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第1章 微控制器的种类、选择和应用1

本章目标1

1.1微控制器1

1.1.1中央处理单元1

1.1.2微处理器1

1.1.3微计算机2

1.1.4计算机系统2

1.1.5微控制器3

1.1.6嵌入式处理器3

1.2微控制器的种类4

1.2.1 8位、16位、32位微控制器4

1.2.2全内嵌式和带外部存储器的微控制器5

1.2.3 CISC和RISC结构微控制器5

1.2.4哈佛和普林斯顿存储结构微控制器6

1.3主流微控制器概览6

1.3.1 8051、扩展8051 XA和8051 MX系列6

1.3.2 MC68HC11/68HC12系列7

1.4微控制器的选择8

1.4.1所需特性列表及需要考虑的因素8

1.4.2处理器和处理器系列的选择9

1.4.3基于片上资源的选择9

1.4.4软件构建块的选择9

1.4.5基于开发工具的选择9

1.5应用实例9

1.5.1自动加工控制10

1.5.2仪器应用11

本章小结12

关键术语13

问题回顾14

实践练习14

多项选择题15

第2章 微控制器的体系结构和资源概述16

本章目标16

2.1微控制器体系结构16

2.1.1 8048和8049微控制器体系结构的功能概述16

2.1.2 8048系列微计算机的管脚和信号18

2.2系列成员19

2.3微控制器资源20

2.3.1总线宽度20

2.3.2程序和数据存储器21

2.3.3并口23

2.3.4 EEPROM和Flash24

2.3.5脉宽调制输出25

2.3.6使用PWM或者定时器的片上D/A转换26

2.3.7片上A/D转换26

2.3.8复位电路27

2.3.9看门狗定时器设备28

2.3.10灵活位处理能力29

2.3.11节电模式29

2.3.12定时器30

2.3.13实时时钟31

2.3.14异步和同步串行通信接口32

2.4高级和下一代微控制器中的资源32

本章小结33

关键术语33

问题回顾35

实践练习36

多项选择题37

第3章 8051/8031系列的体系结构39

本章目标39

3.1 8051微控制器39

3.1.1硬件39

3.1.2端口和电路的IO管脚48

3.2内部和外部存储器52

3.3计数器和定时器57

3.4 Intel 8051的同步串行和异步串行通信接口62

3.4.1串行同步通信64

3.4.2串行异步模式通信65

3.4.3与RS232连接66

3.5中断67

本章小结70

关键术语71

问题回顾73

实践练习74

多项选择题75

第4章 8501系列微控制器指令集77

本章目标77

4.1基本汇编语言编程77

4.1.1机器码77

4.1.2指令中的操作码和操作数77

4.1.3指令周期80

4.1.4指令执行时间80

4.1.5作为指令集合的程序和例程80

4.1.6寻址模式80

4.1.7指令集的指令分类81

4.2数据传送指令82

4.2.1 MOV指令83

4.2.2 MOVC类型指令84

4.2.3 MOVX类型指令85

4.2.4应用SP来使用堆栈区域的PUSH和POP指令86

4.2.5 XCH类型指令87

4.3数据和位处理指令88

4.3.1字节数据处理（清除、求补、循环移位和交换）指令88

4.3.2布尔变量（位）处理和布尔处理指令89

4.4算术指令91

4.5对寄存器、内部RAM和SFR字节进行逻辑操作的指令93

4.6程序流控制指令95

4.6.1周期延迟（NOP）指令96

4.6.2长跳转、绝对跳转和短跳转96

4.6.3条件相对短跳转97

4.6.4递减然后根据是否为0进行条件跳转98

4.6.5比较后跳转98

4.6.6例程调用——无条件返回和从例程中返回99

4.7中断控制流程（RETI指令）100

本章小结101

关键术语101

问题回顾103

实践练习104

多项选择题105

第5章 实时控制：中断107

本章目标107

5.1 MCU的中断处理结构107

5.1.1例程、中断和中断服务例程108

5.1.2 8051中的中断服务109

5.1.3中断源的标识109

5.1.4中断服务例程的地址110

5.2中断等待时间和中断最终期限113

5.3多重中断源113

5.4不可屏蔽中断源114

5.5中断源的使能（解除屏蔽）或者禁用115

5.6轮询来确定中断源及其优先级分配116

5.6.1轮询更高优先级中断源的优点118

5.6.2在ISR结束时轮询更高优先级待响应中断源的优点118

5.7 Intel 8051中的中断结构120

本章小结121

关键术语122

问题回顾123

实践练习123

多项选择题124

第6章 实时控制：定时器126

本章目标126

6.1 MCU中的可编程定时器126

6.1.1编程特性126

6.1.2溢出事件129

6.2自由运行计数器和实时控制130

6.2.1使用输出比较寄存器以及作为自由运行计数器运行的定时器131

6.2.2使用输入采集寄存器133

6.2.3实时钟中断136

6.2.4软件定时器138

6.3中断间隔和密度、约束138

6.3.1中断服务延迟138

6.3.2中断服务间隔141

6.3.3中断密度141

6.3.4中断约束141

本章小结142

关键术语143

问题回顾143

实践练习144

多项选择题144

第7章 系统设计：外设与接口146

本章目标146

7.1 8251串行1O USART通信接口146

7.1.1 8251的编程150

7.1.2处理器和DCE的连接154

7.2 8255并行端口接口155

7.2.1 8255编程160

7.2.2连接8255到处理器163

7.3 8257可编程DMA控制器163

7.3.1 1O事务的方法163

7.3.2 8257编程166

7.3.3连接到8086、 8085、 8096和86HC 11 / 12169

7.4可编程中断控制器8259170

7.5 ADC电路接口173

7.6 DAC电路接口177

7.7内部集成电路接口（12C总线标准）179

本章小结181

关键术语182

问题回顾183

实践练习184

多项选择题185

第8章 系统设计：数字和模拟接口方法187

本章目标187

8.1开关、小键盘和键盘接口187

8.1.1单键按键（开关）及其接口187

8.1.2按键阵列和它的接口189

8.1.3小键盘或者键盘（按键矩阵）和它的接口192

8.2 LED和LED阵列194

8.2.1 LED和LED信号器194

8.2.2 LED或信号器的阵列194

8.2.3 7段十六进制数字的LED阵列195

8.3键盘／显示器控制器（8279）197

8.4文字数字式设备——显示系统和它的接口204

8.4.1 16段数码显示器204

8.4.2点阵显示器205

8.4.3 LCD显示器205

8.4.4 LCD显示器控制器206

8.4.5 LCD显示控制器的接口连接208

8.4.6 Hitachi 44780、 Optrex DMC 16xx、DMC 16xxx、 DMC 20xxx和DMC24xxx系列兼容LCD控制器的编程209

8.5打印机接口213

8.5.1并行接口来连接打印机中的打印控制器213

8.5.2串行RS232C接口来连接打印机中的打印控制器213

8.6使用IEEE 488 （GPIB）总线来实现可编程指令接口214

8.7与Flash存储器连接的接口216

8.8其他一些接口217

8.8.1将MCU端口IO管脚与连接的物理系统光隔离217

8.8.2与线圈的接口217

8.8.3与扩音器的接口217

8.8.4在音乐播放盒中与小键盘和扬声器的接口219

8.8.5在机器人、打印机或工业驱动器中与步进电机的接口219

8.9与大功率设备连接的接口221

8.9.1与输入和输出模块连接的接口221

8.9.2与大功率电机和加热器连接的接口222

8.9.3使用高级微控制器来与功率器件连接的接口223

8.10模拟输入接口223

8.11模拟输出接口224

8.11.1 DC电机控制224

8.11.2伺服电机控制225

8.12光学电机转轴编码器226

8.12.1增量式转动编码器226

8.12.2旋转绝对角度编码器227

8.13工业控制229

8.13.1控制应用229

8.13.2基于MCU的刻度尺229

8.14工业过程控制系统230

8.15 基于MCU测量仪表的原型232

8.16机器人和嵌入式控制235

8.17数字信号处理和数字滤波器236

8.17.1数字信号处理236

8.17.2数字滤波器237

本章小结237

关键术语238

问题回顾241

实践练习242

多项选择题244

第9章 编程框架：汇编语言和C语言编程246

本章目标246

9.1编程基础246

9.1.1寄存器246

9.1.2 Intel 80518位PSW（程序状态字）252

9.1.3 Intel 80x96 16位PSW（程序状态字）253

9.1.4 Motorola 8位68HC 11 CCR（状态条件码）253

9.1.5累加器253

9.1.6指向内存的寄存器（变址寄存器和基址寄存器）255

9.1.7通用数据／地址寄存器和临时内存或寄存器文件256

9.1.8位可访问寄存器257

9.1.9 CPU寄存器结构的考虑258

9.1.10指令和寻址模式259

9.2 CPU寄存器和内部RAM的结构259

9.3汇编语言编程260

9.4汇编程序262

9.5在中断期间保持CPU状态265

9.6传递参数266

9.6.1传递参数266

9.6.2将参数传递到堆栈中267

9.7控制结构268

9.7.1 N路分支（决策块）268

9.7.2循环269

9.8运行时计算分支转移目的地270

9.9 C语言编程和使用GNU工具270

9.9.1用C语言编程271

9.9.2内嵌代码272

9.9.3参数传递273

9.9.4程序编译过程和开发工具273

9.9.5 GNU工具274

本章小结274

关键术语275

问题回顾277

实践练习278

多项选择题279

第10章 编程框架：软件构建模块281

本章目标281

10.1堆栈281

10.2队列286

10.3表292

10.3.1表数据和软件构建模块292

10.3.2查询表298

10.3.3 Hash表300

10.4字符串301

10.4.1字符串作为可变长度的字符数组302

10.4.2将字符串作为程序存储中的常量使用305

10.5状态机306

10.6按键处理308

10.6.1实际使用中的按键处理308

10.6.2监控按键事件并查找按键字符309

本章小结311

关键术语312

问题回顾314

实践练习314

多项选择题315

第11章 系统设计中的实时操作系统317

本章目标317

11.1实时操作系统317

11.1.1多任务系统317

11.1.2多任务系统中的任务定义319

11.1.3多任务系统中的任务特性319

11.1.4实时操作系统320

11.2 Keil RTX51实时操作系统322

11.2.1 RTX51的典型功能特性及其循环调度的使用322

11.2.2 RTX51全功能版中的抢占式调度324

11.2.3 RTX51版本325

11.2.4 RTX51精简版例程326

11.2.5 RTX51全功能版例程327

11.3设计中RTOS的使用328

本章小结331

关键术语331

问题回顾332

实践练习333

多项选择题333

第12章 微控制器应用程序开发工具335

本章目标335

12.1基于系统的微控制器开发阶段335

12.2软件开发周期和应用程序336

12.3软件开发工具337

12.3.1集成开发环境338

12.3.2 RTOS340

12.3.3宏汇编器和反汇编器340

12.3.4编译器340

12.3.5库和库管理器340

12.3.6链接器／定位器和生成hex文件340

12.3.7调试器和模拟器341

12.4来自Keil公司的典型IDE版本和工具341

12.4.1 IDE μVision2341

12.4.2 C51编译器344

12.4.3 A51汇编器346

12.4.4 LIB51库管理器347

12.4.5 BL51链接器／定位器347

12.4.6 OC51分块目标文件转换器和OH51目标文件到Hex文件转换器347

12.5仿真器和在线仿真器348

12.6目标板349

12.7设备编程器350

本章小结351

关键术语351

问题回顾353

实践练习354

多项选择题354

第13章 16位微控制器8096 80196系列357

本章目标357

13.1硬件357

13.1.1 80196系列MCU的CPU、地址和数据总线概述357

13.1.2 80196系统结构359

13.2 Intel 80196系列MCU系统的存储器映射362

13.2.1片内RAM362

13.2.2片内ROM/EPROM365

13.2.3外部程序／数据存储空间（PROM/RAM）366

13.3 IO端口366

13.4可编程定时器及高速输出和输入捕获367

13.5中断368

13.5.1不可屏蔽和可屏蔽中断源368

13.5.2中断服务369

13.6指令369

本章小结371

关键术语371

问题回顾372

实践练习373

多项选择题373

第14章 Motorola MC68HC11系列375

本章目标375

14.1体系结构375

14.1.1内部架构和硬件概述375

14.1.2 68HC11的架构378

14.1.3 256字节地址空间内的寄存器片内RAM380

14.1.4存储器映射383

14.2寻址方式和指令383

14.2.1指令集使用的寻址方式383

14.2.2指令384

14.3接口方法386

14.3.1通用并行IO接口386

14.3.2存储器接口和附加IO端口389

14.3.3 IO接口390

14.3.4串行IO设备390

14.3.5 RS232和RS485391

14.4中断391

14.4.1不可屏蔽和可屏蔽中断源及复位391

14.4.2中断向量和优先级391

14.4.3中断服务392

14.5可编程定时器392

14.5.1时序信号的产生和度量392

14.5.2输入捕获393

14.5.3输出比较393

14.5.4频率度量394

14.5.5脉冲累加器计数器394

14.6模拟接口应用394

本章小结395

关键术语395

问题回顾397

实践练习397

多项选择题397

第15章 ARM 32位MCU：架构、编程和开发工具399

本章目标399

15.1 16/32位处理器简介399

15.2 ARM体系结构和组织400

15.3 ARM/THUMB编程模式404

15.4 ARM/THUMB指令集406

15.4.1 32/16位ARM指令集406

15.4.2 32位指令格式410

15.4.3 Thumb指令集扩展411

15.4.4 ARM异常处理415

15.4.5汇编和C编程（GNU工具）417

15.4.6 ARM/Thumb配合工作418

15.5开发工具418

本章小结421

关键术语422

问题回顾423

实践练习424

多项选择题424

附录A426

附录B428

附录C431

附录D433

附录E434

附录F435

附录G437

多项选择题答案442

参考文献444