单片机与嵌入式系统

　　本书将单片机的基础性与嵌入式系统的先进性有机结合在一起，首先将MCS?51单片机作为学习微处理器的入门实例，使学生能够较快理解微处理器的基本构成结构和工作原理，然后在此基础上介绍具有一定学习难度的ARM微处理器、接口技术及软件开发技术。同时还结合Protues仿真软件介绍了各种应用开发实例，使理论教学与实践教学紧密结合，具有较高的实用和参考价值。
本书为配合*“卓越工程师教育培养计划”和军队院校教育改革而编写，全书共分9章，包括嵌入式系统概述、嵌入式系统硬件基础、单片机结构与C语言开发技术、单片机工作原理、单片机小系统综合应用、ARM嵌入式微处理器、嵌入式系统接口技术、嵌入式操作系统和嵌入式系统BSP、移植及驱动开发等内容。

第1章 嵌入式系统概述
1.1 嵌入式系统的定义
1.1.1 嵌入式系统定义
1.1.2 嵌入式系统的特征
1.1.3 嵌入式系统与通用计算机系统的区别
1.2 嵌入式系统的基本结构
1.2.1 嵌入式系统的硬件
1.2.2 嵌入式系统的软件
1.2.3 嵌入式系统的中间层
1.3 嵌入式系统的应用
1.3.1 嵌入式系统的应用领域
1.3.2 嵌入式系统的实例
1.4 嵌入式系统的发展
1.4.1 嵌入式系统的历史
1.4.2 嵌入式系统的发展现状
1.4.3 嵌入式系统的发展趋势
1.5 本章小结
第2章 嵌入式系统硬件基础
2.1 基本概念
2.1.1 复杂指令集和精简指令集
2.1.2 冯诺依曼体系结构
2.2 基本硬件组件
2.2.1 中央处理器
2.2.2 存储器
2.2.3 输入设备
2.2.4 输出设备
2.2.5 总线
2.3 本章小结
第3章 单片机结构与C语言开发技术
3.1 MCS?51单片机的结构
3.1.1 MCS?51系列单片机简介
3.1.2 MCS?51单片机的结构及引脚功能
3.1.3 MCS?51的存储器结构
3.1.4 时钟电路与时序
3.1.5 并行输入/输出端口结构
3.1.6 单片机的复位
3.2 单片机C语言程序设计基础
3.2.1 C语言与MCS?51
3.2.2 C51数据类型
3.2.3 C51数据存储类型
3.2.4 C51运算符、表达式及其规则
3.2.5 C51流程控制语句
3.2.6 C51函数
3.3 本章小结
第4章 单片机工作原理
4.1 定时器/计数器
4.1.1 定时器/计数器的结构和功能
4.1.2 方式寄存器和控制寄存器
4.1.3 定时器/计数器的工作方式
4.1.4 定时器/计数器应用举例
4.2 MCS?51单片机中断系统
4.2.1 中断的概念
4.2.2 MCS?51单片机中断系统
4.2.3 外中断源的扩展
4.2.4 中断系统的应用
4.3 单片机系统扩展
4.3.1 单片机的片外总线结构
4.3.2 外部程序存储器扩展
4.3.3 外部数据存储器扩展
4.4 单片机键盘及显示接口
4.4.1 键盘接口原理
4.4.2 显示器接口原理
4.5 本章小结
第5章 单片机小系统综合应用
5.1 单片机小系统设计制作
5.1.1 单片机小系统硬件设计
5.1.2 单片机小系统时钟、复位、译码电路
5.2 人机接口技术
5.2.1 键盘接口电路及程序设计
5.2.2 数码管接口电路及程序设计
5.2.3 液晶接口电路及程序设计
5.3 片外存储器扩展
5.3.1 片外静态RAM扩展及程序设计
5.3.2 片外串行E2PROM扩展及程序设计
5.4 单片机小系统与FPGA接口电路及程序设计
5.5 本章小结
第6章 ARM嵌入式微处理器
6.1 ARM处理器简介
6.2 ARM微处理器系列
6.3 ARM微处理器体系结构
6.3.1 RISC体系结构
6.3.2 ARM微处理器工作模式及状态
6.3.3 ARM微处理器的寄存器结构
6.3.4 ARM微处理器的异常处理
6.3.5 ARM处理器存储结构
4.3.6 ARM处理器的存储映射I/O及内部总线
6.4 ARM微处理器的应用选型
6.5 LPC214X系列ARM芯片应用开发
6.5.1 LPC214X系列ARM芯片简介
6.5.2 LPC2148引脚描述
6.5.3 LPC2148小系统设计
6.5.4 LPC2148内置Flash的烧写
6.6 本章小结
第7章 嵌入式系统接口技术
7.1 串行通信基本概念
7.2 RS?232C接口
7.2.1 接口信号
7.2.2 技术指标
7.2.3 RS?232的帧结构
7.2.4 RS?232的编程和使用
7.2.5 LPC2106串口的编程与应用
7.3 SPI通信接口
7.3.1 什么是SPI
7.3.2 SPI接口定义及通信原理
7.3.3 DS1302实时时钟及其应用
7.4 I２C通信接口
7.4.1 什么是I2C
7.4.2 I2C特性
7.4.3 I2C的基本术语及协议分析
7.4.4 24C04基本应用仿真
7.5 USB通信接口
7.5.1 什么是USB
7.5.2 USB协议简析
7.6 CAN总线接口
7.6.1 CAN总线概述
7.6.2 CAN总线特性及优点
7.6.3 CAN的报文传输
7.7 本章小结
第8章 嵌入式操作系统
8.1 计算机操作系统的基本概念
8.1.1 什么是计算机操作系统
8.1.2 操作系统的作用及定义
8.2 计算机操作系统的历史
8.2.1 手工操作阶段
8.2.2 早期批处理阶段
8.2.3 执行系统阶段
8.2.4 多道程序系统阶段
8.2.5 操作系统的形成
8.2.6 操作系统的发展
8.3 操作系统的分类
8.3.1 批处理操作系统
8.3.2 分时操作系统
8.3.3 实时操作系统
8.3.4 其他操作系统
8.4 操作系统功能
8.5 实时操作系统基本概念
8.5.1 实时系统及其特点
8.5.2 计算机实时操作系统及相关概念
8.5.3 进程和线程
8.5.4 嵌入式实时操作系统
8.5.5 常见嵌入式实时操作系统
8.6 RTX嵌入式操作系统
8.6.1 RTX?51简介
8.6.2 RTX?51特点
8.6.3 RTX?51任务管理
8.6.4 RTX?51事件
8.6.5 RTX?51 Tiny系统函数
8.6.6 RTX?51 Tiny程序设计仿真
8.6.7 使用OS编程的优势
8.7 本章小结

从20世纪70年代款单片机诞生开始，嵌入式技术经过近40年的发展历程，已经在消费电子、工业控制、信息家电、交通管理、仪器仪表、武器装备等各个领域得到广泛应用，亦已成为当今IT应用领域中热门、有发展前途的行业之一。嵌入式技术的发展和应用促使我国嵌入式系统市场快速增长，使得企业对嵌入式系统人才的需求不断加大，同时对嵌入式系统人才质量的要求也在提高。嵌入式系统技术是跨学科、跨行业的技术，嵌入式系统人才应是有较强实践经验的复合型工程技术人员，在今后的很长一段时间内，嵌入式系统工程师的发展前景都将十分广阔，培养合格的嵌入式系统工程师已经成为嵌入式系统人才教育的核心目标。
本书共分9章，主要内容和篇章结构安排如下： 第1章
嵌入式系统概述。首先介绍了嵌入式系统的定义，接着给出了嵌入式系统一般架构。然后介绍了嵌入式系统的应用领域，并通过我们身边的典型嵌入式设备来举例说明嵌入式系统的架构。后分析了嵌入式系统的历史及发展趋势。
第2章
嵌入式系统硬件基础。首先介绍了嵌入式系统硬件的基本概念，包括复杂指令集与精简指令集的定义与区别，以及冯诺依曼体系结构的特点及其局限性。然后详细介绍了嵌入式系统硬件的基本组成，包括中央处理器、存储器、输入设备、输出设备以及总线的特点、类别及现状。
第3章
单片机结构与C语言开发技术。介绍了MCS?51单片机的基本组成，包括单片机的内部结构、引脚结构和功能、存储器结构、时钟复位电路等内容，是单片机系统应用的硬件基础。同时还讲述了开发单片机的C语言基础，介绍了开发单片机过程中所使用的C语言与传统C语言的异同点，重点介绍了在使用C51过程中数据存储空间的分配、特殊功能寄存器的定义等内容。
第4章
单片机工作原理。详细介绍了MCS?51单片机的内部资源及其工作原理，其中包括定时器的构成、工作原理及应用，中断系统构成、工作原理及其应用，外部存储器的扩展与应用，键盘及显示接口电路及应用。
第5章
单片机小系统综合应用。以国防科学技术大学电子科学与技术实验中心所设计的单片机小系统为例，详细介绍了单片机小系统的硬件组成和对应的软件驱动，包括89S52核心单片机、时钟复位译码电路结构、键盘显示电路结构和工作原理、外部数据存储器的扩展和工作原理、单片机小系统与FPGA小系统的接口设计以及驱动程序。
第6章
ARM嵌入式微处理器。对ARM处理器的基本概念、应用领域、处理器的分类、应用选型等方面做了简单介绍，重点讲述了ARM微处理器的体系结构以及ARM处理器的工作流程。后以LPC214X系列ARM为例，简要介绍了其软硬件设计开发流程，以及程序的固化。
第7章
入式系统接口技术。介绍了串行通信的基本概念，对RS?232、SPI、I2C、USB、CAN等常见的嵌入式系统接口进行了简要介绍，并给出了RS?232、SPI、I2C接口在ARM或8051系统中应用的简单例子。
第8章
嵌入式操作系统。首先介绍了计算机操作系统的基本概念、发展历史、分类及功能，在此基础上，对嵌入式系统中常用的实时操作系统进行了简要介绍。后，以RTX为例，给出了如何在单片机中实现嵌入式实时操作系统的使用方法。
第9章
嵌入式系统BSP、移植及驱动开发。首先介绍了嵌入式系统板级支持包，即BSP，它是嵌入式系统开发的关键环节。然后介绍了嵌入式系统的一个重要概念——移植，嵌入式系统的设计必须要考虑可移植性。后介绍了嵌入式系统的驱动程序开发。
本书是为配合*“卓越工程师教育培养计划”及军队院校教育改革，结合国防科学技术大学多年教育和科研项目的成果而编写的。关永峰组织了全书的编写工作并编写了第3~5章，于红旗编写了第6~8章，聂洪山编写了第1、9章，刘海军编写了第2章，李贵林参与编写了第3～5章的部分内容。库锡树、刘菊荣对全书进行了认真的校对与审查，习勇、孙兆林、徐欣为本书的编写提供了宝贵的建议。
由于编者水平有限，难免有疏漏的地方，恳请读者批评指正。 编 者? 2012年9月