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第1章 嵌入式微控制器概论1

1.1 嵌入式微控制器及嵌入式系统1

1.1.1 嵌入式系统的概念1

1.1.2 嵌入式系统硬件的基本组成2

1.1.3 嵌入式微控制器4

1.2 嵌入式微控制器分类5

1.2.1 CISC结构与RISC结构5

1.2.2 冯·诺依曼结构与哈佛结构6

1 2.3 51系列微控制器7

1.2.4 AVR系列微控制器9

1.2.5 PIC系列微控制器12

1.2.6 MSP430系列微控制器13

1.2.7 MC68HC系列微控制器14

1.2.8 ARM系列微控制器15

1.3 嵌入式微控制器的发展及应用领域18

1.3.1 嵌入式微控制器的发展18

1.3.2 嵌入式微控制器的应用领域21

本章习题23

第2章 ARM嵌入式微控制器25

2.1 ARM处理器体系结构25

2.1.1 ARM处理器的主要特点25

2.1.2 ARM处理器内核版本25

2.1.3 ARM处理器内核分类26

2.1.4 ARM的工作状态及工作模式28

2.1.5 ARM处理器寄存器组织31

2.1.6 ARM的存储器格式及数据类型33

2.1.7 ARM处理器中的MMU和MPU35

2.2 ARM指令流水线技术36

2.2.1 指令流水线处理36

2.2.2 ARM的3级指令流水线37

2.2.3 ARM的5级指令流水线38

2.2.4 ARM的6级指令流水线39

2.2.5 ARM的7级指令流水线39

2.2.6 ARM的8级指令流水线40

2.3 典型ARM微控制器内核40

2.3.1 ARM内核命名40

2.3.2 ARM7典型内核ARM7TDMI41

2.3.3 ARM9典型内核ARM9TDMI42

2.3.4 Cortex-M典型内核Cortex-M0/M1/M3/M443

2.3.5 Cortex典型内核Cortex-R50

2.4 ARM微控制器的AMBA总线53

2.4.1 AMBA总线的发展及版本54

2.4.2 基于AMBA总线的典型ARM微控制器或片上系统55

2.5 基于ARM内核的嵌入式微控制器硬件组成56

2.6 常用ARM嵌入式微控制器厂家及典型芯片59

2.6.1 NXP公司的典型ARM芯片61

2.6.2 TI公司的典型ARM芯片63

2.6.3 Samsung公司的典型ARM芯片64

2.6.4 Atmel公司的典型ARM芯片65

2.6.5 ST公司的典型ARM芯片66

2.6.6 Freescale公司的典型ARM芯片67

2.6.7 Nuvoton公司的典型ARM芯片68

2.6.8 其他厂家的典型ARM芯片69

2.7 嵌入式微控制器选型69

2.7.1 功能性参数的选择原则70

2.7.2 非功能性参数的选择原则71

本章习题74

第3章 嵌入式微控制器中断系统76

3.1 ARM处理器异常中断处理概述76

3.1.1 中断的概念76

3.1.2 ARM Cortex-M微控制器的异常中断78

3.2 嵌套向量中断控制器NVIC82

3.2.1 NVIC概述82

3.2.2 ARM Cortex-M微控制器NVIC寄存器84

3.2.3 用CMSIS访问NVIC寄存器85

3.3 典型Cortex-M微控制器片上外设中断源及中断向量表86

3.3.1 Nuvoton公司的Cortex-M0微控制器中断源及中断向量表86

3.3.2 NXP公司的Cortex-M微控制器中断源及中断向量表88

3.3.3 TI公司的Cortex-M3微控制器中断源及中断向量表90

3.3.4 Freescale公司的Cortex-M0＋微控制器中断源及中断向量表92

3.4 ARM Cortex-M微控制器芯片功率控制及外部中断93

3.4.1 功率控制93

3.4.2 外部中断相关寄存器描述99

本章习题99

第4章 基于ARM微控制器的嵌入式程序设计102

4.1 Thumb/Thumb-2指令系统102

4.1.1 ARM Cortex-M0支持的Thumb指令集104

4.1.2 ARM Cortex-M3支持的Thumb-2指令集108

4.1.3 ARM处理器支持的伪指令112

4.2 ARM汇编语言程序设计113

4.2.1 ARM汇编器所支持的伪指令113

4.2.2 ARM汇编语言的语句格式及程序结构117

4.2.3 汇编语言程序设计118

4.2.4 嵌入式C语言与汇编语言混合程序设计123

4.3 存储器映射及外设寻址126

4.3.1 存储器映射126

4.3.2 外设寻址127

4.4 CMSIS及其规范128

4.4.1 CMSIS软件结构及层次128

4.4.2 CMSIS代码规范130

4.4.3 CMSIS文件结构131

4.5 嵌入式C程序设计135

4.5.1 嵌入式程序设计过程135

4.5.2 嵌入式应用程序的处理流程136

4.5.3 嵌入式C语言支持的数据类型及运算符138

4.5.4 嵌入式系统的程序映像141

4.5.5 基于CMSIS规范的启动文件编程示例144

4.5.6 用C语言操作片上外设152

本章习题157

第5章 嵌入式微控制器GPIO及应用160

5.1 GPIO概述160

5.2 GPIO基本工作模式160

5.2.1 GPIO的高阻输入模式160

5.2.2 GPIO的输出模式161

5.2.3 GPIO的准双向I/O模式163

5.2.4 GPIO的上拉和下拉164

5.3 GPIO端口保护措施165

5.4 GPIO端口的中断165

5.4.1 GPIO端口中断触发方式165

5.4.2 典型ARM Cortex-M3微控制器GPIO中断166

5.5 GPIO的典型应用168

5.5.1 数字信号的逻辑电平168

5.5.2 逻辑电平的转换169

5.5.3 GPIO端口引脚功能选择172

5.5.4 GPIO端口操作C语言函数设计177

5.5.5 GPIO端口LED显示电路示例182

5.5.6 GPIO端口的隔离输出184

5.5.7 GPIO端口的隔离输入187

5.5.8 GPIO的非接触式按键输入189

本章习题193

第6章 定时／计数组件及应用195

6.1 通用定时／计数器195

6.1.1 内部定时功能195

6.1.2 外部计数功能196

6.1.3 捕获功能196

6.1.4 匹配功能197

6.1.5 典型嵌入式微控制器的定时／计数器及应用197

6.2 看门狗定时器WDT204

6.2.1 WDT的硬件组成205

6.2.2 WDT相关寄存器206

6.2.3 WDT的应用207

6.3 实时时钟定时器RTC209

6.3.1 RTC的硬件组成209

6.3.2 RTC相关寄存器211

6.3.3 RTC的应用216

6.4 PWM定时器218

6.4.1 PWM概述218

6.4.2 PWM工作原理219

6.4.3 PWM硬件组成及引脚221

6.4.4 PWM相关寄存器223

6.4.5 PWM的应用228

6.5 电机控制PWM定时器MCPWM231

6.5.1 MCPWM概述231

6.5.2 MCPWM硬件组成及引脚231

6.5.3 MCPWM相关寄存器233

6.5.4 MCPWM的应用239

6.6 其他定时部件248

6.6.1 系统节拍定时器SysTick248

6.6.2 重复中断定时器RI248

本章习题249

第7章 模拟通道组件及应用253

7.1 模拟输入／输出系统253

7.2 模／数转换器ADC254

7.2.1 ADC的硬件组成及原理254

7.2.2 ADC相关寄存器255

7.2.3 ADC的应用258

7.3 数／模转换器DAC263

7.3.1 DAC的硬件组成及原理263

7.3.2 DAC相关寄存器265

7.3.3 DAC的应用266

7.4 比较器COMP269

本章习题270

第8章 互连通信组件及应用272

8.1 串行异步收发器UART272

8.1.1 UART及其结构272

8.1.2 UART相关寄存器275

8.1.3 UART的应用283

8.2 I2C总线接口290

8.2.1 I2C总线概述290

8.2.2 I2C串行总线模块结构293

8.2.3 I2C总线操作模式294

8.2.4 I2C总线模块相关寄存器294

8.2.5 I2C总线接口中断297

8.2.6 I2C总线接口的应用297

8.3 SPI串行外设接口305

8.3.1 SPI串行外设接口概述305

8.3.2 SPI寄存器结构307

8.3.3 SPI接口的应用309

8.4 CAN总线接口314

8.4.1 CAN总线接口概述314

8.4.2 CAN控制器组成及相关寄存器315

8.4.3 CAN总线接口的应用321

8.5 以太网Ethernet控制器接口325

8.5.1 Ethernet控制器简介325

8.5.2 Ethernet控制器结构326

8.5.3 Ethernet接口连接328

8.6 常用无线通信接口329

8.6.1 GPS模块329

8.6.2 GPRS模块330

8.6.3 北斗模块330

8.6.4 WiFi及蓝牙331

8.6.5 其他无线模块331

本章习题331

第9章 基于微控制器的嵌入式应用系统设计335

9.1 嵌入式最小系统设计335

9.1.1 最小系统组成335

9.1.2 最小系统设计335

9.2 嵌入式最低功耗系统设计339

9.2.1 最低功耗系统339

9.2.2 嵌入式微控制器的电源工作模式340

9.2.3 嵌入式微控制器的功率控制341

9.2.4 嵌入式低功耗设计步骤及主要内容342

9.3 典型嵌入式应用系统设计343

9.3.1 嵌入式应用系统设计方法及原则343

9.3.2 输入通道设计345

9.3.3 输出通道设计348

9.3.4 人机交互通道设计349

9.3.5 互连通信通道设计350

9.3.6 嵌入式应用系统抗干扰设计351

9.3.7 无操作系统的嵌入式应用系统软件设计354

9.3.8 有操作系统的嵌入式应用系统软件设计355

9.4 嵌入式应用系统调试与测试技术359

9.4.1 硬件调试连接及调试工具359

9.4.2 调试工具及硬软调试360

9.5 嵌入式应用系统设计实例361

9.5.1 嵌入式环境监测监控系统主要设计要求及需求分析361

9.5.2 嵌入式环境监测监控系统体系结构设计363

9.5.3 最小系统设计364

9.5.4 嵌入式环境监控系统模拟通道设计368

9.5.5 嵌入式环境监控系统数字通道设计373

9.5.6 嵌入式环境监控系统人机交互通道设计376

9.5.7 嵌入式环境监控系统互连通信接口设计383

本章习题388

参考文献390