嵌入式硬件基础知识

嵌入式硬件基础知识涵盖了嵌入式系统中的硬件组成及其工作原理,涉及处理器、存储器、外设接口、电源管理等多个方面。这些硬件共同构成了一个完整的嵌入式系统,用于执行特定任务。下面我们来详细介绍嵌入式硬件的基础知识。

1. 嵌入式系统的组成

嵌入式系统通常由以下几个主要部分组成:

  • 处理器:嵌入式系统的核心硬件,包括单片机(MCU)、微处理器(MPU)、数字信号处理器(DSP)等,用于执行程序代码和控制系统的操作。
  • 存储器:用于存储程序代码和数据。存储器包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存(Flash)等。
  • 电源管理:提供并管理系统的电源,确保系统稳定运行。
  • 外设接口:提供与外部设备通信的接口,如串行接口(UART、SPI、I2C)、并行接口、模拟/数字转换器(ADC/DAC)等。
  • 时钟系统:提供系统时钟信号,决定系统的运行速度和计时功能。

2. 处理器

处理器是嵌入式系统的核心部件,负责执行程序代码和控制其他硬件的工作。常见的处理器类型包括:

  • 单片机(MCU):集成了处理器、存储器和多种外设的芯片,适用于控制类应用,如家电控制、工业控制等。
  • 微处理器(MPU):主要用于高性能计算,通常与外部存储器、外设连接使用,适用于需要更高计算能力的应用,如通信设备和高端控制系统。
  • 数字信号处理器(DSP):专门用于实时数字信号处理,如音频、视频信号处理等。
  • FPGA(现场可编程门阵列):具有硬件可重构能力,用于需要高并行处理能力和灵活性的场合,如数字通信、图像处理等。

3. 存储器

嵌入式系统中通常使用以下几种存储器:

  • ROM(只读存储器):用于存储固件程序和常量数据,通常在生产时编程,内容不可修改或只能少量改写。常见类型有:

    • EPROM(可擦除可编程只读存储器):可以用紫外线擦除内容后重新编程。
    • EEPROM(电可擦除可编程只读存储器):可通过电信号擦除和重写,常用于保存少量需要频繁更新的数据。
    • Flash存储器:常用于存储大量数据或程序代码,可电擦除和重写,是当前使用最广泛的嵌入式存储器。
  • RAM(随机存取存储器):用于存储运行时的数据和变量,断电后数据会丢失。常见类型有:

    • SRAM(静态随机存取存储器):速度快,但功耗高,通常用于高速缓存或需要快速访问的地方。
    • DRAM(动态随机存取存储器):存储密度高,成本低,但需要周期性刷新,通常用于主存储器。

4. 外设接口

外设接口用于嵌入式系统与外部设备之间的通信。常见的外设接口有:

  • 串行接口

    • UART(通用异步收发传输器):一种常用的串行通信接口,用于简单、短距离的通信。
    • SPI(串行外设接口):一种高速同步通信接口,适用于短距离高速数据传输。
    • I2C(集成电路总线):一种支持多个设备连接的串行通信接口,常用于连接传感器、存储器等外设。
  • 并行接口

    • GPIO(通用输入输出接口):用于直接控制简单的外部设备,如LED、按键等。
    • 并行数据总线:用于高数据量传输,如连接显示屏、存储器等。
  • 模拟接口

    • ADC(模数转换器):将模拟信号转换为数字信号,以便处理器处理。
    • DAC(数模转换器):将数字信号转换为模拟信号,用于音频输出等。

5. 电源管理

嵌入式系统中的电源管理电路负责为处理器和其他硬件提供稳定的电源,主要包括:

  • 稳压器:将输入电压调节到适合处理器和其他电路的电压等级。
  • 电源转换器(DC-DC转换器):将电源从一个电压等级转换到另一个电压等级,通常用于电池供电的嵌入式系统中。
  • 电源监控电路:用于检测和监控系统的电源状态,确保在电压过低或异常时保护系统。

6. 时钟系统

时钟系统为嵌入式处理器和其他硬件提供同步的时钟信号,包括:

  • 晶振(晶体振荡器):提供稳定的时钟信号,决定处理器的运行速度。
  • PLL(锁相环):用于生成不同频率的时钟信号,以满足不同外设的需求。

7. 印制电路板(PCB)设计

嵌入式硬件的实际载体通常是印制电路板(PCB)。PCB的设计涉及到电路原理图设计、布局布线、层数规划、信号完整性设计、电磁兼容性设计等内容。

  • 电路原理图设计:决定了系统的电气连接和功能。
  • PCB布局布线:决定了元器件在PCB上的位置和导线的走向,影响系统的性能、散热、可靠性等。
  • 信号完整性:确保信号在PCB上的传输不受干扰或失真。
  • 电磁兼容性(EMC):设计时需要考虑如何减少电磁辐射干扰和提高抗干扰能力。

8. 嵌入式硬件开发流程

嵌入式硬件开发通常遵循以下流程:

  1. 需求分析:确定系统的功能需求、性能要求、功耗约束等。
  2. 元器件选型:选择合适的处理器、存储器、外设接口等元器件。
  3. 原理图设计:基于系统需求设计电路原理图。
  4. PCB设计:根据原理图进行PCB布局和布线。
  5. 硬件调试:制作PCB并进行功能测试和调试。
  6. 产品测试:进行各种环境测试(如温度、湿度、电磁干扰等)以验证系统的可靠性和稳定性。
  7. 量产准备:在通过测试后,准备进行批量生产。

总结

嵌入式硬件的基础知识涵盖了处理器、存储器、电源管理、外设接口、时钟系统等多个方面。掌握这些基础知识对于进行嵌入式系统设计、开发和调试是至关重要的,同时还需要了解PCB设计的原则和嵌入式硬件开发的流程。

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.mzph.cn/pingmian/54053.shtml

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

面试常见题之spring

在Java软件工程师面试中,关于Spring的题目是非常常见的。本文准备了20个Spring相关的面试题目及其参考答案,这些题目涵盖了Spring框架的基本概念、核心功能、设计模式、IoC容器、AOP、事务管理等多个方面,旨在全面考察面试者对Spring框架的掌…

LeetCode_sql_day26(184,1549,1532,1831)

描述 184.部门工资最高的员工 表: Employee ----------------------- | 列名 | 类型 | ----------------------- | id | int | | name | varchar | | salary | int | | departmentId | int | -----------------…

list从0到1的突破

目录 前言 1.list的介绍 2.list的常见接口 2.1 构造函数( (constructor)) 接口说明 2.2 list iterator 的使用 2.3 list capacity 2.4 list element access 2.5 list modifiers 3.list的迭代器失效 附整套练习源码 结束语 前言 前面我们学习…

FastAdmin CMS 操作手册

FastAdmin CMS 操作手册 概述: 安装: 配置: 模板: 模板目录: 标签: 全局: 文章: 专题: 栏目: 公共参数: 单页: 特殊标签:…

138_Java基础_常用类搭建教程java部署mysql5.5

安装: yum -y install build-essential QQ1594457675 安装:更多依赖包 yum -y install gcc automake autoconf libtool make 安装:数据库 这里需要注意数据库密码记得修改 数据库账号QQ 数据库密码1594457675 yum -y install gcc …

Linux 文件 IO 管理(第一讲)

Linux 文件 IO 管理(第一讲) 回顾 C 语言文件操作,提炼理解新创建的文件为什么被放在可执行文件的同级目录下?上述 log.txt 何时被创建?又是谁在打开它?那文件没有被打开的时候在哪里?一个进程可…

电脑的固态硬盘

常见种类 1.SATA接口:一般由一个铁盒子,里面装着控制芯片,以及内存颗粒组成的SSD硬盘。 比机械硬盘读写速度快,比M.2读写速度慢。目前常用的是3.0 2.M.2 PCI-E接口:无机械零件设计,相当于没有噪音。速度比…

Chrome谷歌浏览器登录账号next无反应

文章目录 问题描述 我们的Chrome浏览器在更新之后,会出现登录谷歌账号的时候,当你输入你的谷歌邮箱之后,点击 n e x t next next,也就是下一步的时候,页面没有反应,也就是没有跳转到输入密码的页面。 分析 根据logs里…

#ifndef PROJ_EXTEND_KALMAN_HPP_#define PROJ_EXTEND_KALMAN_HPP_ c++ 语句解释

#ifndef, #define, 和 #endif 是 C 中用于防止头文件被多次包含的预处理指令。它们共同构成了一个叫做 include guards 的机制。下面是这些指令的详细解释: 1. #ifndef(如果没有定义) #ifndef 是 #if(如果)指令的变体…

借助大模型将文档转换为视频

利用传统手段将文档内容转换为视频,比如根据文档内容录制一个视频,不仅需要投入大量的时间和精力,而且往往需要具备专业的视频编辑技能。使用大模型技术可以更加有效且智能化地解决上述问题。本实践方案旨在依托大语言模型(Large …

3D GS 测试自己的数据

环境配置 win11 vs2019cuda11.8driver522.06python3.10pytorch 2.4.0colmap3.8(可选,用于将图像生成点云) 安装 1 minicodagit 略 2 vs2019 在装cuda前安装, 选择c桌面开发即可, 环境变量path中配置C:\Program…

[数据集][目标检测]疟疾恶性疟原虫物种目标检测数据集VOC+YOLO格式948张1类别

数据集格式:Pascal VOC格式YOLO格式(不包含分割路径的txt文件,仅仅包含jpg图片以及对应的VOC格式xml文件和yolo格式txt文件) 图片数量(jpg文件个数):948 标注数量(xml文件个数):948 标注数量(txt文件个数):948 标注类别…

【C++】——继承详解

目录 1、继承的概念与意义 2、继承的使用 2.1继承的定义及语法 2.2基类与派生类间的转换 2.3继承中的作用域 2.4派生类的默认成员函数 <1>构造函数 <2>拷贝构造函数 <3>赋值重载函数 <4析构函数 <5>总结 3、继承与友元 4、继承与静态变…

蓝桥杯—STM32G431RBT6按键的多方式使用(包含软件消抖方法精讲)从原理层面到实际应用(一)

新建工程教程见http://t.csdnimg.cn/JySLg 点亮LED教程见http://t.csdnimg.cn/Urlj5 末尾含所有代码 目录 按键原理图 一、按键使用需要解决的问题 1.抖动 1.什么是抖动 2.抖动类型 3.如何去消除抖动 FIRST.延时函数消抖&#xff08;缺点&#xff1a;浪费CPU资源&#xff…

Python(TensorFlow和PyTorch)及C++注意力网络导图

&#x1f3af;要点 谱图神经网络计算注意力分数对比图神经网络、卷积网络和图注意力网络药物靶标建模学习和预测相互作用腹侧和背侧皮质下结构手写字体字符序列文本识别组织病理学图像分析长短期记忆财务模式预测相关性生物医学图像特征学习和迭代纠正 Python注意力机制 对…

深度学习Day-33:Semi-Supervised GAN理论与实战

&#x1f368; 本文为&#xff1a;[&#x1f517;365天深度学习训练营] 中的学习记录博客 &#x1f356; 原作者&#xff1a;[K同学啊 | 接辅导、项目定制] 一、 基础配置 语言环境&#xff1a;Python3.8编译器选择&#xff1a;Pycharm深度学习环境&#xff1a; torch1.12.1c…

3 种自然语言处理(NLP)技术:RNN、Transformers、BERT

自然语言处理 (NLP) 是人工智能的一个领域&#xff0c;旨在使机器能够理解文本数据。NLP 研究由来已久&#xff0c;但直到最近&#xff0c;随着大数据和更高计算处理能力的引入&#xff0c;它才变得更加突出。 随着 NLP 领域的规模越来越大&#xff0c;许多研究人员都试图提高…

【 html+css 绚丽Loading 】000051 方寸轮回矩

前言&#xff1a;哈喽&#xff0c;大家好&#xff0c;今天给大家分享今天给大家分享一篇文章&#xff01;并提供具体代码帮助大家深入理解&#xff0c;彻底掌握&#xff01;创作不易&#xff0c;如果能帮助到大家或者给大家一些灵感和启发&#xff0c;欢迎收藏关注哦 &#x1f…

python压缩图片的代码

从网上复制的&#xff0c;不知道对不对 def compress_image(infile, outfile, mb1500, step10, quality80):"""不改变图片尺寸压缩到指定大小:param infile: 压缩源文件:param outfile: 压缩文件保存地址:param mb: 压缩目标&#xff0c;KB:param step: 每次调…

蓝桥杯-基于STM32G432RBT6的LCD进阶(LCD界面切换以及高亮显示界面)

目录 一、页面切换内容详解 1.逻辑解释 2.代码详解 code.c&#xff08;内含详细讲解&#xff09; code.h main.c 3.效果图片展示 ​编辑 二、页面选项高亮内容详解 1.逻辑解释 2.读入数据 FIRST.第一种高亮类型 code.c&#xff08;内含代码详解&#xff09; code.…