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微處理器原理與接口技術——基于樹莓派PICO及RP2040芯片

微處理器原理與接口技術——基于樹莓派PICO及RP2040芯片

出版社：清華大學出版社出版時間：2024-04-01
開本： 其他 頁數(shù)： 265
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微處理器原理與接口技術——基于樹莓派PICO及RP2040芯片 版權信息

微處理器原理與接口技術——基于樹莓派PICO及RP2040芯片 本書特色

本書選擇ARM體系中的CM0作為目標進行講授，既現(xiàn)代又不過于復雜，適合作為原理性內(nèi)容講授。同時，選擇RP2040芯片，該芯片具有現(xiàn)代微控制器系統(tǒng)的各種先進特征，如雙核、具有很完善的SDK、適合各種工具鏈要求等，其外設設計典型而不過于復雜，適合教學應用。

微處理器原理與接口技術——基于樹莓派PICO及RP2040芯片 內(nèi)容簡介

本書是“微處理器原理與接口技術”課程的教材。本書首先通過邏輯的、歷史的脈絡引入計算機系統(tǒng)和微處理器，然后以ARM CM0為對象介紹了微處理器的組成原理和指令集，并介紹了匯編語言編程方法等。在接口技術方面，本書介紹了內(nèi)部總線AHBLite和SoC的組成方法，并以RP2040芯片為例，介紹了接口常用的GPIO、UART、I2C、SPI、A/D、D/A、定時計數(shù)器等電路原理和編程方法，特別引入了觸摸按鍵、觸摸屏、COB液晶和圖形液晶等的原理介紹和接口方法。本書專辟一章介紹了實時操作系統(tǒng)，并以FreeRTOS為例介紹了編程方法。 本書內(nèi)容取舍精當，篇幅適中，適合作為普通高等院校電子信息大類各專業(yè)的教材。本書內(nèi)容選擇原則是“魚漁雙授”，所選芯片RP2040既具有現(xiàn)代優(yōu)選SoC的特征又不過分復雜，既適合教學又不失工程應用價值。 本書配套實驗推薦選用樹莓派Pico開發(fā)板，價廉物美，易于采購，并有配套的開發(fā)實驗系統(tǒng)供選用。 本書配有思考題和習題，為了節(jié)省篇幅，習題答案、課件、附圖、多媒體資源、實驗資源等以電子資源的形式提供。

微處理器原理與接口技術——基于樹莓派PICO及RP2040芯片 目錄

目錄 第1章緒論 1．1計算機系統(tǒng)發(fā)展史 1．1．1利用機械裝置作為計算的輔助工具 1．1．2早期的電子計算機系統(tǒng) 1．1．3計算機的充分發(fā)展： 軟件與硬件 1．1．4微處理器與嵌入式系統(tǒng) 1．1．5當前計算機系統(tǒng)的特點與發(fā)展趨勢 1．2數(shù)字系統(tǒng)與微處理器 1．2．1一般數(shù)字電路的組成 1．2．2微處理器作為數(shù)字系統(tǒng) 1．2．3微處理器的指令集 思考題 第2章微處理器的基本原理 2．1整數(shù)、實數(shù)和文字的編碼 2．1．1整數(shù)的編碼 2．1．2實數(shù)的編碼 2．1．3文字的編碼 2．2微處理器的原理和結構 2．2．1一般微處理器系統(tǒng)的結構 2．2．2微處理器組成部分 2．2．3微處理器內(nèi)部的數(shù)據(jù)通路 2．2．4流水線技術 2．3ARM CortexM0+微處理器 2．3．1ARM CortexM0+微處理器的結構 2．3．2寄存器 2．3．3ARM CortexM0+的存儲器模型 2．3．4指令的尋址方式 2．3．5ARMv6M指令描述 2．3．6ARMv6M指令編碼 思考題 習題 第3章ARM匯編語言程序設計 3．1匯編語言編程方法 3．1．1匯編語言與機器指令 3．1．2常量和表達式 3．1．3匯編語言程序的組織 3．1．4裸機上的程序結構 3．2常用模塊的匯編程序設計 3．2．164位加減運算 3．2．2分支程序 3．2．3循環(huán)程序 3．2．4子程序調(diào)用 3．3匯編語言和高級語言的接口 3．3．1ARM架構過程調(diào)用標準 3．3．2C語言環(huán)境中的匯編程序框架 思考題 習題 第4章異常和中斷 4．1異常和中斷概述 4．1．1基本概念 4．1．2中斷控制器、中斷編號和優(yōu)先級 4．1．3向量表中的系統(tǒng)異常 4．1．4異常和中斷的優(yōu)先級 4．2異常和中斷的響應過程 4．2．1NVIC對中斷的響應 4．2．2CPU對異常和中斷的響應 4．2．3CPU從中斷服務程序中返回 4．2．4中斷嵌套 4．3異常與中斷的設置 4．3．1中斷的使能與屏蔽 4．3．2中斷的懸置位和活動位 4．3．3優(yōu)先級寄存器 4．3．4中斷屏蔽寄存器 4．3．5系統(tǒng)異常的相關設置 4．4NVIC中的SysTick定時器 4．4．1SysTick定時器及其寄存器 4．4．2SysTick定時器設置及編程 思考題 習題 第5章RP2040芯片的結構 5．1RP2040芯片的總體結構 5．1．1RP2040芯片的組成 5．1．2雙核心系統(tǒng) 5．1．3存儲器系統(tǒng) 5．2復位和時鐘 5．2．1RP2040芯片的復位 5．2．2RP2040時鐘源 5．2．3鎖相環(huán)倍頻電路 5．3RP2040芯片引腳和功能 5．3．1RP2040芯片的封裝和引腳功能 5．3．2通用輸入輸出引腳 5．3．3外部中斷 5．3．4GPIO狀態(tài)、控制和外部中斷配置 5．3．5引腳配置 5．3．6通過SIO模塊控制GPIO引腳 5．3．7GPIO編程實例 5．4Boot ROM程序 5．4．1引導程序 5．4．2Boot ROM的內(nèi)容 5．4．3Boot ROM中的功能函數(shù) 5．4．4Boot ROM中的數(shù)據(jù) 思考題 習題 第6章計算機系統(tǒng)總線 6．1簡單的存儲器總線系統(tǒng) 6．1．1存儲器的接口信號 6．1．2基于三態(tài)邏輯的總線 6．1．3簡單總線電路組成實例 6．1．4簡單總線接口電路 6．2AHBLite總線系統(tǒng) 6．2．1簡單總線存在的問題 6．2．2AHBLite總線系統(tǒng)的組成 6．2．3基本傳輸過程 6．2．4傳輸類型、鎖定傳輸、傳輸寬度和傳輸保護 6．2．5突發(fā)訪問 6．2．6AHBLite總線層次化與互連 6．3高級外圍總線 6．3．1APB總線應用場景 6．3．2APB總線信號 6．3．3APB總線的數(shù)據(jù)傳輸 6．4RP2040的總線結構 6．4．1RP2040總線概覽 6．4．2總線交連矩陣 6．4．3APB橋接器 6．4．4RP2040窄寬度I/O訪問 思考題 習題 第7章直接內(nèi)存操作 7．1直接內(nèi)存操作概述 7．1．1DMA及DMA控制器 7．1．2DMA控制器的一般結構 7．2RP2040的DMA控制器 7．2．1RP2040的DMA控制器結構 7．2．2開啟DMA通道 7．2．3外設對DMA的數(shù)據(jù)請求 7．2．4DMA的中斷 7．3RP2040的直接內(nèi)存操作編程 7．3．1寄存器定義 7．3．2用中斷重新配置DMA 7．3．3DMA控制塊 思考題 習題 第8章定時計數(shù)器 8．1通用定時計數(shù)器 8．1．1通用定時計數(shù)器的結構 8．1．2定時計數(shù)器的功能實現(xiàn) 8．2RP2040通用定時器 8．2．1通用定時器的組成與結構 8．2．2通用定時器的編程 8．3RP2040的PWM發(fā)生器 8．3．1脈沖寬度調(diào)制概述 8．3．2PWM部件 8．3．3分數(shù)預分頻器 8．3．4PWM波形的產(chǎn)生 8．3．5PWM模塊的中斷 8．3．6時鐘源的選擇 8．3．7PWM部件的編程 8．4RP2040看門狗定時器 8．4．1看門狗定時器概述 8．4．2看門狗定時器的組成 8．4．3看門狗定時器的編程 8．5實時時鐘 8．5．1實時時鐘概述 8．5．2RP2040芯片RTC的結構 8．5．3RP2040芯片RTC編程 思考題 習題 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異步串行通信的發(fā)展 9．2串行通信的電平規(guī)范 9．2．1邏輯電平的傳輸 9．2．2EIA電平規(guī)范 9．2．3差分信號傳輸 9．3異步串行通信的數(shù)據(jù)幀 9．3．1異步串行通信的波特率 9．3．2異步串行通信的數(shù)據(jù)幀組成 9．3．3異步串行通信的流控制 9．3．4傳輸中斷信號 9．4RP2040芯片的串行通信部件 9．4．1RP2040芯片UART的結構 9．4．2RP2040芯片UART的流控制 9．4．3RP2040芯片UART的DMA 9．4．4RP2040芯片UART的中斷請求 9．5RP2040芯片的串行通信編程 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數(shù)據(jù)傳輸編程 思考題 習題 第10章串行互連總線 10．1SPI串行總線規(guī)范 10．1．1利用移位寄存器傳輸數(shù)據(jù) 10．1．2摩托羅拉SPI協(xié)議規(guī)范 10．2RP2040芯片的SPI控制器 10．2．1RP2040芯片的SPI控制器幀格式 10．2．2RP2040芯片的SPI控制器組成 10．2．3RP2040芯片SPI的DMA 10．2．4RP2040芯片SPI的中斷 10．3RP2040芯片SPI控制器編程 10．3．1RP2040芯片SPI控制器的寄存器 10．3．2RP2040芯片SPI編程方法 10．4I2C串行總線規(guī)范 10．4．1I2C總線的電路連接 10．4．2I2C總線發(fā)送單個位的格式 10．4．3I2C總線數(shù)據(jù)幀格式 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發(fā)送FIFO中的數(shù)據(jù)和命令 10．5．3RP2040芯片I2C作為從器件的操作過程 10．5．4RP2040芯片I2C作為主器件的操作過程 10．5．5I2C定時設置 10．5．6I2C的DMA和中斷 10．6RP2040芯片I2C控制器編程 10．6．1寄存器描述 10．6．2利用SDK進行I2C編程 思考題 習題 第11章模數(shù)和數(shù)模轉換 11．1模數(shù)轉換的基本概念與電路組成 11．1．1采樣與采樣保持電路 11．1．2A/D轉換器的參數(shù) 11．1．3逐次比較型A/D轉換器 11．1．4ΣΔ型A/D轉換器 11．2A/D轉換芯片舉例 11．2．1ADS7842并行接口12位A/D轉換器 11．2．2ADS7822 SPI接口12位A/D轉換器 11．2．3ADS1013 I2C接口12位A/D轉換器 11．3RP2040芯片內(nèi)置的A/D及編程 11．3．1RP2040芯片內(nèi)置A/D轉換器 11．3．2RP2040芯片內(nèi)置A/D轉換器的編程 11．4數(shù)模轉換 11．4．1通過脈沖寬度調(diào)制實現(xiàn)模數(shù)轉換 11．4．2通過電阻網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)模轉換 11．4．3數(shù)模轉換器芯片DAC0830 11．4．4串行接口D/A芯片TLC5618 思考題 習題 第12章人機接口技術 12．1按鍵接口方法 12．1．1獨立式按鍵 12．1．2掃描式按鍵 12．2LED數(shù)碼管和點陣 12．2．1發(fā)光二極管的導電特性 12．2．2LED數(shù)碼管 12．2．3七段數(shù)碼管的驅動方法 12．2．4LED點陣顯示模塊 12．3液晶顯示器件 12．3．1液晶顯示的原理 12．3．2筆段式液晶顯示器件的驅動方法 12．3．3彩色液晶屏驅動方法 12．4觸摸按鍵與觸摸屏 12．4．1觸摸按鍵的電路與接口方法 12．4．2電阻式觸摸屏的原理與接口芯片 12．4．3電容式觸摸屏的原理與接口芯片 思考題 習題 第13章嵌入式操作系統(tǒng) 13．1嵌入式操作系統(tǒng)原理 13．1．1基本概念 13．1．2嵌入式操作系統(tǒng)的主要功能 13．1．3嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核任務調(diào)度的實現(xiàn)方式 13．1．4任務狀態(tài) 13．1．5任務協(xié)同與搶占 13．1．6任務調(diào)度算法 13．2ARM CM0中多任務的實現(xiàn)方法 13．2．1主堆棧和線程堆棧 13．2．2中斷與任務切換 13．2．3任務的初始化 13．3FreeRTOS多任務操作系統(tǒng) 13．3．1FreeRTOS概述 13．3．2FreeRTOS源代碼結構 13．3．3FreeRTOS在RP2040芯片的移植 13．3．4FreeRTOS簡單應用示例 13．4FreeRTOS任務間的通信機制 13．4．1任務之間共享變量 13．4．2信號量 13．4．3消息隊列 13．4．4從中斷中操作信號量和消息隊列 13．5文件系統(tǒng) 13．5．1文件系統(tǒng)的基本概念 13．5．2FAT文件系統(tǒng) 13．5．3FAT文件系統(tǒng)支持 思考題 習題 參考文獻
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微處理器原理與接口技術——基于樹莓派PICO及RP2040芯片 作者簡介

王繼業(yè) 中央民族大學教授。1988-1992年就讀于北京大學物理系，獲得物理學學士學位；1992-1995年就讀于南開大學物理系，獲得光學碩士學位。1995-2001年就職于北大青鳥公司，從事分析儀器和其它電子產(chǎn)品的研發(fā)工作；2001年至今就職于中央民族大學，從事物聯(lián)網(wǎng)方面的研究，2020年起從事芯片設計領域的研究工作。在任職中央民族大學期間，曾擔任電子信息工程系主任多年，并成功申辦物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)。任教以來負責編制過多個版本的電子信息和物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)培養(yǎng)方案，教授過模擬電子線路、電磁場與電磁波、微機原理接口技術、單片機等課程。 趙莉芝，中央民族大學講師、碩士研究生導師。2015年7月北京理工大學信號與信息處理專業(yè)博士畢業(yè)，獲得工學博士學位。2015年9月入職中央民族大學，迄今連續(xù)8年負責電子信息工程專業(yè)的本科《微控制器原理》課程教學。發(fā)表論文10余篇，主持和參與了多項科研項目。 蘇驕陽，中央民族大學信息工程學院實驗中心教師、碩士研究生導師。2013年7月北京理工大學電子與通信工程專業(yè)碩士畢業(yè)，2013年9月入職中央民族大學，負責電子電路及信號處理類課程的實驗教學和科研工作，主持和參與了多項科研項目。

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