微处理器原理与接口技术——基于树莓派PICO及RP2040芯片

目录 第1章绪论 1．1计算机系统发展史 1．1．1利用机械装置作为计算的辅助工具 1．1．2早期的电子计算机系统 1．1．3计算机的充分发展： 软件与硬件 1．1．4微处理器与嵌入式系统 1．1．5当前计算机系统的特点与发展趋势 1．2数字系统与微处理器 1．2．1一般数字电路的组成 1．2．2微处理器作为数字系统 1．2．3微处理器的指令集 思考题 第2章微处理器的基本原理 2．1整数、实数和文字的编码 2．1．1整数的编码 2．1．2实数的编码 2．1．3文字的编码 2．2微处理器的原理和结构 2．2．1一般微处理器系统的结构 2．2．2微处理器组成部分 2．2．3微处理器内部的数据通路 2．2．4流水线技术 2．3ARM CortexM0+微处理器 2．3．1ARM CortexM0+微处理器的结构 2．3．2寄存器 2．3．3ARM CortexM0+的存储器模型 2．3．4指令的寻址方式 2．3．5ARMv6M指令描述 2．3．6ARMv6M指令编码 思考题 习题 第3章ARM汇编语言程序设计 3．1汇编语言编程方法 3．1．1汇编语言与机器指令 3．1．2常量和表达式 3．1．3汇编语言程序的组织 3．1．4裸机上的程序结构 3．2常用模块的汇编程序设计 3．2．164位加减运算 3．2．2分支程序 3．2．3循环程序 3．2．4子程序调用 3．3汇编语言和高级语言的接口 3．3．1ARM架构过程调用标准 3．3．2C语言环境中的汇编程序框架 思考题 习题 第4章异常和中断 4．1异常和中断概述 4．1．1基本概念 4．1．2中断控制器、中断编号和优先级 4．1．3向量表中的系统异常 4．1．4异常和中断的优先级 4．2异常和中断的响应过程 4．2．1NVIC对中断的响应 4．2．2CPU对异常和中断的响应 4．2．3CPU从中断服务程序中返回 4．2．4中断嵌套 4．3异常与中断的设置 4．3．1中断的使能与屏蔽 4．3．2中断的悬置位和活动位 4．3．3优先级寄存器 4．3．4中断屏蔽寄存器 4．3．5系统异常的相关设置 4．4NVIC中的SysTick定时器 4．4．1SysTick定时器及其寄存器 4．4．2SysTick定时器设置及编程 思考题 习题 第5章RP2040芯片的结构 5．1RP2040芯片的总体结构 5．1．1RP2040芯片的组成 5．1．2双核心系统 5．1．3存储器系统 5．2复位和时钟 5．2．1RP2040芯片的复位 5．2．2RP2040时钟源 5．2．3锁相环倍频电路 5．3RP2040芯片引脚和功能 5．3．1RP2040芯片的封装和引脚功能 5．3．2通用输入输出引脚 5．3．3外部中断 5．3．4GPIO状态、控制和外部中断配置 5．3．5引脚配置 5．3．6通过SIO模块控制GPIO引脚 5．3．7GPIO编程实例 5．4Boot ROM程序 5．4．1引导程序 5．4．2Boot ROM的内容 5．4．3Boot ROM中的功能函数 5．4．4Boot ROM中的数据 思考题 习题 第6章计算机系统总线 6．1简单的存储器总线系统 6．1．1存储器的接口信号 6．1．2基于三态逻辑的总线 6．1．3简单总线电路组成实例 6．1．4简单总线接口电路 6．2AHBLite总线系统 6．2．1简单总线存在的问题 6．2．2AHBLite总线系统的组成 6．2．3基本传输过程 6．2．4传输类型、锁定传输、传输宽度和传输保护 6．2．5突发访问 6．2．6AHBLite总线层次化与互连 6．3高级外围总线 6．3．1APB总线应用场景 6．3．2APB总线信号 6．3．3APB总线的数据传输 6．4RP2040的总线结构 6．4．1RP2040总线概览 6．4．2总线交连矩阵 6．4．3APB桥接器 6．4．4RP2040窄宽度I/O访问 思考题 习题 第7章直接内存操作 7．1直接内存操作概述 7．1．1DMA及DMA控制器 7．1．2DMA控制器的一般结构 7．2RP2040的DMA控制器 7．2．1RP2040的DMA控制器结构 7．2．2开启DMA通道 7．2．3外设对DMA的数据请求 7．2．4DMA的中断 7．3RP2040的直接内存操作编程 7．3．1寄存器定义 7．3．2用中断重新配置DMA 7．3．3DMA控制块 思考题 习题 第8章定时计数器 8．1通用定时计数器 8．1．1通用定时计数器的结构 8．1．2定时计数器的功能实现 8．2RP2040通用定时器 8．2．1通用定时器的组成与结构 8．2．2通用定时器的编程 8．3RP2040的PWM发生器 8．3．1脉冲宽度调制概述 8．3．2PWM部件 8．3．3分数预分频器 8．3．4PWM波形的产生 8．3．5PWM模块的中断 8．3．6时钟源的选择 8．3．7PWM部件的编程 8．4RP2040看门狗定时器 8．4．1看门狗定时器概述 8．4．2看门狗定时器的组成 8．4．3看门狗定时器的编程 8．5实时时钟 8．5．1实时时钟概述 8．5．2RP2040芯片RTC的结构 8．5．3RP2040芯片RTC编程 思考题 习题 第9章串行通信 9．1串行通信概述 9．1．1串行和并行 9．1．2异步串行通信的发展 9．2串行通信的电平规范 9．2．1逻辑电平的传输 9．2．2EIA电平规范 9．2．3差分信号传输 9．3异步串行通信的数据帧 9．3．1异步串行通信的波特率 9．3．2异步串行通信的数据帧组成 9．3．3异步串行通信的流控制 9．3．4传输中断信号 9．4RP2040芯片的串行通信部件 9．4．1RP2040芯片UART的结构 9．4．2RP2040芯片UART的流控制 9．4．3RP2040芯片UART的DMA 9．4．4RP2040芯片UART的中断请求 9．5RP2040芯片的串行通信编程 9．5．1RP2040芯片UART的寄存器 9．5．2RP2040芯片UART的配置 9．5．3RP2040芯片UART数据传输编程 思考题 习题 第10章串行互连总线 10．1SPI串行总线规范 10．1．1利用移位寄存器传输数据 10．1．2摩托罗拉SPI协议规范 10．2RP2040芯片的SPI控制器 10．2．1RP2040芯片的SPI控制器帧格式 10．2．2RP2040芯片的SPI控制器组成 10．2．3RP2040芯片SPI的DMA 10．2．4RP2040芯片SPI的中断 10．3RP2040芯片SPI控制器编程 10．3．1RP2040芯片SPI控制器的寄存器 10．3．2RP2040芯片SPI编程方法 10．4I2C串行总线规范 10．4．1I2C总线的电路连接 10．4．2I2C总线发送单个位的格式 10．4．3I2C总线数据帧格式 10．5RP2040芯片的I2C控制器 10．5．1RP2040芯片的I2C控制器的特性 10．5．2发送FIFO中的数据和命令 10．5．3RP2040芯片I2C作为从器件的操作过程 10．5．4RP2040芯片I2C作为主器件的操作过程 10．5．5I2C定时设置 10．5．6I2C的DMA和中断 10．6RP2040芯片I2C控制器编程 10．6．1寄存器描述 10．6．2利用SDK进行I2C编程 思考题 习题 第11章模数和数模转换 11．1模数转换的基本概念与电路组成 11．1．1采样与采样保持电路 11．1．2A/D转换器的参数 11．1．3逐次比较型A/D转换器 11．1．4ΣΔ型A/D转换器 11．2A/D转换芯片举例 11．2．1ADS7842并行接口12位A/D转换器 11．2．2ADS7822 SPI接口12位A/D转换器 11．2．3ADS1013 I2C接口12位A/D转换器 11．3RP2040芯片内置的A/D及编程 11．3．1RP2040芯片内置A/D转换器 11．3．2RP2040芯片内置A/D转换器的编程 11．4数模转换 11．4．1通过脉冲宽度调制实现模数转换 11．4．2通过电阻网络实现数模转换 11．4．3数模转换器芯片DAC0830 11．4．4串行接口D/A芯片TLC5618 思考题 习题 第12章人机接口技术 12．1按键接口方法 12．1．1独立式按键 12．1．2扫描式按键 12．2LED数码管和点阵 12．2．1发光二极管的导电特性 12．2．2LED数码管 12．2．3七段数码管的驱动方法 12．2．4LED点阵显示模块 12．3液晶显示器件 12．3．1液晶显示的原理 12．3．2笔段式液晶显示器件的驱动方法 12．3．3彩色液晶屏驱动方法 12．4触摸按键与触摸屏 12．4．1触摸按键的电路与接口方法 12．4．2电阻式触摸屏的原理与接口芯片 12．4．3电容式触摸屏的原理与接口芯片 思考题 习题 第13章嵌入式操作系统 13．1嵌入式操作系统原理 13．1．1基本概念 13．1．2嵌入式操作系统的主要功能 13．1．3嵌入式操作系统内核任务调度的实现方式 13．1．4任务状态 13．1．5任务协同与抢占 13．1．6任务调度算法 13．2ARM CM0中多任务的实现方法 13．2．1主堆栈和线程堆栈 13．2．2中断与任务切换 13．2．3任务的初始化 13．3FreeRTOS多任务操作系统 13．3．1FreeRTOS概述 13．3．2FreeRTOS源代码结构 13．3．3FreeRTOS在RP2040芯片的移植 13．3．4FreeRTOS简单应用示例 13．4FreeRTOS任务间的通信机制 13．4．1任务之间共享变量 13．4．2信号量 13．4．3消息队列 13．4．4从中断中操作信号量和消息队列 13．5文件系统 13．5．1文件系统的基本概念 13．5．2FAT文件系统 13．5．3FAT文件系统支持 思考题 习题 参考文献