总结嵌入式系统基础—上篇

第一章 常用硬件

嵌入式系统常用的硬件器件，主要包括分立器件、光电半导体、逻辑IC、模拟IC以及存储器共五大类

分立器件主要有：二极管、三极管、电阻、电容、电感以及场效应管等

二极管的主要特性是单向导电性

二极管按其用途可分为：整流二极管、稳压二极管、开关二极管、发光二极管等

整流二级管是一种将交流电转变为直流电的半导体器件，主要用于各种低频整流电路

稳压二极管是利用PN结反向击穿特性所表现出的稳压性能制成的器件，在电路中起稳定电压作用

在脉冲数字电路中，用于接通和关断电路的二极管叫开关二极管，它的特点是反向恢复时间短，能满足高频和超高频应用的需要

发光二极管，能直接将电能转变成光能的发光显示器件，长脚为正，短脚为负

三极管，是一种控制电流的半导体器件，主要作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号

三极管的三种工作状态

1.截止状态：当加在三极管发射极的电压小于PN结的导通电压，基极电流为零，集电极电流和发射极电流都为零

2.放大状态：当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并处于某一恰当的值，这时基极电流对集电极电流起着控制作用

3.饱和状态：当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并当基极电流增大到一定程度，集电极与发射极之间的电压很小，集电极和发射极之间相当于开关的导通状态

电阻：阻值越大的电阻对电流阻碍作用越大，电流通过它时，电压下降也越多。电阻主要应用于限流、分流、降压、分压、负载与电容配合作滤波器及阻匹配等

0电阻主要功能

1.做为跳线使用

2.在数字和模拟等混合电路中使用

3.做保险丝用

4.为调试预留的位置

5.作为配置电路使用

电容：由两个金属级，中间夹有绝缘材料(介质)构成。电容在电路中具有隔断直流电，通过交流电的作用，常用于级间耦合、滤波、去耦、旁路及信号调谐

电感：电感是用线圈制作的，它的作用是通直流阻交流、滤波、振荡、延迟等

线圈圈数越多，绕制的线圈越密集，电感量就越大;有磁心的线圈比无磁心的线圈电感量大;磁心导磁率越大的线圈，电感量也越大

场效应管：也称为单极型晶体管，是电压控制元件，而晶体三极管是电流控制元件

在只允许从信号源取较少电流的情况下，应选用场效应管;而在信号电压较低、又允许从信号源取较多电流的条件下，应选用晶体三极管

场效应管作用

1.可应用于放大

2.可作电子开关

3.可作可变电阻

4.可用作恒流源

译码器：多输入、多输出的电路。从输入码字到输出码字之间有一对一的映射关系

选择器：多路选择器又称数据选择器或多路开关，常用MUX表示。它是一种多路输入、单路输出的组合逻辑电路

多路选择器的构成思想相当于一个单刀多掷开关

锁存器：锁存，就是把信号暂存以维持某种电平状态。所谓锁存器，就是输出端的状态不会随输入的状态变化而变化，仅在有锁存信号时输入的状态被保存到输出，直到下一个锁存信号到来时才改变

锁存器的最主要作用是缓存，其次完成高速的控制其与慢速的外设的不同步问题，再其次是解决驱动的问题，最后是解决一个I/O口既能输出也能输入的问题

如果单片机的总线接口要作两种用途，就要用两个锁存器

微处理器MPU:微处理器是将计算机所需的运算、控制功能集成到一块芯片上的lSI(大规模集成电路)

微控制器MCU：微控制器是将除了执行运算及控制的MPU功能以外，还有存储功能、输入输出控制功能集成在一块芯片LSI上的器件

数字信号处理器DSP：DSP是设计用来执行算术密集型算法的专用处理器;DSP处理器通常应用于音频、视频或图像的处理，另外在通信、雷达、声纳系统，以及生物医学方面也有着很广泛的应用

DSP是将数字信号处理加以特殊化的处理器，重要特征有：

1.拥有高速乘法器

2.具有哈佛型结构

3.将程序存储器和数据存储器进行分享、独立

4.拥有高速化数据地址计算单元

模拟IC：模拟IC是将模拟信号处理的数字信号处理集成在一起的IC，主要分为通用模拟IC和专用模拟IC两大类

存储器：半导体存储器是具备可以储存图像数据或文字数据、程序等信息，在必要时取出的功能的器件

第二章 电源

对于嵌入式系统而言，交流电或者很高电压的直流电都无法直接使用在这样的数字系统之中。因此，为其提供电源，我们必须使用电压较低的直流电

如果你的嵌入式系统不需要考虑便捷性，也不会要求低功耗的话，选择使用插座直接供电便是最佳的供电方式之一

对于一部分便捷性能要求较高的嵌入式系统而言，使用电池作为系统电源合适

稳压器：稳压器即是稳定电压的一种器件

使用稳压器不仅可以为系统提供恒压电源，还可以有效去除电源噪声，给从外部电源供电的嵌入式系统提供一定程度的保护和隔离

是交流稳定器，还是直流稳压器，要看稳压器的输出电压是交流还是直流

变压器、整流器、滤波器通常被看成是稳压器的一部分

线性稳压器体积小、便宜、噪声低且非常易于使用

电容有利于去除电源里的瞬间短时脉冲波形干扰

第三章 最小系统

在测试一块新板时，也是先只焊最小系统部分，确保晶振能振起来，芯片可以工作了，然后再焊各种接口模块并一一测试，这样有利于异常的定位

最小系统：是指用最小的元件组成的单片机可以工作的系统，是最基本的、也是小得不能再活力掉任何部分的系统。

一般单片机的最小系统主要包括：MCU、电源电路、晶振电路、复位电路、写入电路以及指示灯

由于系统上电是会产生交流电波动，电源与地之间一般要加滤波电容将这些波动传入GND

晶振电路为MCU提供时钟信号，即芯片内各种微操作的时间基准，分为有源晶振(oscillator)和无源晶振(crystal)

无源晶振需要借助于时钟电路才能产生振荡信号，自身无法振荡起来
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PLL电路：PLL电路兼有频率放大和信号提纯的功能，因此，系统可以以较低的外部时钟信号获得较高的工作频率

复位电路：系统复位的用途就是错误恢复

四种事件可以触发系统复位

1.外部复位

2.加电复位

3.计算机工作正常复位，为了防止定时器过期，用户程序必须周期地给看门狗喂食，以清除COP计数器

4.时钟监控复位