隨著“互聯網+”時代的到來,互聯網及傳統行業對信息通信的要求必將越來越高,對于傳統產業的升級換代也將起到巨大的促進作用。技術變革對于微處理器的科研應用及教學提出了新的要求,在東南大學電氣學院領導和相關任課教師的鼓勵以及TI公司的支持下,作者編著了本書,并作為微機原理與接口課程的教學用書。
本書以嵌入式系統開發和應用實踐為基礎,首先介紹了微機系統的基本工作原理,對于計算機和存儲器、外部設備輸入/輸出接口等做了基本的介紹,便于初學者了解最基本的計算機系統工作原理。隨后重點介紹了TI公司的Tiva系列ARM芯片,使讀者基本了解Tiva系列芯片的結構和特點,對ARM的Cortex-M4處理器內核也有基本介紹。在此基礎上,以TI公司最新的ARM芯片TM4C1294NCPDT為例,詳細介紹了芯片所有的外設和通信接口,并介紹了模數轉換接口。對于以太網部分,由于內容繁雜,本書未做介紹。USB和CAN總線部分,出于同樣的原因,本書僅做粗略介紹。相關內容,作者計劃在后續實踐教學用書中,結合嵌入式操作系統做較為詳細的介紹,以方便需要深入學習和掌握的讀者參考。
本書例程都已在TI公司的CCS開發環境中進行了實際運行測試,并詳細介紹了每個開發步驟,對TivaWare函數庫的應用也做了深入分析,使讀者能夠輕松快速地掌握TI公司ARM芯片的開發過程。
本書在讀者掌握基本數制、碼制規則以及邏輯運算、基本電子電路的基礎上,對讀者理解微處理器工作原理,以及ARM的實際應用有很好的幫助,有利于讀者掌握CCS的開發環境,并且對TI公司的DSP、單片機開發也有一定的參考價值。本書不僅適用于廣大學生作為微機原理和嵌入式系統課程的教學參考書,同時也適用于從事嵌入式系統開發的工程技術人員用于深入了解TI公司ARM的使用開發。
本書由尤鋆編著,肖華鋒老師對第7章的I2C及CAN部分做了大量工作,時斌副教授對本書的內容提出了許多參考意見。學生蔡林君繪制了本書的部分插圖,學生沈昊驄、翟浩、郁浩、聞俊、程都、高艷、溫馨、李蘊力等參與了本書部分文字錄入工作,在此一并表示感謝。
特別感謝TI公司在本書編寫過程中提供的相關技術資料,在TI公司的支持下,本書獲得了教育部“2015年產學合作專業綜合改革項目和國家大學生創新創業訓練計劃聯合基金項目”的支持。本書在編寫及后續實驗平臺開發過程中,還得到了TI公司黃爭、崔萌、王沁等同志的大力支持,在此深表謝意。
本書在編寫過程中,得到了東南大學電工電子實驗中心主任、教學名師胡仁杰教授的大力幫助,在此致以最衷心的感謝。留學生Haroon Ahmed也參與了本書的部分校稿工作,在此一并表示感謝。同時,本書的出版還得到了東南大學“2015年度校級教學改革研究與實踐項目”的支持,在此表示感謝。
東南大學計算機科學與工程學院的任國林老師,在南京火爐一樣的盛夏中,放棄了難得的休假,夜以繼日、披星戴月地審閱本書,付出全身心的熱情和精力,提出了非常中肯的建議和意見,在此深表敬意并送上最衷心的感謝。感謝本書的吉玲編輯,對本書的出版付出了很多努力。
由于作者能力和學識有限,不妥之處在所難免,還有許多地方需要學習、提高和補充,懇請各位讀者多加批評指正。
編著者
目錄
前言
第1章計算機系統基本工作原理1
11計算機的歷史與分類1
111計算機的發展歷程1
112計算機的分類2
12計算機系統2
121計算機基本組成部件3
122計算機常用體系結構4
123計算機基本工作結構4
124常用微處理器類型5
13存儲器7
131存儲器類型8
132半導體存儲器分類10
133半導體存儲器連接11
14輸入/輸出接口14
141輸入/輸出接口的功能14
142輸入/輸出接口的組成15
143輸入/輸出控制的方式16
第2章Tiva129概述20
21Tiva129體系結構20
211TivaC系列概述20
212TM4C1294NCPDT微控制器概覽20
213TM4C1294NCPDT微控制器特性21
22Cortex-M4F處理器24
221框圖25
222概覽25
223編程模型27
224存儲器模型29
225異常模型38
226故障處理41
227電源管理43
23系統控制44
231信號描述44
232功能描述45
233初始化和配置57
第3章ARM指令體系簡介59
[TPMY.tif,+8mm。148mm〗〖1〗目錄31尋址方式59
32ARM常用指令61
33Thumb指令63
第4章ARM程序開發64
41集成開發環境CCStudio介紹64
411CCStudio安裝64
412CCStudio配置69
413CCStudio工程開發75
414StellarisICDI在線調試接口驅動程序的安裝79
415CCStudio工程編譯調試82
42函數庫TivaWare介紹88
421TivaWare安裝88
422TivaWare庫函數89
423TivaWare應用92
第5章Tiva129內部存儲器97
51框圖97
52功能描述97
521SRAM97
522ROM99
523Flash存儲器100
524EEPROM108
525總線矩陣存儲器訪問113
第6章Tiva129外設接口114
61通用輸入/輸出接口114
611信號描述114
612引腳性能115
613功能描述115
614初始化及配置120
615例程122
62外部外設接口123
621EPI框圖124
622信號描述125
623功能描述126
624初始化及配置128
63通用定時器133
631模塊框圖134
632信號描述135
633功能描述136
634初始化及配置147
635例程150
64看門狗定時器151
641模塊框圖152
642功能描述152
643初始化及配置153
644例程154
65脈沖寬度調制器155
651模塊框圖156
652信號描述156
653功能描述158
654初始化及配置163
655例程164
66正交編碼器接口165
661模塊框圖166
662信號描述166
663功能描述167
664初始化及配置169
第7章Tiva129通信接口170
71通用異步收發器170
711模塊框圖171
712信號描述171
713功能描述173
714初始化及配置179
715例程180
72四同步串行接口182
721模塊框圖183
722信號描述184
723功能描述185
724初始化及配置193
73通用串行總線控制器195
731模塊框圖195
732信號描述196
733例程197
74內部集成電路接口198
741模塊框圖198
742信號描述198
743功能描述200
744初始化及配置210
75控制器局域網模塊211
751模塊框圖211
752信號描述211
第8章Tiva129模擬接口213
81模-數轉換器215
811模塊框圖216
812信號描述216
813功能描述218
814初始化及配置229
815例程230
82模擬比較器231
821模塊框圖232
822信號描述232
823功能描述233
824初始化及配置236
825例程236
附錄238
附錄ACortex-M4F指令集簡介238
附錄BTM4C1294芯片引腳圖及引腳信號244
附錄CTM4C1294 Connected LaunchPad評估板簡介259
參考文獻263