正版 嵌入式微处理器程序设计:从Arduino到ARM 唐光义,高俊锋,沙

【章名目录】

01　初识ARM微处理器　1

02　Arduino Due简介　17

03　Arduino编程基础　32

04　基于Arduino的应用开发　53

05　ARM编程基础　76

06　Cortex-M3微处理器　96

07　Thumb-2指令集　114

08　PIO接口　141

09　异常处理　157

10　定时/计数器TC　182

11　UART　199

12　ADC　216

13　DAC　237

【详细目录】

01　初识ARM微处理器　1

1．1 ARM微处理器概述　1

1．1．1 ARM公司的发展历史　2

1．1．2 ARM微处理器的架构　3

1．1．3 ARM微处理器的特点　6

1．1．4 ARM微处理器的应用领域　6

1．2 ARM微处理器的开发工具　8

1．2．1 交叉编译环境　8

1．2．2 软件开发工具　9

1．2．3 硬件开发工具　12

1．3 ARM微处理器的开发方法简介　13

1．3．1 基于Arduino的应用开发　13

1．3．2 基于CMSIS的应用开发　14

思考与练习　16

02　Arduino Due简介　17

2．1 Arduino Due概述　17

2．2 功能特点　18

2．3 参数规格　19

2．4 硬件平台的结构　20

2．4．1 元件布局　20

2．4．2 连接器　20

2．4．3 跳线器　21

2．5 硬件电路的设计原理　21

2．5．1 微处理器电路　21

2．5．2 电源电路　23

2．5．3 复位电路　25

2．5．4 时钟源电路　25

2．5．5 LED显示电路　25

2．5．6 JTAG接口电路　26

2．5．7 SWD接口电路　26

2．5．8 电源扩展接口电路　27

2．5．9 I/O扩展接口电路　27

2．5．10 USB接口电路　28

2．5．11 USB转串口电路　29

2．5．12 擦除按键接口电路　30

2．5．13 TWI电路　30

2．5．14 SPI电路　30

思考与练习　31

03　Arduino编程基础　32

3．1 搭建Arduino开发环境　32

3．1．1 安装Arduino IDE　32

3．1．2 Arduino IDE结构　34

3．1．3 Arduino IDE的主界面　35

3．2 Arduino编程语言基础　39

3．2．1 语法符号　40

3．2．2 数据类型　41

3．2．3 常量与变量　42

3．2．4 控制结构　44

3．3 Arduino程序的结构　47

3．4 Arduino入门项目——Blink　48

3．4．1 实验材料　48

3．4．2 硬件电路　48

3．4．3 连接硬件电路并安装驱动　48

3．4．4 编辑程序　50

3．4．5 设置开发板及串行通信接口　50

3．4．6 编译程序　51

3．4．7 下载并运行程序　51

思考与练习　52

04　基于Arduino的应用开发　53

4．1 数字量I/O　53

4．1．1 数字量I/O函数　53

4．1．2 编程实验：键控流水灯　54

4．2 模拟量I/O　56

4．2．1 模拟量输入函数　56

4．2．2 编程实验：光强度自动报警系统　57

4．2．3 模拟量输出函数　58

4．2．4 编程实验：简易调色LED灯　59

4．2．5 编程实验：三角波发生器　61

4．3 串行通信　61

4．3．1 串行通信接口函数　62

4．3．2 编程实验：回音壁　66

4．4 中断处理　67

4．4．1 中断处理函数　67

4．4．2 编程实验：键控LED灯　68

4．4．3 编程实验：中断方式的回音壁　69

4．4．4 编程实验：控制中断　70

4．5 其他功能函数　72

4．5．1 时间函数　72

4．5．2 高级I/O操作函数　72

4．5．3 编程实验：测量程序的执行时间　73

4．5．4 编程实验：74HC595芯片驱动多路LED灯　74

思考与练习　75

05　ARM编程基础　76

5．1 ARM编程与Arduino编程的比较　76

5．1．1 Arduino编程的局限性　76

5．1．2 Arduino引脚　77

5．2 ARM开发工具概述　78

5．2．1 MDK概述　78

5．2．2 ULINK 2概述　81

5．3 ARM编程入门向导　81

5．3．1 MDK环境简介　81

5．3．2 简单工程示例　86

思考与练习　95

06　Cortex-M3微处理器　96

6．1 Cortex-M3微处理器内核　96

6．1．1 Cortex-M3微处理器内核简介　98

6．1．2 三级流水线　99

6．1．3 总线系统　100

6．2 Cortex-M3微处理器工作模式和访问级别　101

6．3 Cortex-M3寄存器组成　103

6．3．1 通用寄存器R0～R12　103

6．3．2 通用寄存器R13　104

6．3．3 通用寄存器R14　104

6．3．4 通用寄存器R15　105

6．3．5 特殊功能寄存器　105

6．4 存储器系统　109

6．4．1 存储器映射　109

6．4．2 位带操作　110

6．4．3 非对齐数据传送　113

思考与练习　113

07　Thumb-2指令集　114

7．1 Thumb-2指令集概述　114

7．2 寻址方式　116

7．3 Thumb-2指令集分类　121

7．4 Thumb-2常用指令详细介绍　122

7．4．1 数据传送指令　122

7．4．2 存储器访问指令　123

7．4．3 算术运算指令　126

7．4．4 逻辑运算指令　130

7．4．5 比较和测试指令　131

7．4．6 子程序调用与无条件转移指令　132

7．4．7 移位指令　134

7．4．8 符号扩展指令　134

7．4．9 字节调序指令　135

7．4．10 位操作指令　136

7．4．11 饱和运算指令　137

7．4．12 隔离指令　139

7．4．13 If-Then指令　140

思考与练习　140

08　PIO接口　141

8．1 PIO接口概述　141

8．2 PIO接口结构　143

8．3 PIO接口的基本功能　144

8．3．1 输出控制　145

8．3．2 输入控制　146

8．4 PIO接口的寄存器描述　147

8．5 PIO接口的输入/输出操作　152

8．5．1 PIO接口的数据结构　152

8．5．2 PIO接口的操作步骤　154

8．5．3 编程实验：键控灯　154

思考与练习　156

09　异常处理　157

9．1 异常类型　158

9．2 异常优先级　164

9．2．1 优先级的定义　164

9．2．2 优先级分组　165

9．3 异常向量表　166

9．4 异常处理过程　167

9．4．1 异常响应过程　167

9．4．2 异常处理返回过程　169

9．4．3 特殊情况的处理　169

9．5 NVIC　171

9．6 异常处理的基本操作　178

9．6．1 异常处理的数据结构　178

9．6．2 异常处理的操作步骤　179

9．6．3 编程实验：定时闪烁灯　179

思考与练习　181

10　定时/计数器TC　182

10．1 定时/计数器概述　182

10．2 定时/计数器的工作原理　184

10．2．1 定时/计数器工作模式　184

10．2．2 时钟的选择和控制　185

10．2．3 触发器　187

10．2．4 捕获模式　187

10．2．5 波形模式　188

10．3 定时/计数器的寄存器描述　194

10．4 定时/计数器的基本操作　195

10．4．1 定时/计数器的数据结构　195

10．4．2 定时/计数器的操作步骤　196

10．4．3 编程实验：呼吸灯　196

思考与练习　198

11　UART　199

11．1 UART概述　199

11．2 UART的基本功能　200

11．3 UART的寄存器描述　206

11．4 UART通信的基本操作　212

11．4．1 UART的数据结构　212

11．4．2 UART的操作步骤　212

11．4．3 编程实验：回音壁　213

思考与练习　215

12　ADC　216

12．1 ADC概述　216

12．1．1 ADC的工作原理　216

12．1．2 ADC的分类和特点　217

12．1．3 ADC的主要技术指标　218

12．2 ADC的结构　219

12．2．1 内部结构图　219

12．2．2 ADC的主要特性　220

12．2．3 基本信号描述　220

12．3 ADC的基本功能　221

12．3．1 模数转换过程　221

12．3．2 分辨率设置　222

12．3．3 转换结果　222

12．3．4 触发转换的类型　222

12．3．5 睡眠模式和序列转换器　222

12．4 ADC的寄存器描述　223

12．5 ADC的基本操作　231

12．5．1 ADC的数据结构　231

12．5．2 ADC的操作步骤　232

12．5．3 编程实验：电压表　233

思考与练习　236

13　DAC　237

13．1 DAC概述　237

13．1．1 DAC的工作原理　237

13．1．2 DAC的分类　238

13．1．3 DAC的主要技术指标　239

13．2 DAC的结构　239

13．2．1 内部结构图　239

13．2．2 DAC的主要特性　240

13．2．3 基本信号描述　240

13．3 DAC的基本功能　241

13．3．1 数模转换过程　241

13．3．2 工作时序　242

13．4 DAC的寄存器描述　243

13．5 DAC的基本操作　250

13．5．1 DAC的数据结构　250

13．5．2 DAC的操作步骤　250

13．5．3 编程实验：方波发生器　251

思考与练习　252

唐光义：

男，副教授，任教于哈尔滨理工大学计算机科学与技术学院，主持并完成多个省级和校级的教学改革项目，主持并完成多个横向科研项目，出版教材一部，公开发表学术论文20余篇；具有多年从事嵌入式系统开发、分布式系统开发的实战经验，一直在一线教学岗位任教，对于当前学校的教学状态、学生能力素质培养和学生学习兴趣激发有比较全面的了解。

本书以开源硬件平台Arduino Due为教学实验平台，以ARM芯片SAM3X8E为对象，介绍了ARM微处理器编程的方法和流程。本书内容包括ARM微处理器的发展历史、应用领域、分类以及ARM微处理器的软件开发工具和硬件开发工具，涵盖了ARM微处理器的两种编程模式：Arduino编程和ARM编程。本书内容由易到难，讲解循序渐进，并且提供了大量翔实的应用实例供读者参考，所有实例都给出了完整的程序。

本书取材新颖、内容丰富、重点突出、深入浅出、富有启发性和可操作性，便于教学，可为初学者提供学习参考。本书既可以作为高等院校电子、通信、自动化以及计算机等相关专业的教材，也可以作为相关领域工程技术人员的培训用书或参考手册。

本书特色

（1）本书将 Arduino 编程与 ARM 编程有机地结合起来，有效发挥二者的优势，扬长避短。

（2）无论是 ARM 编程还是 Arduino 编程，本书都为读者设计了大量的实例以供练习与实践。

（3）本书中的 Arduino 实例与 ARM 实例是互通的，这有利于读者对照学习，了解 Arduino 编程的实现过程。

（4）本书综合了 ARM 微处理器的两种编程模式，且过渡自然。

（5）本书提供PPT、教案、教学大纲、源代码等教辅资源，助力高校教师高效教学。

特别说明

1. 嵌入式系统开发直接上来就讲解ARM编程，难度过大，读者很难接受，特别是二本、三本院校的学生。本书则是先介绍Arduino编程，然后介绍ARM编程，这样有利于读者逐步深入学习；而且本书将2种编程模式紧密结合，过渡自然。

2. 嵌入式系统开发课程具有较强的操作实践性，为此，本书针对每章的知识点都设计了操作实例以服务案例教学。

3. 本书中的Arduino编程实例与ARM编程实例是互通的，有利于读者对照学习，了解Arduino的实现过程并掌握ARM的实现原理。