前言：中文期刊网精心挑选了嵌入式产品设计范文供你参考和学习，希望我们的参考范文能激发你的文章创作灵感，欢迎阅读。
嵌入式产品设计范文1
关键词：嵌入式开发系统，特点，计算机技术
嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物。这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。正如我们所知嵌入式系统开发经过30多年的发展己然成为了一个成熟的技术。他现如今有如下特点：
1）交叉开发工具和环境。嵌入式开发必须要有一套开发工具以及环境才能进行开发，因为嵌入式软件本身是不具备自主开发能力.用户对其中程序功能是无法修改的。而这些工具和环境一般是要依靠在通用计算机上的软硬件设备以及逻辑分析仪、混合信号示波器等设备上进行的。开发时往往有主机和目标机交叉开发的概念，程序的开发，调试需要主机执行，而目标机最后执行。
2）软件要求固态化存储。为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中，而不是存贮于磁盘等载体中。
3）软硬件协同设计并且专用性强。嵌入式系统的个性化很强，其中的软件系统和硬件的结合非常紧密，一般要针对硬件进行系统的移植，即使在同一品牌、同一系列的产品中也需要根据系统硬件的变化和增减不断进行修改。同时针对不同的任务，往往需要对系统进行较大更改，程序的编译下载要和系统相结合，这种修改和通用软件的“升级”是完全两个概念。
4）软件代码质量与可靠性都十分高。嵌入式软件的核心是系统软件和应用软件，由于存储空间有限，因而要求软件代码紧凑、可靠，大多对实时性有严格要求。虽然现在由于半导体技术的发展使得处理器的速度不断提高，片上存储器的容量也在持续不断增加，但在大多数应用中，存储空间依旧很宝贵并且还有实时性的要求。因此要求程序编写和编译工具的质量要高，以此减少程序二进制代码长度，起到了提高执行速度的效果，而嵌入式系统正好拥有这个优势。
5）系统软件的高实时性。在多任务嵌入式软件中，对重要性各不相同的任务进行统筹兼顾和合理调度是保证每个任务及时执行的关键，单纯通过提高处理器速度是无法完成和没有效率的，这种任务调度只能由化编写的系统软件来完成，因此系统软件的高实时性是基本要求。嵌入式软件应用程序虽然可以没有操作系统直接在芯片上运行，但是为了合理地调度多任务，利用系统资源，系统一般以成熟的实时操作系统作为开发平台，这样才能保证程序执行的实时性、可靠性，并减少开发时间，保障软件质量。
6）生命周期长。嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，具有较长的生命周期。
7）系统内核小。由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置的，系统资源相对有限，所以内核较之传统的操作系统要小得多。
8）系统精简。嵌入式系统一般没有系统软件和应用软件的明显区分，不要求其功能设计及实现上过于复杂，这样一方面利于控制系统成本，同时也利于实现系统安全
2软硬件协同设计概念
软硬件协同设计是指对系统中的软硬件部分使用统一的描述和工具进行集成开发，可完成全系统的设计验证并跨越软硬件界面进行系统优化。
嵌入式软件设计是使用一组物理硬件和软件来完成所需功能的过程。系统是指任何由硬件、软件或者两者的结合来构成的功能设备。由于嵌入式软件是一个专用系统，所以在嵌入式产品的设计过程中，软件设计和硬件设计是紧密结合、相互协调的。这就产生了一种全新的发展中的设计理论――软硬件协同设计。这种方法的特点是，在设计时从系统功能的实现角度考虑，把实现时的软硬件同时考虑进去，硬件设计包括芯片级“功能定制”设计。既可最大限度地利用有效资源，缩短开发周期，又能取得更好的设计效果。
系统协同设计的整个流程从确定系统要求开始，包含系统要求的功能、性能、功耗、成本、可靠性和开发时间等。这些要求形成了由项目开发小组和市场专家共同制定的初步说明文档。系统设计首先确定所需的功能。复杂系统设计最常用的方法是将整个系统划分为较简单的子系统及这些子系统的模块组合，然后以一种选定的语言对各个对象子系统加以描述，产生设计说明文档。其次，是把系统功能转换成组织结构，将抽象的功能描述模型转换成组织结构模型。由于针对一个系统可建立多种模型，因此应根据系统的仿真和先前的经验米选择模型。
3嵌入式软件开发的方法论
由于一个完整的产品中大部分系统都是非常复杂的，不仅如此与此同时我们还需要考虑很多的因素，比如开发这个产品所需的价格，产品的性能如何，系统设计技术是什么等。唯有全面考虑这些因素我们才可能顺利进行开发，然后才可能做出一个成功的，合格的产品。一般来说，产品设计的过程会经历几个步骤，为了确保这些步骤的合理性，我们需要一个设计方法论来面对整个设计过程。采用方法论有以下三个重要理由。
确认所做的每一件事情都是必须要做的，不做无谓的工作，也不漏掉关键性的重要工作，其中包含性能最佳化或是功能测试。
根据设计方法论可以发展出计算机辅助工具或是设计经验累积，汲取每一次产品开发的经验。再经过量化之后，可以发展出一套工具或是方法，让往后的产品设计步入自动化。
开发团队遵循同一套方法论，可以让团队成员更容易彼此沟通。每个人都能在短时间内了解整体过程中将经历哪些过程，需要何种支持与接收到何种结果。此外，也容易通过一套已经定义好的方法论，彼此相互合作协调。设计过程的目标是做出有一定用途且具有创新点的产品。产品的典型规格包含功能性、制造成本、性能表现、省电考虑和其他特性。
嵌入式产品设计范文2
北京科银京成技术有限公司技术总监
北京科银京成技术有限公司技术总监，副教授，计算机应用博士，研究方向为：普适计算，实时、嵌入式操作系统及其应用，嵌入式应用设计方法。
嵌入式软件是嵌入式产品的核心，如果说PC机的发展带动了整个桌面软件的发展，那么嵌入式产品的广泛普及必将为嵌入式软件产业的蓬勃发展提供无穷的推动力。
中国有世界上最大的家用电子产品消费市场和移动通信市场，移动终端、彩电、VCD等拥有量都居世界第一。随着移动网络的发展，多媒体、娱乐、通信等多功能、多用途的移动终端将成为今后个人数据通信、事务处理和娱乐的最佳选择。随着消费结构的改变，人们对家电的灵活性和可控性提出了更高的要求，这些只能通过家电的数字化和网络化来实现。这些需求都将加快嵌入式软件技术的发展和产业化的进程。嵌入式软件已经成为嵌入式产品设计、创新和软件增值的关键因素，是未来市场竞争力的重要体现。由于嵌入式产品具备硬件平台多样性和应用个性化的特点，因此嵌入式软件呈现出一种高度细分的市场格局，国外产品进入也很难垄断整个市场，这为我国的软件产业提供了一个难得的发展机遇。
标准塑造未来
从软件种类来看，嵌入式软件可以分为嵌入式操作系统、嵌入式开发平台、嵌入式行业应用平台及嵌入式应用软件。由于不同的行业对嵌入式软件的要求不一，因此不会形成像PC一样一支独大的局面，但会吸取PC的成功经验，形成不同行业的标准。统一行业标准具有设计技术共享、软硬件重用、构件兼容、维护方便和合作生产的特点，能够极大地增强行业的产品竞争力。
近几年，一些地区和国家的若干行业协会纷纷制定嵌入式软件行业标准，如欧共体汽车产业联盟规定以OSEK标准作为开发汽车嵌入式系统的公用平台和应用编程接口；在航空电子方面，航空电子工程协会（AEEC）制定了面向航空电子的嵌入式实时操作系统应用编程接口ARINC653。我国各相关产业联盟也在制定本行业的开放式软件标准，提高中国数字产品的竞争能力。走行业开放系统道路、建立行业性的嵌入式软件平台是加快嵌入式软件技术发展的捷径之一。根据应用的不同要求，今后不同行业会定义其嵌入式操作系统、嵌入式开发平台、应用平台等行业标准。
市场决定一切
从国际市场上看，据VDC预测，嵌入式软件其GAGR的增长率为13.5%，到2006年将达到21亿美元的规模。其在各领域的市场份额为：消费电子占26.8%，通讯和通信占20.2%，军事/航空占18.6%，汽车电子占12.9%，工业控制占9.6%，医疗电子占3.1%，办公自动化占2.2%，零售自动化占1.0%，信息自动化、建筑/家庭自动化占0.4%，其他占4.6%。
在国内，消费电子、通信、汽车电子、军事、航空、工业控制也将是嵌入式软件的主要市场，其中操作系统、开发平台、行业应用平台和特色应用软件都将成为独立软件开发商的发展方向。与产业链互动既可形成符合国际/国内标准的产品，又具有中国的特色，从而确立同国外同类产品的竞争优势。
国产软件 大步前行
北京科银京成技术有限公司（科银京成）以嵌入式操作系统和开发平台为基础，形成了嵌入式系统基础软件平台、行业软件平台和嵌入式软硬件解决方案等三个产品方向。
嵌入式系统基础软件平台包括嵌入式实时操作系统DeltaOS、开发工具Lambda TOOL、测试工具Gamma RAY和性能分析工具Gamma PROFILLER等内容，工具既支持嵌入式实时操作系统Delta OS，也可支持第三方的嵌入式操作系统（如嵌入式Linux等），为嵌入式应用提供基础性的系统软件平台；嵌入式系统行业软件平台密切同行业结合，为具有强大产业背景的行业提供符合行业产品特点需要的软件平台。
目前，科银京成已先后面向航空电子、飞行控制计算机、舰载计算机和税控POS等行业形成了基于嵌入式系统的软件平台，对行业的进一步发展起到了极大的推动作用;嵌入式软硬件解决方案则以完整产品为目标，形成包括软硬件内容在内的产品级解决方案，可由行业内相关厂商直接进行产品生产。科银京成已拥有嵌入式税控POS、MP3、M2M和面向教育应用的软硬件全面可靠的解决方案。
作为长期从事嵌入式系统软件相关技术研究与产品发展的公司，科银京成提供的嵌入式软件产品内容完备，能适应产品开发生命周期的需要，为最终产品开发提供全过程支持。针对操作系统领域，科银京成的产品既支持日益被消费电子领域所广泛接受的嵌入式Linux等操作系统，也提供具有强实时、高可靠特性的嵌入式操作系统，使产品具有比较广泛的适应性。在嵌入式开发工具领域，科银京成提供了内容丰富、且高度集成、能有效提高软件质量和开发效率的开发工具，解决了嵌入式系统中普遍存在的软件开发比较困难的问题。另外，科银京成提供的嵌入式产品还具有成熟、可靠的特点，拥有强大的本地化服务和支持能力。科银京成的产品已成功应用于数十种国防和民用电子产品，并且在多年嵌入式系统软件开发和产品应用过程中，积累了丰富的服务与多行业按需定制经验。同时，科银京成非常重视嵌入式领域相关标准的制定工作，先后参与制定了《航空电子应用软件接口要求》（GJB-5357-2005）、《手持电子产品嵌入式软件API标准》、《税控收款机标准》等标准内容，为推进相关行业的持续发展奠定了基础。
嵌入式产品设计范文3
Nios Ⅱ开发板的实现
SOPC开发板的核心器件是Altera公司生产的Cyclone系列FPGA，其关键技术是在Quartus Ⅱ、SOPC Builder及Nios IDE平台上实现可配置、可剪裁系统的设计。
1 Nios Ⅱ软核处理器的特点
Nios Ⅱ系列32位RISC嵌入式处理器具有很大的灵活性，可以在多种系统设置组合中进行选择，达到性能、特性和成本目标。其具有超过200DMIP的性能。
Nios Ⅱ系列嵌入式处理器是一款采用流水线技术、单指令流的RISCCPU，广泛应用于嵌入式系统。Nios Ⅱ包括三种内核，即快速的Nios Ⅱ/f(最高性能的优化)内核、经济的NiosⅡ/e(最小逻辑占用的优化)内核以及标准的NiosⅡ/s(平衡于性能和尺寸)内核，每种内核根据不同的性能而优化。
考虑到性能和成本，通常采用Nios Ⅱ标准内核设计。Nios Ⅱ嵌入式CPU支持32位指令集、32位数据线宽度、32个通用寄存器、32个外部中断源、2GB寻址空间，包含高达256个用户自定义的CPU定制指令。其可选的片上JTAG调试模块是基于边界测试的调试逻辑，支持硬件断点、数据触发和片外片内的调试跟踪。Nios Ⅱ标准内核设计框图如图1所示。
2 SOPC技术的实现
SOPC技术是一种灵活、高效的片上系统SOc设计方案，其工作环境是Altera Quarlus Ⅱ中的SOPC Builder。与其他SOC设计相比，其优点在于可编程性，利用FPGA的可编程性进行SOC设计。通过采用SOPC Builder工具，用户可以很方便地将处理器、存储器和其他外设连接起来，组成一个完整的嵌入式系统。SOPC从内部的角度，主要包含两个部分：图形用户界面(GUI)和系统生成程序。图形用户界面内每个组件也可以提供自己的配置图形用户界面，GUI创建系统PTF文件对系统进行描述；生成程序创建针对目标器件的系统HDL描述。利用SOPC Builder创建的GUI如图2所示。
SOPC开发板设计实例
SOPC开发板选择Cyclone系列器件EPIC3，该器件基于成本优化的全铜1.5VSRAM工艺，容量为2910个逻辑单元，59904比特嵌入式RAM，支持单端I/O标准，通过LVDS标准可提供104个信道的I/O支持。利用锁相环(PLL)可设计复杂的时钟管理电路。
1 开发板的硬件设计
开发板主要包括以下几部分：4个七段共阳数码管、4个LED、2个RS232接口、1个USB接口、1个PS2接口、LCD接口(192×64)、蜂鸣器和25MHz有源晶振，下载电路包括JTAG方式和AS方式，采用EPCSl作为串行配置器件。硬件原理框图如图3所示，下载电路如图4所示。
2 Nios Ⅱ内核设计实例
Nios Ⅱ内核的设计是建立在Quartus Ⅱ、SOPC Builder和Nios IDE等开发环境基础上的，Nios CPU内核设计流程，生成的Nios CPU内核。
嵌入式产品设计范文4
【关键词】 CDIO模式 计算机 硬件嵌入式技术
近年来，嵌入式技术在工业控制、通信设备、医疗仪器及航空航天等领域中的应用越来越广泛，新兴的物联网技术、智能家居等都以嵌入式系统为基础，在这样的背景下，市场对嵌入式人才的需求越来越重视。但就目前来看，当前高校计算机专业关于嵌入式技术方面的教学还存在一定问题，往往过于注重软件方面的程序开发，忽略了硬件嵌入式技术的研究和教学。
在这样的背景下，本文以CDIO功课教学模式为基础，探讨了计算机硬件嵌入式技术的发展方向和人才培养内容与方法，旨在为相关研究与实践提供参考。
一、CDIO模式概述
CDIO模式属于一种工程教育模式，是国家工程教育改革的一项突破性成果，由麻省理工学院等四所大学组成的研究团队历时四年研究获得。CDIO模式代表构思、设计、实现及运作四个过程，以产品整个生命周期为载体，让学生对产品研发到产品运行各个阶段进行学习，实践性较强。
CDIO理念继承了欧美先进工程教育改革观念，创新性的提出了可操作性的教学标准，对于提升功课教学质量有着重要的意义，代表了当代工程教育的发展方向和趋势[1]。
就我国来看，工科教育体系需要积极培养出与世界接轨的工程师，但我国工科教育实践还存在着诸多问题，过于注重理论和轻视实践，过于注重学习而忽略创新，在这样的背景下，应当积极学习并应用CDIO工程教育模式。
二、基于CDIO理念分析计算机硬件课程存在的问题
CDIO的核心为构思、设计、实现及运作，强调实践性和创新性，基于这一理念，分析我国计算机课程中存在的主要问题。
2.1缺乏设计能力培养
近年来计算机技术发展较快，应用越来越广泛，使得计算机系统复杂度提升，传统软硬件相隔离的设计方式已经难以满足现代计算机系统要求。计算机系统平台搭建、软硬件协同设计等成为主流设计思想，但当前计算机硬件技术相关课程缺乏对学生这种先进设计能力的有效培养。
2.2缺乏可编程芯片设计能力培养
我国工科高校开设计算机硬件课程很少涉及到关于芯片编程的实验课程，仅有的实验安排在大肆，但受到教育体制的影响，许多学生毕业设计不涉及到芯片编程就不会认真学习，这就大大弱化了对学生可编程芯片设计能力的培养。
2.3缺乏创新能力培养
收到实验条件等因素的影响，现有计算机硬件实验大多针对的是纯硬件逻辑，缺乏横向功能拓展和纵向功能延伸，给予学生的创新空间较少，学生在现有条件下难以完成综合性和创新性的设计。
三、嵌入式技g发展现状
嵌入式系统是一种专用的计算机系统，其以计算机技术为基础，以具体应用为核心，软硬件可进行裁剪来满足应用系统的相关要求，例如功能要求、稳定性要求、功耗要求、成本要求及体积大小要求等[2]。嵌入式系统的应用能够实现计算机技术、电子技术与各行各业应用的有效结合，其应用前景广泛。
嵌入式技术的快速发展和应用使得计算机分类模式发生了改变，从传统的按体积进行分来变化为通用型和嵌入型两类，涉及到的领域十分广泛，例如医疗领域、航天航空领域、军事领域、工业控制领域及金融领域中都能够看到嵌入式系统的身影。嵌入式系统中软硬件结合，要想从事此项工作，需要具备较高的计算机技能水平，具体来说如下：
一方面，是电子工程、通信工程等硬件专业方面的人才，这些人才以硬件设计和开发为主，开发硬件驱动程序，对硬件原理掌握较为清楚，但这些人才对复杂的软件系统往往能力较差，例如复杂应用软件、嵌入式操作系统的程序设计等。
另一方面，是偏软件专业的人才，这些人才在软件开发和嵌入式系统开发上造诣较高，且如果软件方面人才掌握了相关硬件原理，完全可以自主开发硬件驱动程序，硬件设计完成后则需要依赖于软件实现系统功能。但就目前来看，许多企业将硬件设计部分外包，硬件设计能力较弱，对硬件有所忽视，这就造成市场上对硬件嵌入式技术方面的人才短缺。
四、基于CDIO模式计算机硬件嵌入式技术发展方向
4.1无线网络技术
近年来，移动设备发展快速，无线网络也随之发展起来，人们对无线网的需求也越来越大，而软件系统是否能够支持无线网络也成为了嵌入式系统发展的关键所在[3]。因此，在今后的一段时期内，无线网络应用将成为嵌入式技术的重要发展方向，就目前来看，WIFI、蓝牙技术及无线传输技术等的应用越来越成熟，但需要注意的是，这些技术有着一定的局限性，其传输距离大多较近，这就需要在未来研发的过程中着重解决远距离传输的问题，例如3G协议栈的开发等。
4.2网络互连技术
在嵌入式系统不断发展和应用的背景下，各种互联网接口受到关注，传统的单片机难以满足对互联网接口的要求，从而催生了各种新型的嵌入式系统，例如微型处理器，从互联网接口方面来看，嵌入式处理器能够支持TCP/IP、USB、CAN、IEE1394等多种通信接口，一些先进的嵌入式处理器甚至能够同时支持几种接口，但同时也需要一些硬件驱动程序，只有这样才能够实现轻松上网，打破众多用户上网的时空限制。
4.3人工智能技术
归根结底，嵌入式技术的应用就是满足人类相关的应用服务，人工智能化的发展和使用则能够提升嵌入式技术的服务水平，将人工智能技术与嵌入式系统或产品相结合，实现人机交互，扩展嵌入式系统的服务应用范围。就目前来看，人工智能技术与嵌入式系统的结合在医疗卫生领域应用较为成熟，能够降低手术病人受到的伤害[4]。
而随着技术的发展和社会的进步，人工智能技术的应用范围将会得到进一步拓展，例如自动控压装置、自动控温装置等智能化仪表的应用越来越多，这都会促进人工智能技术的进一步发展。
五、基于CDIO模式的计算机硬件嵌入式技术人才培养
计算机硬件嵌入式技术课程的学习是一个系统性、长期性的过程，需要循序渐进，不仅涉及到原油的硬件课程，还涉及到后续嵌入式技术理论知识和嵌入式设计开发等。本文结合CDIO工程教育模式和理念，探讨计算机硬件嵌入式技术的人才培养方向和方法，具体来说如下。
5.1学习嵌入式系统基本知识
CDIO工程教育模式强调对构思、设计、实现及运作等产品整个生命周期的研究和学习，而对于嵌入式系统来说，其构思、设计、实现及运作都离不开嵌入式系统的基本知识，因此，在计算机硬件嵌入式技术人才培养过程中，嵌入式基本知识的学校至关重要。
嵌入式系统大体可以分为三类，其一为传统的实时多任务系统，即RTOS系统，主要包括Vxworks操作系统、Tornado开发平台等；其二为嵌入式Linux操作系统，其不仅可以作为服务器的操作系统，在嵌入式领域也有着良好的应用前景，系统免费，支持的软件众多，这会大大降低嵌入式产品的开发成本；其三为Windows CE嵌入式操作系统，如Microsoft等，其进入嵌入式市场前景良好，Windows CE嵌入式操作系统虽然于近几年才被研发出来，但却能够迅速抢占市场，尤其对于智能手机、显示仪表等对界面要求较高，Windows CE嵌入式操作系统的应用有着良好的效果。通过对嵌入式系统这些基础知识的学习，能够让学生全面掌握嵌入式软件整体开发环境情况和开发平台，形成对系统开发理性、直观的认识[5]。
5.2 ARM技术及嵌入式微处理器
当前嵌入式处理器种类较多，例如ARM处理器、MIPS处理器及PowerPC处理器等，其中应用最为广泛的处理器当属ARM，ARM有着四个通用处理器系列，不同系列能够提供的性能有所差异，但基本覆盖了大多应用领域，有效满足了不同应用领域的应用需求。以SecurCore系列为例，其专门应用于对安全等级要求较高的场合。因此，应当让学生积极学习ARM技术及相关嵌入式微处理器结构，为后续产品设计研发实践奠定基础。
5.3指令系统与硬件电路设计
一般来说，ARM微处理器有两种工作状态，且其能够在两种工作状态之间随时切换，第一种工作状态为ARM状态，在这种工作状态下，处理器执行的ARM指令为32位字对齐指令[6]；第二种工作状态为Thumb状态，在这种工作状态下，处理器执行的是Thumb指令，属于16位半字对齐指令。两种状态下指令有着一定的关系，即Thumb指令集合为ARM指令集合的功能子集，但相较于等价ARM代码来说，其能够有效节省存储空间，节省比例能够达到30%-40%之间。
对于嵌入式技术来说，其软硬件可以裁剪，因此应当做好硬件电路设计工作，通过有效的硬件电路设计来获取最优硬件组合，提升嵌入式系统的硬件性能。
除了上述提到的说那个方面之外，数字电路、数据结构算法及汇编语言和编程语言等也较为重要，需要在计算机硬件嵌入式技术人才培养中有所侧重。
六、结论
综上所述，在计算机领域，嵌入式系统的应用越来越广泛，计算机硬件嵌入式技术越来越受到关注，计算机嵌入式技术人才的培养应当以CDIO模式为指导，以市场需求为导向，以嵌入式技术发展趋势为依据，合理选择教学内容，培养先进的计算机硬件嵌入式技术人才。
参 考 文 献
[1]苏英.基于CDIO的微机原理与接口技术教学研究[J].中国管理信息化，2016（10）：218-219.
[2]杨伟力 李伟民 杨盛毅.基于CDIO理念的嵌入式系统课程改革实践[J].科教导刊（上旬刊），2016（06）：56-57.
[3]徐武雄.基于CDIO的地方高校嵌入式系统仿真实验室建设研究[J].中国电力教育，2012（19）：98-99.
[4]王伟 王杨 孟炜 李明.变电站自动化IED设备嵌入式通信模块的开发[J].科技资讯，2014（24）：9-10.
嵌入式产品设计范文5
今天，家电生产商在产品中集成了比以往任何时候更为丰富的用户可选功能、更好的用户界面以及更高的安全性。同时，家电生产商也在寻求通过在线校准等方法来提高产品的可制造性。而目前在线校准仍然采用非常耗费时间的机械调整方法。当今的嵌入式控制器能够为设计人员提供更为灵活的解决方案，帮助他们满足这些不断增加的要求。
因此，对于嵌入式半导体企业来说，家电市场正在飞速增长。此外，最近嵌入式微控制器(单片机)在系统级集成方面取得很大进展，从而使嵌入式微控制器解决方案的总体系统成本降到了能够与机械或简单模拟电路设计可比，甚至更为经济的程度。
传统家电设计
传统上家电行业是机械控制方式的天下。例如，洗衣机中的循环定时器或者基本家电控制系统中的基本简单模拟电路是整个系统的核心。
此类传统机械和简单模拟设计存在的问题是每个设计只针对一种应用，限制了硬件设计的可重用性。此外，此类传统系统的功能通常很有限，用户界面比较原始，经常是使用不方便。再加上生产线上烦琐费时的机械校准要求，保证家电可靠性以及精度的总体成本变得很高。当今的家电设计工程师不仅要平衡易用性、总体系统成本、安全性和耐用性，同时还必须保证设计出的产品能够在激烈的竞争中脱颖而出。特别是，现在的消费者对于家电的要求是功能丰富，并且节能。结合多年的机械和模拟电路设计经验以及目前成本和功能上可行的低成本易用嵌入式微控制器，设计工程师可以满足所有这些要求。
本文主要探讨了一些基于最新嵌入式微控制器的数字解决方案，为家电设计工程师的产品设计提供更多选择。首先，我们简要讨论一下什么是嵌入式控制以及嵌入式控制行业的发展趋势。接着，我们讨论嵌入式微控制器技术能够为家电带来的新功能。这些新功能包括改进基本的家电控制功能，更高的灵活性以及更友好的用户界面。最后，本文还将讨论如何在家电设计中将电子控制和机械部分完美结合起来，同时还将讨论与新的环境因素相关的挑战，以及家电设计的最新热点一网络和连接。
嵌入式控制技术
嵌入式控制是指利用嵌入在设备中的计算机(控制器)实现对洗衣机、热水器、烤箱或其它家电设备的控制。嵌入式微控制器与桌面计算机系统中的微处理器类似，是嵌入式系统中的主要计算部件。不同之处是其拥有更多的输入和输出，可以用来“感知”外部世界的信息并做出“响应”。
目前存在多种类型的嵌入式微控制器，从最基本的4位器件直到增强型64位器件。而其中一些8位混合信号微控制器的内建外设和成本优势使其非常适用于众多嵌入式控制系统和新的家电设计。
嵌入式控制发展趋势
嵌入式控制器市场中的一个持续趋势是为工程师提供综合嵌入式设计解决方案，帮助他们降低总体系统成本并改善可制造性。对于目前的众多家电设计来说，功能丰富的8位嵌入式微控制器具有很高的成本效率。混合信号微控制器设计总体系统成本的降低以及功能的进步使得许多传统的外部简单模拟器件已经被整合到嵌入式微控制器中。这种集成使系统设计师可更好地组合利用数字控制器功能，以及模拟或机械器件。
这些新的综合混合信号嵌入式控制器是传统纯数字处理器的进步发展。此类新器件中集成的板上模拟外设包括比较器、运算放大器、模拟数字转换器、参考电压源、脉宽调制器以及众多通信外设。而所有这些都置于软件的控制之下。
基本控制
通常，当提起微控制器中，首先想到的都是系统级控制、定时、数学计算器、数据存储以及通信接口。微控制器的所有这些功能为家电设计人员提供了几乎无限的新工具资源，从而可以改善家电产品的易用性和灵活性，同时还可以增强基本功能并满足日益苛刻的安全要求。
这些嵌入式控制器支持增加定时事件，如当电费最低的时候打开洗碗机，或者利用先进的马达驱动控制算法对家电的电动马达进行动态电源管理。因此，许多家电的基本控制也已经达到一个新的水平。
用户界面
嵌入式控制器可帮助设计工程师为家电消费者设计出更先进更易用的界面。现在的家电设计工程师需要面对大量的用户输入和反馈器件，它们提供实时的状态更新，传递复杂的用户选项或者为用户提供危险警告。发光二极管(LED)已经被用于众多家电设计中，但现在设计工程师走得更远了一步，可以利用液晶显示屏或七段LED显示来显示用户友好的数码和字母文本。
这些显示技术，配合数字键盘甚至触摸屏等输入设备使用户界面更直观，更易于使用，同时还可以支持更复杂的任务。嵌入式微控制器甚至还可以利用警报音来获得用户有安全问题或输入不正确，或者利用语音命令来完成输入。
机械电子技术
机械电子技术是传统机械和新出现的嵌入式微控制器数字控制技术的融合。通过将传统的机械子系统转换为基于数字和模拟的系统，机械电子技术为设计带来了电子智能。与传统机械或简单模拟设计相比，机械电子系统可以更精确的进行控制和监测。
同时，管理部门的要求和消费者的期望推动了在电子技术在白色家电和厨房设备中的应用。电子学技术能够以比机械方式高得多的精度和准确度测量和控制水温、时间、浑浊度以及压力。嵌入式微控制器输出激励控制继电器、读取开关值、激励电路并监控系统故障，完成这些功能所需要的组件重量远远低于机械方式。
结合传统机械系统的优点以及嵌入式微控制器的控制能力，设计人员可以满足要求苛刻的家电行业的需求，同时还可以增强产品功能和性能，使设计出的产品能够从竞争产品中脱颖而出。
环境因素
除了消费者需要功能更丰富的家电以外，政府管理要求、环境以及节约成本等因素也推动家电向更为节能的方向发展。这些要求有望使未来的家电更安全、更安静、更节能和节水。
嵌入式微控制器可以监控家电设备的能源使用情况、噪声水平、耗水情况以及其它影响环境的因素。现在，通过低成本嵌入式微控制器，家电设计工程师也可以分享到数字信号调理以及基于数学算法的控制系统(如功率因数校正和变频算法)的进步。低成本嵌入式微控制器可以提供更可靠的设计和更智能的故障恢复性能，因此工程师可以设计出更安全的家电设备(如烤箱或烤炉)。
连接功能
连接功能是指家电设备的远程通信能力，可以是接收故障排除诊断信息、改变家电设备设置，或者是集中控制能源使用情况。
计算机的存在提供了两大主要优点：通信和数据存储。通过提供多种通信能力，嵌入式控制技术为家电设计人员提供了这两大特性。例如电力线 控制(PLC)、红外(IR)通信、因特网协议访问(如TCP／IP)，甚至利用射频(RF)技术的无线控制。结合这些功能以及嵌入式微控制器在非易失性存储器中存储信息的能力，设计工程师可以方便地实现系统诊断和校准、用户使用跟踪、系统级监控以及集中能源控制等系统的设计。
如果洗衣机能够从生产商的服务中心下载诊断信息，甚至能够远程修正他们，不需要消费者在家里等上好多个小时等服务人员上门来检查，那么该有多么棒啊。
嵌入式控制器提供的另一种形式的设备内连接是家电设备内不同模块间的通信，不需要布成本高并且经常不可靠的线缆。例如，在用户显示板和洗衣机的马达控制单元之间的连接。利用这种连接能力，设计人员还可以创建可在多个平台上重利用的更为模块化的设计。在现场维修时，维修人员也可以更容易地更换这些模块。
这些潜在的功能增强有望将今天的家电设计提升到一个新的水平。家电以及家电产品子模块之间互相通信实现节能，通过在线服务保证家电存放，以及通过与远程维修服务中心的连接来保证可靠运转。未来，消费者将会把这些功能做为基本的要求，就象今天消费者对于家庭或工作场所必须拥有宽带或高速连接的要求一样。
嵌入式控制器应用举例
下面，我们来看一下利用嵌入式微处理器实现增强功能的一些非常基本的家电设计实例。首先，我们看一下传统家用机械式温度控制装置以及嵌入式微控制器如何为此类家用电器的设计带来革命。然后，我们再看一下小型低成本嵌入式微控制器如何为温控电炉等设备增加基本的安全功能以及额外的控制精度。
机械式温度控制
图1是一个目前许多家庭中常见的典型机械式温度控制装置。完全机械式单元，没有任何主动式电子器件。
图2显示的是该机械式温度控制装置的基本框图，以及所有内部器件。通过左右滑动机械控制杆，用户可以设置所需要的温度。室温反馈机制就是一个简单的指钍指示器，连接到一个机械温度传感器来显示温度。一个类似的指示机构用来显示用户设定的温度。随着温度升降，温度控制装置断开或连接加热单元的有线连接触点，从而实现温度控制。具体是利用一个双金属弹簧随着室温的变化而产生形变来实现的。在这一单元中，连接到弹簧的机械式温度指针臂是给用户的反馈。刻度盘用来显示所设定的温度，而触点开关则是到加热单元的输出。
要将机械式设计转换为基于嵌入式微控制器的解决方案，所有这些构建单元都必须利用电子器件来代替。
图3就是一个嵌入式控制系统。用户反馈通过LCD显示屏，用户输入则采用上／下按钮以及滑动开关，温度测量利用低成本温度传感器实现，加热单元控制则利用金属氧化物半导体场效应三极管(MOSFET)开关实现。新的设计中，利用低成本嵌入式微控制器实现集中控制。
这一电子温控器比机械式温控器有以下方面的改进。
首先，利用LCD显示屏显示信息，用户可以看到有关加热系统的更详细信息。包括设定的温度、当前温度、设备工作时的控制信息等等。
基于嵌入式微控制器的温控器单元提供了更为准确的温度测量和控制功能。同时还设计工程师还可充分利用现在数学控制算法来提高温度控制精度。该硬件单元可以很方便地改造用于不同的温控应用，因此消费者可以根据其功能和成本偏好来选择合适的单元。简单修改嵌入式微控制器软件就可以实现更多增强功能，例如七天／多天定时器(相对于简单的每天定时)，甚至可以实现“独立区域控制”。
电炉等电炊具的温度控制
电炉等电炊具的温控开关是另一个很好的例子，简单地增加一个极低成本的小型嵌入式微控制器就可以大幅提高设备的功能。
图4显示是一个目前厨房电炊具(如电炉、电煮锅以及电炸锅)中常用的典型可调节机械式温控单元。该单元利用可调节的机械温控器来调节电炉的热量输出。机械式温控装置的主要缺点包括必须在工厂进行机械校准，性能差，精度低，并且容易磨损。
图4中的机械式电炉温度控制单元可以容易地转换为简单的电子电路，如图5所示，采用一个TRIAC(三端双向可控硅)和一个电容性电源以及一个低成本微型控制器。与机械式温控开关相比，可控硅控制电路的优点之一是可以实现更为精确的控制，因为加热单元是以“开”和“关”的方式精确控制的，可以实现更好的温度控制。这也意味着温控单元不需要在工厂中校准，因为加热单元的开并是按照严格的时间周期进行的。而且，即使长时间使用，电路也不容易磨损。
让我们看一下这一电路的内部工作情况。这个基于嵌入式微控制器的电路采用相位或半波计数使TRIAC导通，从而使加热单元工作。通过在每个半波的一部分时间内使TRIAC(TRCl)导通，可以实现相位控制，与脉宽调制(PWM)类似。该方法的优点是为负载提供功率的波型频率没有变化，仍然为交流电输入频率。控制加热单元时，这一点并非必需的，但当用于灯光控制时却是绝对必需的，因为人眼能够感受到这种频率变化。
对于加热单元这样的负载，嵌入式微控制器在交流电输入波形的过零点开始使TRIAC导通整个周期。通过跳过半波周期来完成温度或热量控制。这一方法的优点是可帮助减轻电磁干扰(EMI)以及反馈到电源线的噪声辐射。基于嵌入式微控制器的电炉还可以增加多种其它功能，而这些在采用机械式温控开关时是不可能的。例如，对于用于煮或炖的电炉产品来说，沸腾点控制通常会滞后，但对于嵌入式设计，可以更准确地控制沸腾点。新设计还提供了安全功能，例如，当烹调完毕后，如果用户忘记关闭电源，那么系统可以自动将其关闭，甚至还可以提醒用户炉子仍在通电，整个电炉还是热的。增加一个简单的温度传感器就可以提供准确的温度控制，同时利用数学算法还可以提高能源效率。
其它优势
嵌入式微控制器不仅可以提高家用电器的整体性能和可靠性，而且还可帮助产品从竞争中脱颖而出。例如，不仅仅局限于提供功能有限、成本具有竞争力的电炉产品，通过在家电产品中利用嵌入式微控制器，家电生产商还可以提供具有更高能源效率以及安全功能的产品。基于嵌入式微控制器的新设计还支持设计基于同样同样硬件设计的多种平台产品，功能差异通过嵌入式微控制器软件编码实现。
基于嵌入式微控制器的智能电路还可改善家电产品的可制造性，减少了生产线上机械器件成本高昂且耗时的校正过程。同时，今天的消费者对于环境问题更为关注。再加上新的政府管制要求，对于安全和环境友好的要求也越来越高。
结语
嵌入式产品设计范文6
关键词:计算机软件;嵌入式软件;开发应用
随着我国对科技研发重视程度的不断提升，现阶段的计算机研发水平得到相应的发展，同时也能有效改变我国现阶段的生产管理模式。自大数据的出现和广泛应用，计算机的使用更加需要计算机软件的支持，同时诸多计算机软件也开始向智能化的方向发展。有效应用计算机软件可实现企业信息的自动化管理，全面提升国家的国际竞争力，而嵌入式技术的应用可促使计算机软件功能的完善，为此需要将嵌入式技术有效应用于计算机软件开发中，进一步推动我国计算机技术的发展。
一、嵌入式软件的应用价值
计算机软件开发过程中应用嵌入式软件，需要根据工作环境以及工作时间应用嵌入式软件，只有保证能够合理应用嵌入式软件的时间，才能保证软件任务的有效分配，同时确保嵌入式软件技术应用环境的良好、安全性，才能保证嵌入式软件技术的高效应用。确保计算机软件的可靠性的关键技术就是嵌入式软件，嵌入式软件质量的高低关乎着系统出现错误的机率，为此在计算机软件开发过程中需要合理应用嵌入式软件，从根本上提升计算机软件的开发应用安全性、稳定性以及实用性，满足用户的软件应用需求。
二、计算机软件开发流程
(一)制定软件开发计划良好的软件开发计划是保证计算机软件开展的重要基础，为此需要确保软件开发计划的科学合理性。开发人员需要对软件的研究开发目标进行规划，填写可行性的研究调研报告，确保计算机软件开发方向的可靠性，继而为后续软件开发工作的开展保驾护航。
(二)分析软件开发需求在软件开发计划完成后，就需要对软件的开发需求进行全面分析，确保软件开发工作的开展是立足于软件开发本身，通过对软件目标客户需求进行实地调研，才能确保软件开发的性能符合客户的需求，同时还需要目标客户清晰表达自身的软件需求，进而对软件开发结果进行优化。
(三)设计软件开发程序该阶段是需要根据软件开发需求以及软件开发方案为基础，以整体层面来对开发软件的结构进行设计，确保软件开发符合总软件设计要求，确保开发人员能够对软件设计结构进行整体保卫，实现软件组成部分与软件开发需求的有机结合。
(四)设计软件程序编码软件程序编码作为软件开发的重要组成部分，其中的编码程序与软件模型的设计合理性可确保软件各个部分内容的有效连接。
(五)测试软件程序系统在上述软件开发工作准备完成后，需要开发人员对于设计出的软件程序进行系统性的测试，软件程序的测试主要分为软件程序的内部测试以及外部测试。软件程序的内部测试主要是对软件进行专业性的测试，而软件程序的外部测试主要是选择部分用户对于软件测试版本进行试用，确保软件程度能够通过内外部软件测试，才能确保软件程序开发工作的结束。
(六)维护开发软件系统实现对于软件系统的维护是确保计算机软件开发完善的重要组成部分，为此计算机软件开发结束后，需要根据软件的运行情况对软件系统进行维护，确保计算机软件系统运行的稳定性。
三、计算机软件开发应用嵌入式软
(一)嵌入式软件应用范围嵌入式软件的实际应用就是将其嵌入至软硬件系统之中，嵌入式软件的应用范围极为广泛，不仅在芯片以及电子设备中得到广泛应用，同时还能应用到系统开发中，但现阶段的嵌入式软件的应用仍旧主要应用计算机系统中。嵌入式软件广泛应用在各个领域中可有效提升他们的结构性能，确保移动设备、冰箱以及微波炉等系统功能的丰富性，实现软件整合能力以及研发效率的提升。
(二)嵌入式软件应用开发流程嵌入式软件的应用也是同上述软件开发流程一样，以客户的需求为基础，通过程序开发人员的对其进行再次编码调试。开发人员在设计某一软件开发项目时需要结合市场需求与反馈，编写相应的项目计划书，同时还需要对于项目开展风险进行全面考量，明确软件开发规划的合理性，同时在软件系统设计阶段，需要结合相关人员的审核结果对软件程序进行编写，确保软硬件的开发符合产品设计要求。嵌入式软件开发应用过程中，开发人员需要根据开发内容选择不同的软件开发工具，全面提升计算机软件开发的开发效率。
(三)嵌入式软件应用要点1．体现嵌入式软件设计要点第一，嵌入式软件应用过程中，需要明确应用嵌入式软件的设计结构，确保嵌入式软件应用于软硬件系统稳定性，全面提升软硬件系统的性能。第二，利用嵌入式软件对设计数据进行格式化处理，减少人工处理工作量，避免必要软件研发漏洞的出现，提升软件研发效率。第三，计算机软件开发人员在应用嵌入式软件的过程中，需要融入自身新的开发理念，缩短软件开发进程。2．展现嵌入式软件技术优势第一，软件开发人员需要利用嵌入式软件的非交叉调试的优势，解决软件调试过程中存在的问题，有效降低软件开发经费。第二，嵌入式软件具备应用成本价格低、软件应用效率高、开发的软硬件系统稳定性强的优势，为此需要充分应用嵌入式软件的应用优势全面开展计算机软件开发工作。
