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嵌入式系统设计基础
1.嵌入式系统概述
1.1嵌入式系统的基本概念
嵌入式系统是一种专门用于执行特定功能的计算机系统，通常被嵌入到更大的设备或系统中。嵌入式系统的特点是体积小、功耗低、实时性强和可靠性高。在无线娱乐设备中，嵌入式系统用于处理音频、视频、网络通信等多种任务，确保设备的高效运行和用户体验。
1.2嵌入式系统的组成
嵌入式系统主要由硬件和软件两部分组成：
硬件：包括处理器、存储器、输入/输出设备、传感器等。ArduinoMKR1000采用ARMCortex-M0+微控制器，内置Wi-Fi模块，适用于无线通信和控制。
软件：包括操作系统（如有）、驱动程序、中间件和应用软件。在ArduinoMKR1000上，通常使用ArduinoIDE进行开发，编写C/C++代码来控制硬件。
1.3嵌入式系统的设计流程
嵌入式系统的设计流程通常包括需求分析、系统设计、硬件选择、软件开发、测试和调试等步骤。每一个步骤都需要仔细规划和执行，以确保最终产品的性能和可靠性。
2.硬件设计基础
2.1微控制器选型
在选择微控制器时，需要考虑以下几个因素：
性能：处理速度、内存和外设等。
功耗：低功耗是嵌入式系统的一个重要指标。
开发环境：选择支持的开发工具和库。
成本：在满足性能和功耗要求的前提下，选择性价比高的微控制器。
ArduinoMKR1000采用的是SAMD21微控制器，具有以下特点：
高性能：32位ARMCortex-M0+内核，最高频率48MHz。
低功耗：功耗管理机制完善，适合电池供电的无线设备。
丰富的外设：支持多种外设接口，如SPI、I2C、UART等。
内置Wi-Fi：支持Wi-Fi通信，便于实现无线功能。
2.2电源管理
电源管理是嵌入式系统设计中的一个重要环节。合理的电源管理可以延长电池寿命，提高系统的可靠性。ArduinoMKR1000提供了多种电源管理选项：
电池供电：支持3.7V锂聚合物电池。
USB供电：通过USB接口供电，适用于开发和调试阶段。
外部电源：通过外部电源适配器供电，适用于需要稳定电源的场合。
在代码中，可以通过设置微控制器的低功耗模式来实现电源管理。以下是一个简单的低功耗模式示例：
//示例代码：设置低功耗模式
#includeLowPower.h
voidsetup(){
//初始化串口通信
Serial.begin(9600);
//设置引脚模式
pinMode(LED_BUILTIN,OUTPUT);
}
voidloop(){
//打印当前状态
Serial.println(EnteringLowPowerMode);
//关闭所有外设
LowPower.disableADC();
LowPower.disableSPI();
LowPower.disableUART();
//进入低功耗模式
LowPower.sleep();
//退出低功耗模式后重新开启外设
LowPower.enableADC();
LowPower.enableSPI();
LowPower.enableUART();
//点亮LED
digitalWrite(LED_BUILTIN,HIGH);
delay(1000);
//熄灭LED
digitalWrite(LED_BUILTIN,LOW);
delay(1000);
}
2.3传感器接口
传感器接口是嵌入式系统与外部环境交互的重要部分。ArduinoMKR1000支持多种传感器接口，如模拟输入、数字输入/输出、I2C和SPI等。以下是一个使用I2C接口读取温度传感器数据的示例：
//示例代码：使用I2C接口读取温度传感器数据
#includeWire.h
#includeAdafruit_Sensor.h
#includeAdafruit_TMP007.h
//创建TMP007传感器对象
Adafruit_TMP007tmp=Adafruit_TMP007();
voidsetup(){
//初始化串口通信
Serial.begin(9600);
//初始化I2C通信
Wire.begin();
//初始化传感器
if(!tmp.begin()){
Serial.println(TMP007sensornotf