本教材简要地介绍了32位嵌入式ARM7 TDMI内核体系结构;以NXP公司的LPC2114芯片为核心,深入浅出地讲述了各种常用外设接口编程技术,并以项目案例的方式介绍了嵌入式应用系统的基本设计方法。 在教材内容的组织上充分考虑了高职教育的特点,立足于应用,把相关知识与技能点合理穿插在实训项目案例的教学过程中。在实训环节上,我们采用了“基础实训”和“综合实训”相结合的形式,一系列实训项目不是简单地对知识点的重复,而是指向明确的技能目标,难度循序渐进,并按照“有利于课堂讲授、有利于实践操作、有利于方案创新、有利于自学提高”的原则进行安排。 本教材可以作为高等院校嵌入式技术、应用电子、自动化等相关专业嵌入式系统基础课程的教材,也可供嵌入式应用开发工程师参考。

【前言】随着现代社会信息化进程的加快,嵌入式系统被广泛地应用于军事、家用、工业、商业、办公和**等社会各个领域。对于已经了解8位单片机的读者来说,进一步学习嵌入式系统要以应用为导向,以芯片为载体。因此,我们建议首先选择一款主流芯片,以点带面、循序渐进地学习。
目前,以ARM为核心的嵌入式技术逐渐成为我国嵌入式教学的主流。ARM作为一种32位的高性能、低成本的嵌入式RISC微处理器,已得到*广泛的应用。NXP公司推出的基于ARM7内核的32位微控制器LPC2000系列,具有很高的性价比,其接口模块丰富,使用范围广,在Proteus环境中可仿真,相比其他的嵌入式处理器更便于学习和掌握。
本教材适宜于作为步入32位嵌入式处理器应用领域的“嵌入式系统基础”课程教材。作为嵌入式相关专业的核心课程之一,本课程在嵌入式技术课程体系中具有承上启下的作用,完成从简单的8位单片机到32位嵌入式处理器的过渡。本教材以NXP公司的LPC2114芯片为载体,主要介绍了基于ARM内核的32位嵌入式微处理器的硬件体系结构和各种常用外设接口编程技术,并以项目案例的方式介绍了应用系统的设计过程。程序设计以“前后台”(C语言)编程为主,暂不涉及操作系统,为 “基于嵌入式操作系统的应用开发”等后续课程奠定基础。
本教材在内容安排上力求做到理论与实践并重:“理论部分”简要介绍了ARM的体系结构和指令系统,**强调复杂嵌入式处理器的片内外设模块以及(C语言)应用编程技术;“实训部分”针对理论部分的各个知识点,设计了短小简明的基础实训项目,便于学生“对号入座”地理解知识点;另一方面,为了提高学生的综合运用能力,让学生���应用系统的构成和设计有个比较清晰的了解,我们用了三个典型的中小型应用系统设计实训项目贯穿全书,说明了(基于“前后台”编程的)嵌入式应用系统的一般设计方法。 在芯片和实验平台的选择上,本教材选择了LPC2114/2124系列的ARM芯片、Realview MDK程序开发环境和Proteus电路仿真平台,这样做的好处在于:
(1)针对高职学生的认知特点,学习过程中更为强调动手能力的培养,课程的实验实训学时通常要达到总学时的50%以上,所以实验实训项目的设计必须细化,而且是丰富多样的。LPC2114芯片本身及其基于μCOS操作系统的编程,都有仿真软件平台(Proteus和Keil uVision )支持,教师可以“零成本”进行实验设计和实训项目开发,学生对实验实训项目也有创新的余地和二次开发的空间。
(2)使用本教材几乎不受任何实验设备条件限制,只要有计算机和仿真软件便能完成书上所有的实验。(当然,对于有实验设备的学校来说,也完全可以在相应的开发板上完成本教材实验。)
(3)本教材配有光盘,包括所有实训的仿真电路图、源程序以及相关教学演示视频,需要PPT的读者可以发邮件到87021491@qq.com向编者索取。
“嵌入式ARM”这类教材市面上已经不少,但真正针对高职教学现状的并不多。本教材的编者是**示范高职院校的一线骨干教师,同时又有多年行业企业工作经历,对相关技术应用领域以及高职学生知识结构和认知特点的客观状况都有一定程度的把握,本教材主要内容曾作为内部讲义使用了两年,取得了不错的效果。我们编写这本教材的宗旨是:结合当前高职教学特点,讲求实用、循序渐进、理论与实践并重,既为学生们平缓了学习坡度,又给教师们提供良好可操作性。
本教材由重庆工业职业技术学院计算机系严海颍、赵宇枫老师主编,彭莉、郑燕、谢伟老师参加了编写、校对和整理;罗克韦尔自动化有限公司技术部经理代勇飞先生为本教材的实训案例的选定和设计做了大量的工作,全书由严海颍统稿。在本教材编写过程中,不少一线教师和企业技术骨干提出了许多宝贵建议,东软电子出版社的编辑对本教材的出版给予了大力支持,编者在此由衷地表示感谢! 由于时间仓促、编者水平有限,书中难免会有疏漏之处,敬请广大专家、读者批评指正。
……

第1章嵌入式系统概论
1.1嵌入式系统的概念
1.1.1我们身边的嵌入式系统
1.1.2嵌入式系统的定义
1.1.3嵌入式系统的特点
1.1.4嵌入式系统的应用
1.2嵌入式系统的基本组成
1.2.1嵌入式系统硬件平台
1.2.2嵌入式系统的软件结构
1.3嵌入式系统的发展趋势
1.4嵌入式系统学习的指南
1.5本章小结
1.6强化练习 第2章ARM7体系结构与指令系统简介
2.1ARM简介
2.1.1ARM公司与ARM微处理器
2.1.2ARM体系结构发展
2.1.3ARM微处理器系列
2.2ARM7的体系结构
2.2.1ARM7 TDMI功能框图
2.2.2ARM处理器的工作状态
2.2.3ARM处理器的工作模式
2.2.4ARM内部寄存器
2.2.5指令长度及数据类型
2.2.6存储器格式
2.2.7三级流水线
2.2.8异常处理
2.3ARM指令系统简介
2.3.1ARM指令系统概述
2.3.2ARM处理器的寻址方式
2.3.3ARM 指令分类及功能一览表
2.4本章小结
2.5强化练习 第3章ARM微处理器硬件结构
3.1LPC2000系列微处理器简介
3.1.1处理器的特性
3.1.2处理器内部结构框图
3.1.3处理器的外部引脚
3.2存储器管理
3.2.1片内存储器
3.2.2片外存储器
3.2.3存储器映射
3.2.4存储器重映射与引导块
3.3本章小结
3.4强化练习 第4章ARM应用程序开发和电路仿真环境
4.1嵌入式系统的开发流程和开发环境
4.1.1嵌入式系统开发流程
4.1.2嵌入式系统的硬件和软件开发
4.2基于ARM的应用程序开发套件RealView MDK
4.2.1RealView MDK开发套件简介
4.2.2Keil μVision集成开发环境的使用步骤
4.2.3基础实训(1)ARM C程序的编译连接
4.3嵌入式系统电路设计与仿真软件Proteus
4.3.1Proteus电路仿真软件简介
4.3.2基础实训(2)Proteus电路设计与仿真快速入门
4.4本章小结
4.5强化练习 第5章GPIO模块及其应用
5.1输入/输出设备与片内外设
5.1.1概述
5.1.2通用输入/输出端口GPIO
5.2LPC2114的引脚功能连接模块
5.2.1引脚功能连接模块的作用
5.2.2引脚功能连接模块的相关寄存器
5.2.3引脚功能连接模块的应用编程
5.3LPC2114的通用输入/输出模块GPIO
5.3.1GPIO端口的基本结构和工作原理
5.3.2GPIO相关寄存器的详细说明
5.3.3GPIO输出控制编程
5.3.4基础实训(1)蜂鸣器输出控制
5.3.5GPIO输入检测编程
5.3.6基础实训(2)单个LED显示单个按键的状态
5.4本章小结
5.5强化练习 第6章GPIO的应用——显示接口设计
6.1嵌入式系统的人机接口
6.1.1什么是人机接口
6.1.2嵌入式系统常用的人机输入/输出设备
6.2LED显示器
6.2.18段LED数码管的结构和原理
6.2.2字符显示的控制
6.3数码LED显示输出系统的设计
6.3.1基础实训(1)单个数码LED的显示输出系统设计(1)
6.3.2基础实训(2)单个数码LED的显示输出系统设计(2)
6.3.3基础实训(3)两个LED显示二位数(静态显示)
6.3.4基础实训(4)两个LED显示二位数(动态显示)
6.4本章小结
6.5强化练习 第7章GPIO的应用——键盘接口设计
7.1嵌入式系统的人机输入设备
7.2.1按键
7.2.2键盘
7.2按键和键盘的类型
7.2.1点式按键
7.2.2独立式键盘
7.2.3矩阵式键盘
7.3键盘输入系统的设计
7.3.1基础实训(1)单个按键的输入系统设计(1)
7.3.2基础实训(2)单个按键的输入系统设计(2)
7.3.3基础实训(3)独立式键盘的输入系统设计
7.3.4基础实训(4)矩阵式键盘的输入系统设计
7.4完整人机接口系统的设计
7.4.1系统组成
7.4.2系统功能
7.4.3软件系统任务概要
7.4.4系统的核心问题
7.5完整人机接口系统的软件设计
7.5.1基础实训(5)4×4矩阵键盘和2路LED显示系统(1)
7.5.2基础实训(6)4×4矩阵键盘和2路LED显示系统(2)
7.6本章小结
7.7强化练习 第8章综合实训(1)简单计算器
8.1计算器的电路设计和功能定义
8.2计算器的工作过程分析
8.2.1工作的基本流程
8.2.2程序的基本架构
8.3计算器系统的设计
8.3.1一位数计算器设计
8.3.2两位数计算器设计
8.4本章小结
8.5强化练习 第9章中断系统与VIC
9.1中断
9.1.1中断的基本概念
9.1.2中断处理过程
9.2向量中断控制器(VIC)
9.2.1概述
9.2.2程序状态寄存器CPSR与VIC的关系
9.2.3中断源
9.2.4中断分类
9.2.5VIC的主要管理功能
9.3VIC的结构、功能及相关寄存器
9.3.1控制寄存器
9.3.2参数设置寄存器
9.3.3状态寄存器
9.3.4保护使能寄存器
9.3.5IRQ中断过程实例分析
9.3.6VIC基本使用方法
9.3.7VIC编程要点小结
9.4应用编程举例
9.4.1快速中断FIQ
9.4.2向量IRQ
9.4.3非向量IRQ
9.4.4多个中断设置
9.5本章小结
9.6强化练习 第10章外部中断
10.1外部中断概述
10.1.1外部中断源
10.1.2LPC2124的外部中断触发信号
10.1.3边沿触发中断
10.1.4电平触发中断
10.2外部中断的相关寄存器
10.2.1相关寄存器汇总
10.2.2外部中断标志寄存器(EXTINT)
10.2.3外部中断唤醒寄存器(EXTWAKE)
10.2.4外部中断方式控制寄存器(EXTMODE)
10.2.5外部中断极性控制寄存器(EXTPOLAR)
10.2.6外部中断引脚设置
10.2.7注意要点
10.3外部中断与VIC
10.3.1外部中断与VIC的关系
10.3.2外部中断的设置
10.4实例分析
10.4.1基础实训(1)一个外部中断(按键)控制单个LED
10.4.2基础实训(2)两个外部中断控制两个LED状态
10.4.3基础实训(3)三个外部中断控制按键计数
10.5本章小结
10.6强化练习 第11章定时计数器
11.1定时计数器0/1
11.1.1特性
11.1.2定时器结构及工作原理
11.1.3功能简介
11.2定时计数器的相关寄存器
11.2.1分频器结构描述
11.2.2控制寄存器TCR
11.2.3中断标志寄存器IR
11.2.4匹配功能寄存器描述
11.2.5捕获功能寄存器描述
11.3定时器与中断系统
11.3.1定时器与VIC的关系
11.3.2匹配中断
11.3.3捕获中断
11.3.4使用定时器的注意要点
11.4定时器操作示例
11.4.1操作流程
11.4.2示例1——定时器0初始化
11.4.3示例2——用定时器测量脉冲宽度
11.4.4示例3——匹配输出
11.4.5示例4——定时器捕获
11.5案例设计
11.5.1基础实训(1)使用定时器0实现1s IRQ定时中断控制LED闪烁
11.5.2基础实训(2)使用定时器1实现比较匹配输出控制LED闪烁
11.5.3基础实训(3)定时器控制的流水灯
11.6本章小结
11.7强化练习 第12章综合实训(2)电子钟
12.1电子钟的功能定义与电路设计
12.2电子钟的工作过程分析
12.2.1工作的基本流程
12.2.2程序的基本架构
12.3电子钟系统的程序设计
12.4本章小结
12.5强化练习 第13章A/D转换器
13.1A/D转换器的基本概念
13.2LPC2114/2124的A/D转换器
13.2.1特性
13.2.2A/D转换器描述
13.2.3A/D转换器内部结构
13.3A/D转换器寄存器描述
13.3.1控制寄存器ADCR
13.3.2数据寄存器ADDR
13.4ADC与中断
13.4.1ADC中断与VIC的关系
13.4.2ADC中断说明
13.4.3使用A/D转换器的注意要点
13.**/D转换器操作示例
13.5.1操作流程
13.5.2应用举例
13.6基础实训 单路模拟信号采集
13.7本章小结
13.8强化练习 第14章综合实训(3)数字电压表
14.1数字直流电压表的功能定义
14.2数字直流电压表电路设计
14.3数字直流电压表系统的软件设计
14.4本章小结
14.5强化练习 第15章UART串行通信口及应用
15.1串行通信基本知识
15.1.1串行通信基本概念
15.1.2串行通信基本通信方式
15.2LPC2000系列的UART
15.2.1基本特性
15.2.2UART结构与原理
15.3UART0寄存器描述
15.3.1UART0接收器缓存寄存器(U0RBR)
15.3.2UART0发送器保持寄存器(U0THR)
15.3.3UART0除数锁存LSB寄存器(U0DLL)
15.3.4UART0除数锁存MSB寄存器(U0DLM)
15.3.5UART0线控制寄存器(U0LCR)
15.3.6UART0线状态寄存器(U0LSR)
15.3.7UART0 FIFO控制寄存器(U0FCR)
15.4UART应用示例
15.4.1连接方式
15.4.2操作流程
15.4.3UART0初始化编程
15.4.4UART0收发数据编程
15.5UART0应用编程举例
15.6应用实例
15.6.1基础实训(1)LPC2000处理器与PC之间的通信
15.6.2基础实训(2)基于UART串口通信的多路数据采集系统
15.7本章小结
15.8强化练习 第16章SPI同步串口模块
16.1SPI接口
16.1.1SPI总线
16.1.2LPC2000系列的SPI接口
16.1.3SPI数据传输
16.2SPI寄存器描述
16.2.1SPI控制寄存器(S0SPCR,S1SPCR)
16.2.2SPI状态寄存器(S0SPSR,S1SPSR)
16.2.3SPI数据寄存器(S0SPDR,S1SPDR)
16.2.4SPI时钟计数寄存器(S0SPCCR,S1SPCCR)
16.2.5SPI中断寄存器(S0SPINT,S1SPINT)
16.3SPI操作模式
16.3.1主机操作
16.3.2从机操作
16.3.3异常状况
16.4基础实训 主机模式SPI接口发送数据
16.5本章小结
16.6强化练习 第17章I2C同步串口
17.1I2C接口描述
17.2I2C寄存器描述
17.2.1I2C控制置位寄存器(I2CONSET)
17.2.2I2C控制清零寄存器(I2CONCLR)
17.2.3I2C状态寄存器(I2STAT)
17.2.4I2C数据寄存器(I2DAT)
17.2.5I2C从地址寄存器(I2ADR)
17.2.6I2C SCL占空比寄存器(I2SCLL和I2SCLH)
17.3I2C操作模式
17.3.1主模式I2C
17.3.2从模式I2C
17.4基础实训I2C主机模式发送数据
17.5本章小结
17.6强化练习
参考文献

顶层设计,优化体系,参考教学基本要求 行业指导,企业参与,有机嵌入职业标准 专家指导,名师领衔,构建优质作者队伍 项目贯穿,任务驱动,融合工程教育理念 就业导向,学生为本,着眼职业生涯发展 接轨大赛,实战演练,借鉴技能竞赛要求 循序渐进,理实结合,符合学生认知规律 立体资源,开放共享,完善增值服务体系