嵌入式技术：单片机与实践

在学习嵌入式应用技术的过程中，经常会遇到一些名词术语。从学习规律角度，初步了解这些术语有利于随后的学习。因此，本节将对嵌入式系统中所用的一些常用术语给出简要说明。

1.总线

在嵌入式系统中，常包含以下3类总线：地址总线、数据总线和控制总线。

1）地址总线（Address Bus，AB）：单向，用于传送地址信息，如图1-1中CPU与存储器之间的地址线。地址线的数目决定了可以寻址的存储空间，一根地址线有两种状态，即可以区分两个不同的存储单元，或者说可以寻址两个存储单元；两根地址线有四种状态，可以寻址四个存储单元并且以此类推；若8位微处理器有16根地址线，则可以寻址2¹⁶，即64K个存储单元。一般存储单元的大小为一个字节，因此该8位微处理器的寻址范围为64KB。

2）数据总线（Data Bus，DB）：一般为双向，用于CPU与存储器、CPU与外设，或外设与外设之间传送数据信息。在单片机中，为了提高处理速度，总是一次处理由多位二进制数组成的信息，即在运算器中数据线的数目应与待处理的数据位数相同。运算器内数据线的多少称为微处理器的处理“字长”。字长是衡量微处理器功能、运算速度以及精度的重要指标之一，也是划分微处理器档次的重要依据。根据字长，可以将微处理器分为4位机、8位机、16位机、32位机和64位机等。4位机有四根数据线，常用于家用电器，如电视机、空调机和洗衣机等的控制电路中。8位机不仅用于工业控制、家用电器，也可作为通用嵌入式系统的中央处理器。

3）控制总线（Control Bus，CB）：是计算机系统中所有控制信号线的总称，在控制总线中传送的信息是控制信息。

2.时钟周期、机器周期及指令周期

1）时钟周期：通常单片机在时钟信号的作用下都以节拍方式进行工作，因此，必须有一个时钟发生器电路，所以输入到MCU的时钟信号的周期就称为时钟周期。

2）机器周期：机器完成一个动作所需的时间称为机器周期，一般由一个或一个以上的时钟周期组成。

3）指令周期：执行一条指令所需时间称为指令周期，它由一个到数个机器周期组成。指令周期的长短取决于指令的类型，即指令将要进行的操作步骤及复杂程度：简单指令可能只需要一个机器周期，复杂指令则需要多个机器周期。

3.中断与中断服务程序

中断是指CPU正在处理某件事情的时候，外部发生了某一事件，请求CPU迅速去处理，CPU暂时中断当前的工作，转入处理所发生的事件，处理完后，再回到原来中断的地方，继续原来的工作的过程。实现这种功能的部件称为中断控制器，产生中断的请求源称为中断源。把由软件指令引起的一个程序的中断称为软件中断；而由某一特定功能引脚或基于芯片设备产生的中断称为硬件中断。在嵌入式系统中，中断是一个很重要的概念，为了实时响应外界发生的事件，必须依靠中断系统来实现。

中断服务程序则是响应特定中断而运行的一段程序，其内容为该中断需要处理的具体操作，这段程序所在的地址称为中断向量。

4.ROM

ROM称为只读存储器（Read Only Memory），其数据可以读出，但不可以修改，通常存储一些固定不变的信息，如常数、数据、换码表和程序等。它具有断电后数据不丢失的特点。ROM有固定ROM、可编程ROM（PROM）和可擦除ROM（EPROM）3种。PROM的编程原理是通过大电流将相应位的熔丝熔断，从而将该位改写成0，熔丝熔断后不能再次改变，所以只改写一次。EPROM（Erase PROM）是可以擦除和改写的ROM，它用MOS管代替了熔丝，所以可以反复擦除、多次改写，但擦除是用紫外线擦除器来完成的，很不方便。有一种用低电压信号即可擦除的EPROM称为电可擦除EPROM，简称为E²PROM。

5.DRAM、SRAM和Flash(www.xing528.com)

DRAM称为动态可读写随机存储器（Dynamic Random Access Memory），是由一个MOS管组成一个二进制位。由于MOS管的放电导致表示“1”的电压会慢慢降低，一般每隔一段时间就要控制刷新一次，才能保存数据。

SRAM称为静态可读写随机存储器（Static Random Access Memory），由4个或者6个MOS管构成一个二进制位。当电源有电时，SRAM不用刷新电路即能持久保持原有的数据。

Flash存储器又称为闪存，它结合了ROM和RAM的长处，不仅具备电子可擦除可编程（E²PROM）的性能，还不会断电丢失数据，同时可以快速读取数据（NVRAM的优势），优盘和MP3里用的就是这种存储器。在过去的几十年里，嵌入式系统一直使用ROM（EPROM）作为它们的存储设备，然而近年来Flash全面代替了ROM（EPROM）在嵌入式系统中的地位。

6.模拟信号和数字信号

模拟信号是时间连续、数值也连续的物理量，如温度、压力、流量、速度和声音等。在工程技术上，为了便于分析，常用传感器、变换器将模拟量转换为电流、电压或电阻等电学量。

数字信号是一种二值信号，用两个电平（高电平和低电平）分别来表示两个逻辑值（逻辑1和逻辑0）。

7.并行通信和串行通信

并行通信是指将数据的各位同时在多根并行传输线上进行传输。数据的各位同时由源到达目的地，适合近距离、高速通信。

串行通信是指数据在单线上按时间先后一位一位地传送，其优点是节省传输线，但是数据传送速度较慢。在嵌入式系统中，串行通信一词一般特指用串行通信接口（Serial Communication Interface，SCI）进行RS232/485通信方式。IIC、USB等也是串行通信，但它们有专用名词。

8.看门狗

看门狗（watch dog）是为了防止程序跑飞而设计的一种自动定时器，它可以产生一个脉冲，让单片机复位。当单片机的程序正常运行的时候，每隔一定的时间给看门狗电路发一个脉冲，使看门狗电路重新计时。当程序因为某种原因不正常运行时（死机），就不会发这个脉冲，看门狗电路计时时间到，就会复位单片机，使其重新启动。

9.封装与PCB

封装就是封住集成电路所用的塑料、金属或陶瓷包装。封装可以保护芯片，并使芯片与外部世界连接。常用的封装形式可分为通孔封装和贴片封装两大类。通孔封装主要有：单列直插（Single-In-line Package，SIP）、双列直插（Dual-In-line Package，DIP）等。而常见的贴片封装主要有：小外形封装（Small Outline Package，SOP）、紧缩小外形封装（Shrink Small Outline Package，SSOP）、四方扁平封装（Quad-Flat Package，QFP）、薄方封装（plastic-low-profile Quad-Flat Package，LQFP）、插针网格阵列封装（ceramic Pin Grid Array package，PGA）、球栅阵列封装（Ball Grid Array package，BGA）等。

印制电路板（Printed Circuit Board，PCB）是组装电子元器件用的基板，是在通用基材上按预定设计形成点间连接及印制元器件的印制板。它的主要功能是提供集成电路等各种电子元器件固定、装配的机械支撑；实现集成电路等各种电子元器件之间的布线和电气连接（信号传输）或电绝缘。