嵌入式系统教程

简述

我们可以将嵌入式系统广义地定义为基于微控制器、软件驱动、可靠、实时的控制系统，旨在执行特定任务。它可以被认为是一个嵌入了软件的计算机硬件系统。嵌入式系统可以是一个独立的系统，也可以是一个大型系统的一部分。在本教程中，我们将解释设计和使用嵌入式系统所需的所有步骤。

本教程旨在帮助电子专业的学生学习嵌入式系统和 8051 微控制器的基本概念和高级概念。

在继续本教程之前，您应该很好地了解基本电子学的概念，例如电路、逻辑门等。

系统是一种安排，其中所有单元根据一组规则组装在一起工作。它也可以定义为根据固定计划工作、组织或完成一项或多项任务的方式。例如，手表是一个时间显示系统。它的组件遵循一组规则来显示时间。如果其中一个部件出现故障，手表将停止工作。所以我们可以说，在一个系统中，它的所有子组件都相互依赖。

顾名思义，Embedded 的意思是连接到另一个东西上的东西。嵌入式系统可以被认为是一个嵌入了软件的计算机硬件系统。嵌入式系统可以是一个独立的系统，也可以是一个大型系统的一部分。嵌入式系统是基于微控制器或微处理器的系统，旨在执行特定任务。例如，火警是一个嵌入式系统；它只会感觉到烟雾。

嵌入式系统具有三个组件 -

它有硬件。
它有应用软件。
它具有实时操作系统 (RTOS)，可监督应用程序软件并提供机制，让处理器通过遵循控制延迟的计划来按照调度运行进程。RTOS 定义了系统的工作方式。它在应用程序的执行过程中设置规则。小型嵌入式系统可能没有 RTOS。

因此，我们可以将嵌入式系统定义为基于微控制器、软件驱动、可靠、实时的控制系统。

单一功能− 嵌入式系统通常执行专门的操作并重复执行相同的操作。例如：寻呼机始终用作寻呼机。
严格约束− 所有计算系统对设计指标都有限制，但嵌入式系统上的限制可能特别严格。设计指标是对实现特性的衡量，例如其成本、尺寸、功耗和性能。它的尺寸必须适合单个芯片，必须足够快以实时处理数据并消耗最少的功率以延长电池寿命。
反应式和实时- 许多嵌入式系统必须不断对系统环境的变化做出反应，并且必须实时计算某些结果，没有任何延迟。考虑一个汽车巡航控制器的例子；它持续监控速度和制动传感器并做出反应。它必须在有限的时间内重复计算加速或减速；延迟计算可能导致无法控制汽车。
基于微处理器 − 必须基于微处理器或微控制器。
内存- 它必须有内存，因为它的软件通常嵌入在 ROM 中。它不需要计算机中的任何辅助存储器。
连接 − 必须连接外设以连接输入和输出设备。
软硬件系统− 软件用于更多功能和灵活性。硬件用于性能和安全性。

下图显示了嵌入式系统的基本结构 -