MCS51单片机应用范围
(1)智能化产品：如
通信产品：小型交换机、电话计费、114 保安产品：防盗报警器、防火报警器等 (2)智能化测控系统：如 流量计、声纳测速测距仪、烟气分析仪等
(3)智能化仪表：频谱分析仪等
(4)机电一体化产品：如数控机床、电传打印机等。
(5)智能化接口：磁盘驱动器、键盘管理等
是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件
硬件可裁剪、对功能、可靠性、成本、体积、
功耗严格要求的专用计算机系统。
1.2.2 嵌入式系统的组成与体系结构
1．嵌入式系统的组成
图1-19
嵌入式系统组成
2．嵌入式系统的体系结构框架
图1-20 嵌入式系统体系结构框架
1.2.3 嵌入式系统的基本特征
专用性 小型化与有限资源
图1-12
2004年 “勇气号”再次登陆火星

军事电子设备和现代武器
图1-14
阿富汗战争中的军事电子设备
图1-15
军用机器人
（2002年11月28日，以色列一举投票点发生枪击事件，造成至少7人死亡、数
十人受伤。以警方用机器人在检查一具巴勒斯坦枪手的尸体）
图1-16
高性能武器平台
图1-17 高性能武器平台
嵌入式单线程系统包括


循环轮询系统
有限状态机
适用场合：常见于小型、简单的嵌入式应用， 其编程简单且易于理解，但系统的确定性不能 保证

①嵌入式循环轮询(Polling Loop)系统
在该系统中，程序依次检查系统的每一个输 入条件，一旦条件成立就进行相应的处理。
②有限状态机(FSM，Finite State Machine) 状态转换图：
1．在应用数量上 嵌入式系统远远超过了通用计算机系统

平均每个家庭使用40个嵌入式处理器
平均每个汽车需要35 个嵌入式处理器

2001年，Gartner估计存在70亿嵌入式处理器
70亿嵌入式处理器占据了94% 处理器市场

Intel Pentium、Motorola PowerPC等通用处理 器，仅占6%的处理器市场
8032/8052 ：比 8031/8051 仅增加了一个定时 / 计 数器，把片内的 ROM 、 RAM 增加一倍，其余 相同 87C51/80C51/80C31：CHMOS制造工艺，既具 CMOS 低功耗，又具 HMOS 高速，高封装密度 等特点，具掉电保护和冻结运行两种独特的处 理方式。
嵌入式系统及应用
电气工程系 高辉 办公室：图书馆166电气工程系 Email：gaohui2005@
课程简介
课程性质（考试-闭卷） 课时安排：36（理论知识）+12（上机）
成绩评定：
期末（50%）＋实验（20%）＋平时（30%） 教材：
1. 高锋 《单片微型计算机原理与接口技术》(第3版) 科 学出版社 2. 顾亦然 等 《嵌入式系统及应用》 自编教材

太空科学
图1-18
太空科学
自助点菜系统
自助点菜系统
嵌入式系统前景广阔

社会

新的电子产品，尤其消费电子产品发展及 其迅速！ 嵌入式市场广阔，但人才短缺


学生

嵌入式系统需要软硬件综合知识


需要更全面的系统知识和领域知识
更容易找到工作
1.1.3 嵌入式系统的发展史
1．二十世纪七十年代

1.1.2 嵌入式系统的应用概况
2．在应用领域方面

消费产品 (Consumer Product)
图1-2 常见消费类产品
图1-3 智能消费类产品

工业控制 (Industry Control)
图1-4
工程机械智能控制器
图1-5
汽车电子产品

通信设备 (Telecommunication)
② 可靠性

硬件平台的可靠性
体现在对硬件平台的EMC电磁兼容性能、防 震性能、防水性能的要求。例如：


往往选择工业级甚至军品级嵌入式处理器
软件采用固态化存储
只读存储器或电子盘而不是磁盘等机械类访问载体 FLASH高密度、高效率、高可靠性减小体积、提高 速度、防震性能和使用寿命

软件具有出错处理和自动复位功能
参考书：金敏 等 《嵌入式系统——组成、原理与设
计编程》 人民邮电出版社
课程内容

第一部分 80S51单片机（21+4）课时
基本结构 指令系统与程序设计 中断系统、定时器/计数器及串行口 单片机系统扩展与系统综合应用实例

第二部分 嵌入式系统（15+8）课时
硬件基础 软件基础 ARM体系结构 ARM指令集与程序设计 嵌入式系统开发基础
1971年11月，世界上第一片微处理器
Intel 4004 嵌入式应用发展最重要的里程碑。

其后相继推出了许多8位、16位的微处理器
Intel Zilog 8080/8085、 8086 Z80、Z8000 Motorola 6800、68000

系列化、模块化的单板计算机
2．二十世纪八十年代

80年代初，出现了单片机
2．微机学会的定义 【定义1-2】嵌入式系统是以嵌入式应用为目的 的计算机系统，可分为系统级、板级、片级。

系统级：各种类型的工控机 板 级：各种类型的带CPU的主板、PC104
片 级：各种以单片机、DSP、微处理器
为核心的产品
3．一般定义 【定义1-3】嵌入式系统（Embedded System）

响应时间（Response Time）

系统从识别一个外部事件到做出响应的时 间。是最重要的性能指标之一。 对不同的控制过程有不同的响应时间要求：
对于慢变化过程，具有几分钟甚至更长的响应 时间都可以认为是实时的 对于快速过程，其响应时间可能要求达到毫秒、 微秒、纳秒级甚至更短。



生存时间（Survival Time） 是数据有效等待时间，在这段时间里数 据是有效的
图1-21
有限状态机示意图
(2) 嵌入式事件驱动系统 （Embeded Event-driven System ）

是能对外部事件直接响应的系统 包括:


嵌入式前后台系统
嵌入式多任务系统
嵌入式多处理器系统
①嵌入式前后台(Foreground/Backgroud)系统

该系统又称为嵌入式中断驱动系统
1．传统计算机分类
超级计算机 大型机
中型机
小型机 微型计算机
图1-1 传统计算机系统分类金字塔
2．以应用为中心的分类

通用计算机系统:
具有计算机的标准形态，可以装配不同的应用软件，以 雷同面目出现并应用在各个领域。

嵌入式(计算机)系统:
以嵌入的形式隐藏在各种设备、产品或系统中。
1.1.2 嵌入式系统的应用概况
图1-6 地震中救命的通信设备

智能仪器 (Intelligent Instrument)
图1-7
穿刺肿瘤医疗仪器

机器人 (Robot)
图1-8
智能玩具机器人
图1-9
基于Win CE的移动机器人平台
图1-10
基于RTLinux的仿人机器人
图1-11 1997年4月在火星表面登陆的火星探测器（基于VxWorks）
系统软硬件设计的协同一体化
软件开发需要交叉开发环境
1.3 嵌入式系统的种类
按实时性能分类
按软件结构分类


1.3.1 按实时性能分类
按是否具有实时性能分为 嵌入式非实时系统
嵌入式实时系统
(1) 嵌入式非实时系统
嵌入式非实时系统的正确性仅仅依赖于 计算处理的逻辑结果，与结果产生的时间 无关


1.2.1 嵌入式系统的定义
1．IEEE的定义
【定义1-1】嵌入式系统是一种用于控制、监视 或者辅助操作机器设备的装置 （Devices used to control，monitor，or assist the operation of equipment，machinery or plants）

适用场合
对于一个复杂的嵌入式系统而言，当采用中断处理程序加一
个后台主程序这种软件结构难以实时、准确、可靠地完成系统
功能时，或存在一些相关或不相关的过程需要在一个系统中同 时处理时，就需要采用嵌入式多任务系统。

运行机制
系统由多个任务、中断处理过程和嵌入式操作 系统组成。每个任务按顺序或优先级执行的，并行 性、任务间的相互通信和同步需要操作系统的支持 完成

应用程序采用特殊的容错和出错处理措施 具有故障诊断和修复能力 在运行死机之后自动恢复先前的运行状态。
1.3.2 按软件结构分类 按软件结构分类为

嵌入式单线程系统
嵌入式循环轮询系统
有限状态机

嵌入式事件驱动系统
嵌入式前后台系统 嵌入式多任务系统 嵌入式多处理器系统
(1)嵌入式单线程系统 （Embeded Single-thread System）
图1-23 嵌入式前多任务系统示意图
③ 嵌入式多处理器/多核系统 适用场合 当某些工作用单个处理器来处理难以完成时， 就需要使用多个处理器同时处理

运行机制 多个任务可以分别放在不同的处理器上执行， 宏观上看是并发的，微观上看也是并发的

1.4 单片机概述
嵌入式微控制器(Microcontroller Unit，MCU)
① 实时性