嵌入式系统教程

第1章嵌入式系统与微控制器

1.1嵌入式系统概述

1.1.1嵌入式系统的发展与应用

1.1.2嵌入式系统的特点

1.1.3嵌入式系统的组成

1.1.4嵌入式系统的种类

1.1.5嵌入式系统的调试方法

1.2MCU概述

1.2.1MCU的发展历史

1.2.2MCU的特点

1.3ARM Cortex-M4处理器简介

1.3.1ARM处理器架构

1.3.2Cortex-M4处理器

1.4Tiva系列MCU

1.4.1TM4C123系列

1.4.2TM4C129系列

1.5TM4C123GH6PM引脚与电气特性

1.5.1GPIO引脚功能选择

1.5.2TM4C123GH6PM电气特性

思考题与习题

第2章系统控制

2.1功能描述

2.1.1器件标识

2.1.2复位控制

2.1.3电源控制

2.1.4时钟控制

2.1.5非屏蔽中断

2.1.6低功耗模式控制

2.2初始化及配置

2.3操作示例

2.3.1程序流程图

2.3.2库函数说明

2.3.3示例代码

2.3.4操作现象

思考题与习题

第3章存储器

3.1存储器简介

3.1.1SRAM

3.1.2DRAM

3.1.3ROM

3.1.4Flash

3.1.5EEPROM

3.1.6存储器扩展

3.1.7地址译码

3.2存储器空间映射

3.2.1普林斯顿结构

3.2.2哈佛结构

3.2.3大小端模式

3.3Tiva微控制器存储器

3.3.1TM4C123GH6PM存储器地址映射

3.3.2TM4C123GH6PM的ROM

3.3.3TM4C123GH6PM的Flash

3.3.4EEPROM

3.4操作示例

3.4.1程序流程图

3.4.2库函数说明

3.4.3示例代码

3.4.4操作现象

思考题与习题

第4章基本接口与外设

4.1通用输入/输出（GPIO）

4.1.1GPIO简介

4.1.2Tiva微控制器GPIO

4.1.3数据控制

4.1.4中断控制

4.1.5初始化及配置

4.1.6操作示例

4.2通用定时器（Timer）

4.2.1定时器简介

4.2.2Tiva微控制器定时器

4.2.3初始化及配置

4.2.4操作示例

4.3脉冲宽度调节器（PWM）

4.3.1PWM简介

4.3.2Tiva微控制器PWM

4.3.3初始化及配置

4.3.4操作示例

4.4看门狗定时器（WDT）

4.4.1WDT简介

4.4.2Tiva微控制器WDT

4.4.3初始化及配置

4.4.4操作示例

4.5微型直接内存访问（μDMA）

4.5.1DMA传输数据过程

4.5.2Tiva微控制器μDMA介绍

4.5.3初始化及配置

4.5.4操作示例

4.6休眠控制与RTC

4.6.1休眠模块简介

4.6.2Tiva微控制器休眠模块与RTC

4.6.3初始化及配置

4.6.4操作示例

思考题与习题

第5章通信接口与外设

5.1基本概念

5.2异步串行通信接口（UART）

5.2.1UART简介

5.2.2Tiva微控制器的UART

5.2.3初始化及配置

5.2.4操作示例

5.3同步串行接口（SSI）

5.3.1SSI简介

5.3.2数据传输

5.3.3极性、相位和帧格式

5.3.4Tiva微控制器的SSI

5.3.5初始化及配置

5.3.6操作示例

5.4I2C接口

5.4.1I2C简介

5.4.2Tiva微控制器的I2C

5.4.3初始化及配置

5.4.4操作示例

5.5CAN模块

5.5.1CAN简介

5.5.2Tiva微控制器的CAN

5.6USB控制器

5.6.1USB简介

5.6.2Tiva微控制器的USB

思考题与习题

第6章模拟外设

6.1模/数转换器（ADC）

6.1.1ADC简介

6.1.2Tiva微控制器的ADC

6.1.3数据比较器单元

6.1.4初始化及配置

6.1.5操作示例

6.2模拟比较器(AC)

6.2.1AC简介

6.2.2Tiva微控制器的AC

6.2.3初始化及配置

6.2.4操作示例

6.3数/模转换器（DAC）

6.3.1DAC7512的基本原理与特点

6.3.2DAC工作模式

6.4正交编码器(QEI)

6.4.1Tiva微控制器的QEI

6.4.2中断控制

6.4.3初始化及配置

思考题与习题

第7章嵌入式软件设计

7.1嵌入式C语言基础

7.1.1嵌入式C语言程序设计

7.1.2编程风格

7.1.3数据类型及声明

7.1.4操作符与表达式

7.2嵌入式系统软件组成

7.2.1裸机嵌入式系统软件

7.2.2初始化引导程序

7.2.3设备驱动程序

7.2.4库函数

7.3嵌入式系统软件设计方法

7.3.1前后台系统

7.3.2中断（事件）驱动系统

7.3.3巡回服务系统

7.3.4基于定时器的巡回服务系统

7.4RTOS基础

7.4.1RTOS的基本概念

7.4.2使用RTOS的优势

7.4.3RTOS的功能组成

7.4.4常用的RTOS

7.5FreeRTOS

7.5.1FreeRTOS的体系结构

7.5.2FreeRTOS系统的任务调度机制

7.5.3FreeRTOS系统的任务管理机制

7.5.4FreeRTOS任务通信与同步机制

7.5.5FreeRTOS移植到微控制器的方法

7.6FreeRTOS操作示例

7.6.1FreeRTOS库函数说明

7.6.2示例代码

思考题与习题

第8章低功耗与电磁兼容

8.1低功耗设计方法

8.1.1利用I/O引脚为外部器件供电

8.1.2电源管理单元的设计

8.1.3动态改变CPU的时钟频率

8.1.4软件系统的低功耗设计

8.2电源设计

8.2.1电池的选择

8.2.2超低静态电流LDO

8.2.3直流/直流转换器

8.3电磁兼容性

8.3.1电磁干扰的形成

8.3.2电磁兼容的常用元器件

8.3.3电磁兼容的常用技巧

思考题与习题

第9章软件开发环境

9.1常用软件开发工具

9.2Keil MDK简介

9.2.1Keil MDK-ARM的安装

9.2.2Keil MDK-ARM工程的建立与调试

9.3CCSv6软件开发环境

9.3.1CCSv6概述

9.3.2CCSv6安装

9.3.3CCSv6工程开发

9.4TivaWare库

9.4.1外设驱动库

9.4.2图形库

9.4.3USB库

9.4.4IQMath库

9.4.5传感器库

思考题与习题

第10章硬件实验平台

10.1LaunchPad概述

10.1.1BoosterPacks

10.1.2规格

10.2LaunchPad硬件资源

10.2.1功能描述

10.2.2电源管理

10.2.3内部电路调试接口（ICDI）

10.3DY-Tiva-PB扩展板简介

10.3.1DY-Tiva-PB硬件规格

10.3.2DY-Tiva-PB功能单元介绍

10.3.3DY-Tiva-PB实验目录

思考题与习题

附录TivaWare库函数清单

参考文献

《嵌入式系统教程——基于Tiva C系列ARM Cortex-M4微控制器》介绍嵌入式系统的基础知识，并以ARM Cortex-M4内核MCU TM4C123x为核心，详细讲述MCU应用相关的各种外设模块的原理和编程结构，并给出操作例程代码，包括电源与时钟管理、存储器、通用输入/输出（GPIO）、定时器、PWM、异步和同步通信接口（UART、SPI、I2C等）、模拟外设（ADC、DAC、AC）等。同时，对嵌入式软件设计方法、嵌入式C语言基础、RTOS等作了简明阐述。最后介绍MCU的软硬件开发环境、软件库，以及低功耗设计和电磁兼容性基础等。本书配套有完整的教学资源，包括PPT课件、DY-Tiva-PB口袋实验平台和实验指导书等。本书可作为高等院校计算机、电子、自动化、仪器仪表等专业嵌入式系统、微机接口、单片机等课程的教材，也适合广大从事单片机应用系统开发的工程技术人员学习、参考。