1.2 單片機(jī)的應(yīng)用

1.2.1 單片機(jī)的應(yīng)用結(jié)構(gòu)

僅由一片單片機(jī)芯片是不能構(gòu)成一個應(yīng)用系統(tǒng)的。系統(tǒng)的核心控制芯片往往還需要與一些外圍芯片、器件和控制電路機(jī)構(gòu)有機(jī)地連接在一起，才能構(gòu)成一個實(shí)際的單片機(jī)系統(tǒng)；進(jìn)而嵌入應(yīng)用對象的環(huán)境體系中，作為其中的核心智能化控制單元而構(gòu)成典型的單片系統(tǒng)，如洗衣機(jī)、電視機(jī)、空調(diào)、智能儀器儀表等。

單片嵌入式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖 1-1 所示，通常包括三大部分，即能實(shí)現(xiàn)嵌入式對象各種應(yīng)用要求的單片機(jī)、系統(tǒng)硬件電路和系統(tǒng)軟件。

圖1-1　單片嵌入式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

（1）單片機(jī)：單片機(jī)是單片嵌入式系統(tǒng)的核心控制芯片，由它實(shí)現(xiàn)對控制對象的測控、系統(tǒng)運(yùn)行管理控制和數(shù)據(jù)運(yùn)算處理等功能。

（2）系統(tǒng)硬件電路：根據(jù)系統(tǒng)采用單片機(jī)的特性以及嵌入對象要實(shí)現(xiàn)的功能要求而配備的外圍芯片、器件所構(gòu)成的全部硬件電路。通常包括以下幾部分。

● 基本系統(tǒng)電路。提供和滿足單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行所需要的時鐘電路、復(fù)位電路、供電電路、驅(qū)動電路、擴(kuò)展的存儲器等。

● 前向通道接口電路。這是應(yīng)用系統(tǒng)面向?qū)ο蟮妮斎虢涌陔娐罚ǔＳ袀鞲衅鳌⒆儞Q器輸入通道。根據(jù)現(xiàn)實(shí)世界物理量轉(zhuǎn)換成輸出信號的類型的不同，如模擬電壓、開關(guān)信號、數(shù)字脈沖信號等，接口電路也不同。常見的有傳感器、信號調(diào)理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（Analog-to-Digital Conversion，ADC）、開關(guān)量輸入、頻率測量接口等。

● 后向通道接口電路。這是應(yīng)用系統(tǒng)面向?qū)ο蟮妮敵鼋涌陔娐贰８鶕?jù)應(yīng)用對象伺服和控制要求，通常有數(shù)模轉(zhuǎn)換器（Digital-to-Analog Conversion，DAC）、開關(guān)量輸出電路、功率驅(qū)動接口、PWM輸出控制器等。

● 人機(jī)交互通道接口電路。人機(jī)交互通道接口電路是滿足應(yīng)用系統(tǒng)人機(jī)交互需求的電路，包括與鍵盤、撥動開關(guān)、發(fā)光二極管、數(shù)碼管、液晶顯示器、打印機(jī)等相連多種輸入輸出接口電路。

● 數(shù)據(jù)通信接口電路。數(shù)據(jù)通信接口電路是滿足遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信或構(gòu)成多機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)的電路，通常包括RS-232、PSI、I2C、CAN總線、USB總線等通信接口電路。

（3）系統(tǒng)軟件：系統(tǒng)軟件的核心就是下載到單片機(jī)中的系統(tǒng)運(yùn)行程序。整個嵌入式系統(tǒng)全部硬件的相互協(xié)調(diào)工作、智能管理和控制都由系統(tǒng)運(yùn)行程序決定。它可被認(rèn)為是單片嵌入式系統(tǒng)核心的核心。一個系統(tǒng)軟件設(shè)計的好壞，往往決定了整個系統(tǒng)性能的好壞。

系統(tǒng)軟件是根據(jù)系統(tǒng)功能要求設(shè)計的，一個嵌入式系統(tǒng)的運(yùn)行程序?qū)嶋H上是該系統(tǒng)的監(jiān)控與管理程序。對于小型系統(tǒng)的應(yīng)用程序，一般采用匯編語言編寫。而對于中型和大型系統(tǒng)的應(yīng)用程序，往往采用高級程序設(shè)計語言（如C語言）來編寫。

編寫嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用程序與編寫其他類型的軟件程序（如基于PC的應(yīng)用軟件設(shè)計開發(fā)）有很大的不同，嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用程序多面向硬件底層和控制，而且要面對有限的資源（如有限的RAM）。因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)的應(yīng)用軟件不僅要直接面對單片機(jī)及與它連接的各種不同種類和設(shè)計的外圍硬件電路編程，還要面對系統(tǒng)的具體應(yīng)用和功能編程。整個運(yùn)行程序常常是輸入輸出接口設(shè)計、存儲器、外圍芯片、中斷處理等交織在一起。因此，除了硬件系統(tǒng)的設(shè)計，系統(tǒng)應(yīng)用軟件的設(shè)計也是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)研制過程中重要和困難的任務(wù)。

需要強(qiáng)調(diào)的是，單片嵌入式系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計之間的關(guān)系是十分緊密、互相依賴和制約的。因此，通常要求嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)人員既要具備扎實(shí)的硬件設(shè)計能力，也要具備相當(dāng)優(yōu)秀的軟件設(shè)計能力。