了得網計算機/網絡_單片機與嵌入式繫統

內容簡介

本書將單片機的基礎性與嵌入式繫統的先進性有機結合在一起，首先將MCS?51單片機作為學習微處理器的入門實例，使學生能夠較快理解微處理器的基本構成結構和工作原理，然後在此基礎上介紹具有一定學習難度的ARM微處理器、接口技術及軟件開發技術。同時還結合Protues仿真軟件介紹了各種應用開發實例，使理論教學與實踐教學緊密結合，具有較高的實用和參考價值。
本書為配合*“卓越工程師教育培養計劃”和軍隊院校教育改革而編寫，全書共分9章，包括嵌入式繫統概述、嵌入式繫統硬件基礎、單片機結構與C語言開發技術、單片機工作原理、單片機小繫統綜合應用、ARM嵌入式微處理器、嵌入式繫統接口技術、嵌入式操作繫統和嵌入式繫統BSP、移植及驅動開發等內容。

第1章嵌入式繫統概述

1.1 嵌入式繫統的定義

1.1.1 嵌入式繫統定義

1.1.2 嵌入式繫統的特征

1.1.3 嵌入式繫統與通用計算機繫統的區別

1.2 嵌入式繫統的基本結構

1.2.1 嵌入式繫統的硬件

1.2.2 嵌入式繫統的軟件

1.2.3 嵌入式繫統的中間層

1.3 嵌入式繫統的應用

1.3.1 嵌入式繫統的應用領域

1.3.2 嵌入式繫統的實例

1.4 嵌入式繫統的發展

1.4.1 嵌入式繫統的歷史

1.4.2 嵌入式繫統的發展現狀

1.4.3 嵌入式繫統的發展趨勢

1.5 本章小結

第2章嵌入式繫統硬件基礎

2.1 基本概念

2.1.1 復雜指令集和精簡指令集

2.1.2 馮諾依曼體繫結構

2.2 基本硬件組件

2.2.1 中央處理器

2.2.2 存儲器

2.2.3 輸入設備

2.2.4 輸出設備

2.2.5 總線

2.3 本章小結

第3章單片機結構與C語言開發技術

3.1 MCS?51單片機的結構

3.1.1 MCS?51繫列單片機簡介

3.1.2 MCS?51單片機的結構及引腳功能

3.1.3 MCS?51的存儲器結構

3.1.4 時鐘電路與時序

3.1.5 並行輸入/輸出端口結構

3.1.6 單片機的復位

3.2 單片機C語言程序設計基礎

3.2.1 C語言與MCS?51

3.2.2 C51數據類型

3.2.3 C51數據存儲類型

3.2.4 C51運算符、表達式及其規則

3.2.5 C51流程控制語句

3.2.6 C51函數

3.3 本章小結

第4章單片機工作原理

4.1 定時器/計數器

4.1.1 定時器/計數器的結構和功能

4.1.2 方式寄存器和控制寄存器

4.1.3 定時器/計數器的工作方式

4.1.4 定時器/計數器應用舉例

4.2 MCS?51單片機中斷繫統

4.2.1 中斷的概念

4.2.2 MCS?51單片機中斷繫統

4.2.3 外中斷源的擴展

4.2.4 中斷繫統的應用

4.3 單片機繫統擴展

4.3.1 單片機的片外總線結構

4.3.2 外部程序存儲器擴展

4.3.3 外部數據存儲器擴展

4.4 單片機鍵盤及顯示接口

4.4.1 鍵盤接口原理

4.4.2 顯示器接口原理

4.5 本章小結

第5章單片機小繫統綜合應用

5.1 單片機小繫統設計制作

5.1.1 單片機小繫統硬件設計

5.1.2 單片機小繫統時鐘、復位、譯碼電路

5.2 人機接口技術

5.2.1 鍵盤接口電路及程序設計

5.2.2 數碼管接口電路及程序設計

5.2.3 液晶接口電路及程序設計

5.3 片外存儲器擴展

5.3.1 片外靜態RAM擴展及程序設計

5.3.2 片外串行E2PROM擴展及程序設計

5.4 單片機小繫統與FPGA接口電路及程序設計

5.5 本章小結

第6章 ARM嵌入式微處理器

6.1 ARM處理器簡介

6.2 ARM微處理器繫列

6.3 ARM微處理器體繫結構

6.3.1 RISC體繫結構

6.3.2 ARM微處理器工作模式及狀態

6.3.3 ARM微處理器的寄存器結構

6.3.4 ARM微處理器的異常處理

6.3.5 ARM處理器存儲結構

4.3.6 ARM處理器的存儲映射I/O及內部總線

6.4 ARM微處理器的應用選型

6.5 LPC214X繫列ARM芯片應用開發

6.5.1 LPC214X繫列ARM芯片簡介

6.5.2 LPC2148引腳描述

6.5.3 LPC2148小繫統設計

6.5.4 LPC2148內置Flash的燒寫

6.6 本章小結

第7章嵌入式繫統接口技術

7.1 串行通信基本概念

7.2 RS?232C接口

7.2.1 接口信號

7.2.2 技術指標

7.2.3 RS?232的幀結構

7.2.4 RS?232的編程和使用

7.2.5 LPC2106串口的編程與應用

7.3 SPI通信接口

7.3.1 什麼是SPI

7.3.2 SPI接口定義及通信原理

7.3.3 DS1302實時時鐘及其應用

7.4 I２C通信接口

7.4.1 什麼是I2C

7.4.2 I2C特性

7.4.3 I2C的基本術語及協議分析

7.4.4 24C04基本應用仿真

7.5 USB通信接口

7.5.1 什麼是USB

7.5.2 USB協議簡析

7.6 CAN總線接口

7.6.1 CAN總線概述

7.6.2 CAN總線特性及優點

7.6.3 CAN的報文傳輸

7.7 本章小結

第8章嵌入式操作繫統

8.1 計算機操作繫統的基本概念

8.1.1 什麼是計算機操作繫統

8.1.2 操作繫統的作用及定義

8.2 計算機操作繫統的歷史

8.2.1 手工操作階段

8.2.2 早期批處理階段

8.2.3 執行繫統階段

8.2.4 多道程序繫統階段

8.2.5 操作繫統的形成

8.2.6 操作繫統的發展

8.3 操作繫統的分類

8.3.1 批處理操作繫統

8.3.2 分時操作繫統

8.3.3 實時操作繫統

8.3.4 其他操作繫統

8.4 操作繫統功能

8.5 實時操作繫統基本概念

8.5.1 實時繫統及其特點

8.5.2 計算機實時操作繫統及相關概念

8.5.3 進程和線程

8.5.4 嵌入式實時操作繫統

8.5.5 常見嵌入式實時操作繫統

8.6 RTX嵌入式操作繫統

8.6.1 RTX?51簡介

8.6.2 RTX?51特點

8.6.3 RTX?51任務管理

8.6.4 RTX?51事件

8.6.5 RTX?51 Tiny繫統函數

8.6.6 RTX?51 Tiny程序設計仿真

8.6.7 使用OS編程的優勢

8.7 本章小結

前言

從20世紀70年代款單片機誕生開始，嵌入式技術經過近40年的發展歷程，已經在消費電子、工業控制、信息家電、交通管理、儀器儀表、武器裝備等各個領域得到廣泛應用，亦已成為當今IT應用領域中熱門、有發展前途的行業之一。嵌入式技術的發展和應用促使我國嵌入式繫統市場快速增長，使得企業對嵌入式繫統人纔的需求不斷加大，同時對嵌入式繫統人纔質量的要求也在提高。嵌入式繫統技術是跨學科、跨行業的技術，嵌入式繫統人纔應是有較強實踐經驗的復合型工程技術人員，在今後的很長一段時間內，嵌入式繫統工程師的發展前景都將十分廣闊，培養合格的嵌入式繫統工程師已經成為嵌入式繫統人纔教育的核心目標。本書共分9章，主要內容和篇章結構安排如下：第1章嵌入式繫統概述。首先介紹了嵌入式繫統的定義，接著給出了嵌入式繫統一般架構。然後介紹了嵌入式繫統的應用領域，並通過我們身邊的典型嵌入式設備來舉例說明嵌入式繫統的架構。後分析了嵌入式繫統的歷史及發展趨勢。第2章嵌入式繫統硬件基礎。首先介紹了嵌入式繫統硬件的基本概念，包括復雜指令集與精簡指令集的定義與區別，以及馮諾依曼體繫結構的特點及其局限性。然後詳細介紹了嵌入式繫統硬件的基本組成，包括中央處理器、存儲器、輸入設備、輸出設備以及總線的特點、類別及現狀。第3章單片機結構與C語言開發技術。介紹了MCS?51單片機的基本組成，包括單片機的內部結構、引腳結構和功能、存儲器結構、時鐘復位電路等內容，是單片機繫統應用的硬件基礎。同時還講述了開發單片機的C語言基礎，介紹了開發單片機過程中所使用的C語言與傳統C語言的異同點，重點介紹了在使用C51過程中數據存儲空間的分配、特殊功能寄存器的定義等內容。第4章單片機工作原理。詳細介紹了MCS?51單片機的內部資源及其工作原理，其中包括定時器的構成、工作原理及應用，中斷繫統構成、工作原理及其應用，外部存儲器的擴展與應用，鍵盤及顯示接口電路及應用。第5章單片機小繫統綜合應用。以國防科學技術大學電子科學與技術實驗中心所設計的單片機小繫統為例，詳細介紹了單片機小繫統的硬件組成和對應的軟件驅動，包括89S52核心單片機、時鐘復位譯碼電路結構、鍵盤顯示電路結構和工作原理、外部數據存儲器的擴展和工作原理、單片機小繫統與FPGA小繫統的接口設計以及驅動程序。第6章ARM嵌入式微處理器。對ARM處理器的基本概念、應用領域、處理器的分類、應用選型等方面做了簡單介紹，重點講述了ARM微處理器的體繫結構以及ARM處理器的工作流程。後以LPC214X繫列ARM為例，簡要介紹了其軟硬件設計開發流程，以及程序的固化。第7章入式繫統接口技術。介紹了串行通信的基本概念，對RS?232、SPI、I2C、USB、CAN等常見的嵌入式繫統接口進行了簡要介紹，並給出了RS?232、SPI、I2C接口在ARM或8051繫統中應用的簡單例子。第8章嵌入式操作繫統。首先介紹了計算機操作繫統的基本概念、發展歷史、分類及功能，在此基礎上，對嵌入式繫統中常用的實時操作繫統進行了簡要介紹。後，以RTX為例，給出了如何在單片機中實現嵌入式實時操作繫統的使用方法。第9章嵌入式繫統BSP、移植及驅動開發。首先介紹了嵌入式繫統板級支持包，即BSP，它是嵌入式繫統開發的關鍵環節。然後介紹了嵌入式繫統的一個重要概念——移植，嵌入式繫統的設計必須要考慮可移植性。後介紹了嵌入式繫統的驅動程序開發。本書是為配合*“卓越工程師教育培養計劃”及軍隊院校教育改革，結合國防科學技術大學多年教育和科研項目的成果而編寫的。關永峰組織了全書的編寫工作並編寫了第3~5章，於紅旗編寫了第6~8章，聶洪山編寫了第1、9章，劉海軍編寫了第2章，李貴林參與編寫了第3～5章的部分內容。庫錫樹、劉菊榮對全書進行了認真的校對與審查，習勇、孫兆林、徐欣為本書的編寫提供了寶貴的建議。由於編者水平有限，難免有疏漏的地方，懇請讀者批評指正。編者? 2012年9月

從20世紀70年代款單片機誕生開始，嵌入式技術經過近40年的發展歷程，已經在消費電子、工業控制、信息家電、交通管理、儀器儀表、武器裝備等各個領域得到廣泛應用，亦已成為當今IT應用領域中熱門、有發展前途的行業之一。嵌入式技術的發展和應用促使我國嵌入式繫統市場快速增長，使得企業對嵌入式繫統人纔的需求不斷加大，同時對嵌入式繫統人纔質量的要求也在提高。嵌入式繫統技術是跨學科、跨行業的技術，嵌入式繫統人纔應是有較強實踐經驗的復合型工程技術人員，在今後的很長一段時間內，嵌入式繫統工程師的發展前景都將十分廣闊，培養合格的嵌入式繫統工程師已經成為嵌入式繫統人纔教育的核心目標。
本書共分9章，主要內容和篇章結構安排如下：第1章
嵌入式繫統概述。首先介紹了嵌入式繫統的定義，接著給出了嵌入式繫統一般架構。然後介紹了嵌入式繫統的應用領域，並通過我們身邊的典型嵌入式設備來舉例說明嵌入式繫統的架構。後分析了嵌入式繫統的歷史及發展趨勢。
第2章
嵌入式繫統硬件基礎。首先介紹了嵌入式繫統硬件的基本概念，包括復雜指令集與精簡指令集的定義與區別，以及馮諾依曼體繫結構的特點及其局限性。然後詳細介紹了嵌入式繫統硬件的基本組成，包括中央處理器、存儲器、輸入設備、輸出設備以及總線的特點、類別及現狀。
第3章
單片機結構與C語言開發技術。介紹了MCS?51單片機的基本組成，包括單片機的內部結構、引腳結構和功能、存儲器結構、時鐘復位電路等內容，是單片機繫統應用的硬件基礎。同時還講述了開發單片機的C語言基礎，介紹了開發單片機過程中所使用的C語言與傳統C語言的異同點，重點介紹了在使用C51過程中數據存儲空間的分配、特殊功能寄存器的定義等內容。
第4章
單片機工作原理。詳細介紹了MCS?51單片機的內部資源及其工作原理，其中包括定時器的構成、工作原理及應用，中斷繫統構成、工作原理及其應用，外部存儲器的擴展與應用，鍵盤及顯示接口電路及應用。
第5章
單片機小繫統綜合應用。以國防科學技術大學電子科學與技術實驗中心所設計的單片機小繫統為例，詳細介紹了單片機小繫統的硬件組成和對應的軟件驅動，包括89S52核心單片機、時鐘復位譯碼電路結構、鍵盤顯示電路結構和工作原理、外部數據存儲器的擴展和工作原理、單片機小繫統與FPGA小繫統的接口設計以及驅動程序。
第6章
ARM嵌入式微處理器。對ARM處理器的基本概念、應用領域、處理器的分類、應用選型等方面做了簡單介紹，重點講述了ARM微處理器的體繫結構以及ARM處理器的工作流程。後以LPC214X繫列ARM為例，簡要介紹了其軟硬件設計開發流程，以及程序的固化。
第7章
入式繫統接口技術。介紹了串行通信的基本概念，對RS?232、SPI、I2C、USB、CAN等常見的嵌入式繫統接口進行了簡要介紹，並給出了RS?232、SPI、I2C接口在ARM或8051繫統中應用的簡單例子。
第8章
嵌入式操作繫統。首先介紹了計算機操作繫統的基本概念、發展歷史、分類及功能，在此基礎上，對嵌入式繫統中常用的實時操作繫統進行了簡要介紹。後，以RTX為例，給出了如何在單片機中實現嵌入式實時操作繫統的使用方法。
第9章
嵌入式繫統BSP、移植及驅動開發。首先介紹了嵌入式繫統板級支持包，即BSP，它是嵌入式繫統開發的關鍵環節。然後介紹了嵌入式繫統的一個重要概念——移植，嵌入式繫統的設計必須要考慮可移植性。後介紹了嵌入式繫統的驅動程序開發。
本書是為配合*“卓越工程師教育培養計劃”及軍隊院校教育改革，結合國防科學技術大學多年教育和科研項目的成果而編寫的。關永峰組織了全書的編寫工作並編寫了第3~5章，於紅旗編寫了第6~8章，聶洪山編寫了第1、9章，劉海軍編寫了第2章，李貴林參與編寫了第3～5章的部分內容。庫錫樹、劉菊榮對全書進行了認真的校對與審查，習勇、孫兆林、徐欣為本書的編寫提供了寶貴的建議。
由於編者水平有限，難免有疏漏的地方，懇請讀者批評指正。編者? 2012年9月

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