 同时,学习使用单片机是了解计算机原理和结构的最佳选择。 微控制器的应用领域非常广泛,例如智能仪表、实时工业控制、通讯设备、导航系统、家用电器等,各种产品一旦使用了微控制器,就可以起到产品升级换代的效果。 “智能”这个形容词经常放在产品名称前面,比如智能洗衣机。

基本结构

操作员

算术单元由算术逻辑单元(ALU)、累加器和寄存器组成。 ALU 的功能是对传入的数据执行算术或逻辑运算。 输入源是两个8位数据,分别来自累加器和数据寄存器。 ALU可以完成两个数据的加、减、与、或、比较等运算,最后将结果存入累加器。 例如,将两个数字 6 和 7 相加。 在相加之前,操作数 6 被放入累加器,7 被放入数据寄存器。 当执行加法指令时,ALU 将两个数相加,并将结果 13 存储在累加器中,替换累加器 6 的原始内容。

该运算符有两个功能:

(1) 进行各种算术运算。

(2)执行各种逻辑运算并进行逻辑测试,例如零值测试或两个值的比较。

运算器的所有运算均受控制器发出的控制信号的指挥,算术运算产生运算结果,逻辑运算产生判决。

控制器

控制器由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序发生器和运算控制器组成。 它是发出命令的“决策机构”,即协调和指挥整个微机系统的运行。 其主要功能是:

(1) 从内存中取出一条指令,并指出下一条指令在内存中的位置。

(2)对指令进行译码和测试,并产生相应的操作控制信号,以方便执行指定的动作。

(3)指挥和控制CPU、内存、输入输出设备之间数据流的方向。

微处理器通过内部总线将ALU、计数器、寄存器和控制部分互连,并通过外部总线与外部存储器和输入输出接口电路连接。 外部总线也称为系统总线,分为数据总线DB、地址总线AB和控制总线CB。 通过输入输出接口电路,实现与各种外围设备的连接。

主寄存器

(1) 累加器A

图 1-2 微控制器框图

累加器A是微处理器中最常用的寄存器。 它在算术和逻辑运算中具有双重作用:运算前,用于保存操作数; 运算结束后,用于保存得到的和、差或逻辑运算结果。

(2) 数据寄存器DR

数据寄存器是通过数据总线向存储器和输入/输出设备发送(写入)或检索(读取)数据的临时存储单元。 它可以保存正在解码的指令、发送到内存存储的数据字节等等。

(3)指令寄存器IR和指令译码器ID

指令包括操作码和操作数。

指令寄存器用于保存当前正在执行的指令。 执行指令时,首先将其从内存中取出到数据寄存器中,然后传输到指令寄存器中。 当系统执行给定指令时,必须对操作码进行解码以确定所需的操作。 指令译码器负责这项工作。 其中,指令寄存器中操作码字段的输出是指令译码器的输入。

(4) 程序计数器PC

PC用来确定下一条指令的地址,保证程序能够连续执行,所以常被称为指令地址计数器。 在程序开始执行之前,必须将程序第一条指令的内存单元地址(即程序首地址)发送给PC,使其始终指向下一条要执行的指令的地址。

(5)地址寄存器AR

地址寄存器用于保存当前CPU要访问的内存单元或I/O设备的地址。 由于内存和CPU的速度差异,必须使用地址寄存器来保存地址信息,直到内存读/写操作完成。

显然,当CPU将数据存入内存时,当CPU从内存中取出数据时,当CPU从内存中读取指令时,都会用到地址寄存器和数据寄存器。 同样,如果将外围设备的地址看成一个内存地址单元,那么CPU与外围设备交换信息时,也需要地址寄存器和数据寄存器。

开发板和单片机的区别

开发板是一款用于研发、研究、学习的嵌入式板卡。 也有制成盒子的产品。

核心板是指结构中承载核心芯片和核心业务的模块板。

如果你觉得开发板的性能不错,可以作为核心板使用。 如果加上一些外设或者其他配置较低、业务重点的小板,那就是非核心板了。 只需用它来专注于业务即可。

开发板是嵌入式板的总称; 核心板是从产品角度对模块的定位。

单片机只是一块芯片,需要添加一些外围电路才能实现常用功能。

单片机开发板是由单片机主芯片和一些常用电子元件组成的电路板,方便初学者学习和实验。

上述常用的外设包括LED灯、6或8位数码管、独立按钮、矩阵按钮、液晶屏或其接口。

串行EEPROM 24C02 步进电机驱动电路 继电器 红外接收器等

结论

这是开发板和单片机的介绍。 如有不足之处,请指正。

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