微处理器系统原理与应用设计

**章 数字处理系统概述 1 1.1 信息处理系统的结构 1 1.2 数制与运算 3 1.2.1 二进制数 4 1.2.2 十六进制数与八进制数 5 1.2.3 二进制算术运算 6 1.2.4 数值编码 7 1.2.5 数据编码与逻辑运算 9 1.3 数字处理系统的构成 10 1.3.1 系统结构 10 1.3.2 处理流程 11 1.3.3 操作描述 11 1.3.4 基于微处理器的系统结构 14 1.4 典型微处理器及系统 14 1.4.1 Intel微处理器 15 1.4.2 ARM处理器 18 1.4.3 微处理器系统的应用 19 习题 20 第二章 微处理器 21 2.1 微处理器的基本架构 21 2.1.1 运算器 21 2.1.2 寄存器组 22 2.1.3 处理电路 24 2.1.4 控制指令 26 2.1.5 数据存储 28 2.1.6 处理器结构 31 2.1.7 存储结构 32 2.2 数据处理 33 2.2.1 指令 33 2.2.2 程序 34 2.2.3 异常处理机制 36 2.3 Cortex-M4处理器内核 37 2.3.1 寄存器组 38 2.3.2 指令执行 38 2.3.3 处理操作 39 2.3.4 特殊寄存器 39 2.4 Cortex-M4存储系统 41 2.4.1 存储器空间映射 41 2.4.2 总线访问 41 2.4.3 栈存储 42 2.4.4 位段操作 44 2.5 异常处理 44 习题 46 第三章 汇编指令 48 3.1 指令体系 48 3.1.1 指令格式 48 3.1.2 指令代码 49 3.1.3 指令执行的描述 50 3.2 数据传输指令 51 3.2.1 寄存器与存储器之间的传输 51 3.2.2 寄存器之间的传输 57 3.2.3 立即数加载到寄存器 58 3.2.4 寄存器与特殊寄存器之间的 传输 59 3.3 数据运算指令 59 3.3.1 算术运算指令 60 3.3.2 逻辑运算指令 61 3.3.3 比较与测试指令 62 3.3.4 移位运算指令 62 3.4 数据转换指令 63 3.4.1 数据扩展指令 63 3.4.2 数据反序指令 64 3.4.3 数据重组指令 64 3.4.4 位域处理指令 65 3.5 流程控制指令 65 3.5.1 跳转指令 66 3.5.2 调用指令 69 3.6 异常处理指令 70 3.6.1 SVC指令 70 3.6.2 CPS指令 71 3.6.3 异常返回触发指令 71 3.7 DSP处理指令 71 3.7.1 饱和运算指令 72 3.7.2 SIMD指令 72 3.7.3 乘与乘加指令 74 习题 76 第四章 程序设计 78 4.1 开发架构 78 4.1.1 编程语言 78 4.1.2 程序的基本要素 79 4.1.3 汇编程序结构 80 4.1.4 集成开发环境 83 4.1.5 启动程序结构 86 4.2 数据定义 87 4.2.1 常量 87 4.2.2 变量 88 4.2.3 数组变量 91 4.2.4 指针变量 92 4.2.5 结构体变量 93 4.2.6 变量共用 94 4.3 数据处理 95 4.3.1 符号扩展加载 95 4.3.2 数据运算 96 4.3.3 运算数据存储 97 4.4 流程结构 97 4.4.1 分支结构 97 4.4.2 循环结构 102 4.5 函数 104 4.5.1 参数传递 105 4.5.2 局部变量分配 107 4.5.3 函数示例 108 4.6 混合编程 109 4.6.1 变量互用 109 4.6.2 函数互调 110 4.6.3 嵌入汇编 111 4.6.4 内联汇编 111 4.7 异常处理 112 习题 115 第五章 片上微处理器系统 117 5.1 系统架构 117 5.1.1 系统总线 118 5.1.2 存储器系统 119 5.1.3 外设接口 120 5.1.4 中断系统 122 5.1.5 直接存储访问器 122 5.2 典型外设 123 5.2.1 通用输入/输出 123 5.2.2 定时/计数设备 124 5.2.3 通信设备 125 5.2.4 模拟/数字转换 129 5.3 Cortex-M4处理器 130 5.3.1 处理器结构 130 5.3.2 处理器总线 131 5.3.3 系统异常与中断 132 5.3.4 SysTick 136 5.4 STM32F4系统结构 138 5.4.1 系统总线 138 5.4.2 系统时钟 140 5.4.3 DMA系统 141 5.5 管脚配置 143 5.6 中断系统 146 5.6.1 中断源 146 5.6.2 EXTI 147 5.6.3 中断程序设计示例 148 习题 149 第六章 常规外设应用设计 151 6.1 平台简介 151 6.2 时钟管理 153 6.3 通用输入/输出 155 6.3.1 GPIO寄存器组 155 6.3.2 GPIO应用设计1 156 6.3.3 GPIO应用设计2 158 6.4 外部中断 160 6.4.1 EXTI寄存器 160 6.4.2 EXTI应用设计 161 6.5 通用定时器 162 6.5.1 通用定时器的常用寄存器 162 6.5.2 定时器应用设计1 164 6.5.3 定时器应用设计2 166 6.6 通用同/异步收发器 168 6.6.1 USART寄存器配置 168 6.6.2 USART收发处理模式 169 6.6.3 USART轮询模式应用设计 170 6.6.4 USART中断模式应用设计 172 6.7 DMA控制器 174 6.7.1 DMAC寄存器 174 6.7.2 USART DMA模式应用设计 176 6.7.3 存储器之间DMA传输 应用设计 178 6.8 模拟/数字转换器 180 6.8.1 ADC寄存器配置 180 6.8.2 ADC应用设计 181 习题 183 第七章 典型微控制系统设计开发 185 7.1 设计需求 185 7.2 电路设计 185 7.2.1 处理器电路 186 7.2.2 接口电路 189 7.2.3 电源电路 191 7.3 电路测试 192 7.4 驱动程序设计 193 7.4.1 数码管显示控制 193 7.4.2 温度测量控制 195 7.4.3 按钮控制 196 7.4.4 异步串口收发控制 197 7.4.5 电机驱动控制 199 7.4.6 时序控制 200 7.5 功能测试 202 7.5.1 测试平台 202 7.5.2 单功能模块测试 203 7.5.3 系统功能模块测试 209 习题 211 附录 C语言程序设计入门 212 参考文献 230