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第1章 嵌入式系统与微控制器1

1.1 嵌入式系统概述1

1.1.1 嵌入式系统的发展与应用2

1.1.2 嵌入式系统的特点4

1.1.3 嵌入式系统的组成4

1.1.4 嵌入式系统的种类6

1.1.5 嵌入式系统的调试方法7

1.2 MCU概述11

1.2.1 MCU的发展历史11

1.2.2 MCU的特点13

1.3 ARMCortex-M4处理器简介13

1.3.1 ARM处理器架构13

1.3.2 Cortex-M4处理器14

1.4 Tiva系列MCU16

1.4.1 TM4C123系列16

1.4.2 TM4C129系列17

1.5 TM4C123GH6PM引脚与电气特性18

1.5.1 GPIO引脚功能选择19

1.5.2 TM4C123GH6PM电气特性21

思考题与习题26

第2章 系统控制27

2.1 功能描述27

2.1.1 器件标识27

2.1.2 复位控制27

2.1.3 电源控制32

2.1.4 时钟控制33

2.1.5 非屏蔽中断40

2.1.6 低功耗模式控制41

2.2 初始化及配置46

2.3 操作示例47

2.3.1 程序流程图47

2.3.2 库函数说明47

2.3.3 示例代码49

2.3.4 操作现象50

思考题与习题50

第3章 存储器52

3.1 存储器简介52

3.1.1 SRAM53

3.1.2 DRAM55

3.1.3 ROM56

3.1.4 Flash56

3.1.5 EEPROM58

3.1.6 存储器扩展58

3.1.7 地址译码60

3.2 存储器空间映射62

3.2.1 普林斯顿结构62

3.2.2 哈佛结构63

3.2.3 大小端模式64

3.3 Tiva微控制器存储器65

3.3.1 TM4C123GH6PM存储器地址映射66

3.3.2 TM4C123GH6PM的ROM66

3.3.3 TM4C123GH6PM的Flash66

3.3.4 EEPROM68

3.4 操作示例71

3.4.1 程序流程图71

3.4.2 库函数说明71

3.4.3 示例代码73

3.4.4 操作现象74

思考题与习题75

第4章 基本接口与外设77

4.1 通用输入／输出（GPIO）77

4.1.1 GPIO简介77

4.1.2 Tiva微控制器GPIO81

4.1.3 数据控制86

4.1.4 中断控制87

4.1.5 初始化及配置88

4.1.6 操作示例91

4.2 通用定时器（Timer）102

4.2.1 定时器简介103

4.2.2 Tiva微控制器定时器103

4.2.3 初始化及配置121

4.2.4 操作示例124

4.3 脉冲宽度调节器（PWM）129

4.3.1 PWM简介129

4.3.2 Tiva微控制器PWM130

4.3.3 初始化及配置140

4.3.4 操作示例141

4.4 看门狗定时器（WDT）146

4.4.1 WDT简介146

4.4.2 Tiva微控制器WDT147

4.4.3 初始化及配置149

4.4.4 操作示例150

4.5 微型直接内存访问（μDMA）155

4.5.1 DMA传输数据过程155

4.5.2 Tiva微控制器μDMA介绍156

4.5.3 初始化及配置170

4.5.4 操作示例176

4.6 休眠控制与RTC190

4.6.1 休眠模块简介191

4.6.2 Tiva微控制器休眠模块与RTC191

4.6.3 初始化及配置200

4.6.4 操作示例203

思考题与习题207

第5章 通信接口与外设208

5.1 基本概念208

5.2 异步串行通信接口（UART）209

5.2.1 UART简介209

5.2.2 Tiva微控制器的UART216

5.2.3 初始化及配置225

5.2.4 操作示例226

5.3 同步串行接口（SSI）230

5.3.1 SSI简介230

5.3.2 数据传输230

5.3.3 极性、相位和帧格式231

5.3.4 Tiva微控制器的SSI234

5.3.5 初始化及配置237

5.3.6 操作示例237

5.4 I2C接口242

5.4.1 I2C简介242

5.4.2 Tiva微控制器的I2C254

5.4.3 初始化及配置258

5.4.4 操作示例259

5.5 CAN模块268

5.5.1 CAN简介268

5.5.2 Tiva微控制器的CAN270

5.6 USB控制器287

5.6.1 USB简介288

5.6.2 Tiva微控制器的USB290

思考题与习题311

第6章 模拟外设313

6.1 模／数转换器（ADC）313

6.1.1 ADC简介313

6.1.2 Tiva微控制器的ADC315

6.1.3 数据比较器单元326

6.1.4 初始化及配置329

6.1.5 操作示例331

6.2 模拟比较器（AC）337

6.2.1 AC简介337

6.2.2 Tiva微控制器的AC338

6.2.3 初始化及配置343

6.2.4 操作示例343

6.3 数／模转换器（DAC）347

6.3.1 DAC7512的基本原理与特点348

6.3.2 DAC工作模式349

6.4 正交编码器（QEI）350

6.4.1 Tiva微控制器的QEI350

6.4.2 中断控制355

6.4.3 初始化及配置355

思考题与习题355

第7章 嵌入式软件设计357

7.1 嵌入式C语言基础357

7.1.1 嵌入式C语言程序设计357

7.1.2 编程风格359

7.1.3 数据类型及声明369

7.1.4 操作符与表达式375

7.2 嵌入式系统软件组成378

7.2.1 裸机嵌入式系统软件378

7.2.2 初始化引导程序379

7.2.3 设备驱动程序379

7.2.4 库函数380

7.3 嵌入式系统软件设计方法380

7.3.1 前后台系统380

7.3.2 中断（事件）驱动系统381

7.3.3 巡回服务系统382

7.3.4 基于定时器的巡回服务系统382

7.4 RTOS基础383

7.4.1 RTOS的基本概念383

7.4.2 使用RTOS的优势384

7.4.3 RTOS的功能组成385

7.4.4 常用的RTOS388

7.5 FreeRTOS389

7.5.1 FreeRTOS的体系结构389

7.5.2 FreeRTOS系统的任务调度机制390

7.5.3 FreeRTOS系统的任务管理机制391

7.5.4 FreeRTOS任务通信与同步机制392

7.5.5 FreeRTOS移植到微控制器的方法393

7.6 FreeRTOS操作示例393

7.6.1 FreeRTOS库函数说明393

7.6.2 示例代码396

思考题与习题401

第8章 低功耗与电磁兼容403

8.1 低功耗设计方法403

8.1.1 利用I/O引脚为外部器件供电403

8.1.2 电源管理单元的设计404

8.1.3 动态改变CPU的时钟频率404

8.1.4 软件系统的低功耗设计405

8.2 电源设计408

8.2.1 电池的选择408

8.2.2 超低静态电流LDO414

8.2.3 直流／直流转换器416

8.3 电磁兼容性419

8.3.1 电磁干扰的形成419

8.3.2 电磁兼容的常用元器件421

8.3.3 电磁兼容的常用技巧423

思考题与习题427

第9章 软件开发环境429

9.1 常用软件开发工具429

9.2 Keil MDK简介430

9.2.1 Keil MDK-ARM的安装431

9.2.2 Keil MDK-ARM工程的建立与调试436

9.3 CCSv6软件开发环境445

9.3.1 CCSv6概述445

9.3.2 CCSv6安装445

9.3.3 CCSv6工程开发448

9.4 TivaWare库453

9.4.1 外设驱动库453

9.4.2 图形库454

9.4.3 USB库455

9.4.4 IQMath库457

9.4.5 传感器库457

思考题与习题457

第10章 硬件实验平台458

10.1 LaunchPad概述459

10.1.1 BoosterPacks460

10.1.2 规格460

10.2 LaunchPad硬件资源461

10.2.1 功能描述468

10.2.2 电源管理471

10.2.3 内部电路调试接口（ICDI）472

10.3 DY-Tiva-PB扩展板简介472

10.3.1 DY-Tiva-PB硬件规格477

10.3.2 DY-Tiva-PB功能单元介绍477

10.3.3 DY-Tiva-PB实验目录482

思考题与习题483

附录 TivaWare库函数清单484

参考文献493