嵌入式微处理器程序设计——从Arduino到ARM

本书以开源硬件平台Arduino Due为教学实验平台，以ARM芯片SAM3X8E为对象，介绍了ARM微处理器编程的方法和流程。本书内容包括ARM微处理器的发展历史、应用领域、分类以及ARM微处理器的软件开发工具和硬件开发工具，涵盖了ARM微处理器的两种编程模式：Arduino编程和ARM编程。本书内容由易到难，讲解循序渐进，并且提供了大量翔实的应用实例供读者参考，所有实例都给出了完整的程序。 本书取材新颖、内容丰富、重点突出、深入浅出、富有启发性和可操作性，便于教学，可为初学者提供学习参考。本书既可以作为高等院校电子、通信、自动化以及计算机等相关专业的教材，也可以作为相关领域工程技术人员的培训用书或参考手册。

唐光义： 男，副教授，任教于哈尔滨理工大学计算机科学与技术学院，主持并完成多个省级和校级的教学改革项目，主持并完成多个横向科研项目，出版教材一部，公开发表学术论文20余篇；具有多年从事嵌入式系统开发、分布式系统开发的实战经验，一直在一线教学岗位任教，对于当前学校的教学状态、学生能力素质培养和学生学习兴趣激发有比较全面的了解。

【章名目录】 01　初识ARM微处理器　1 02　Arduino Due简介　17 03　Arduino编程基础　32 04　基于Arduino的应用开发　53 05　ARM编程基础　76 06　Cortex-M3微处理器　96 07　Thumb-2指令集　114 08　PIO接口　141 09　异常处理　157 10　定时/计数器TC　182 11　UART　199 12　ADC　216 13　DAC　237 【详细目录】 01　初识ARM微处理器　1 1.1 ARM微处理器概述　1 1.1.1 ARM公司的发展历史　2 1.1.2 ARM微处理器的架构　3 1.1.3 ARM微处理器的特点　6 1.1.4 ARM微处理器的应用领域　6 1.2 ARM微处理器的开发工具　8 1.2.1 交叉编译环境　8 1.2.2 软件开发工具　9 1.2.3 硬件开发工具　12 1.3 ARM微处理器的开发方法简介　13 1.3.1 基于Arduino的应用开发　13 1.3.2 基于CMSIS的应用开发　14 思考与练习　16 02　Arduino Due简介　17 2.1 Arduino Due概述　17 2.2 功能特点　18 2.3 参数规格　19 2.4 硬件平台的结构　20 2.4.1 元件布局　20 2.4.2 连接器　20 2.4.3 跳线器　21 2.5 硬件电路的设计原理　21 2.5.1 微处理器电路　21 2.5.2 电源电路　23 2.5.3 复位电路　25 2.5.4 时钟源电路　25 2.5.5 LED显示电路　25 2.5.6 JTAG接口电路　26 2.5.7 SWD接口电路　26 2.5.8 电源扩展接口电路　27 2.5.9 I/O扩展接口电路　27 2.5.10 USB接口电路　28 2.5.11 USB转串口电路　29 2.5.12 擦除按键接口电路　30 2.5.13 TWI电路　30 2.5.14 SPI电路　30 思考与练习　31 03　Arduino编程基础　32 3.1 搭建Arduino开发环境　32 3.1.1 安装Arduino IDE　32 3.1.2 Arduino IDE结构　34 3.1.3 Arduino IDE的主界面　35 3.2 Arduino编程语言基础　39 3.2.1 语法符号　40 3.2.2 数据类型　41 3.2.3 常量与变量　42 3.2.4 控制结构　44 3.3 Arduino程序的结构　47 3.4 Arduino入门项目——Blink　48 3.4.1 实验材料　48 3.4.2 硬件电路　48 3.4.3 连接硬件电路并安装驱动　48 3.4.4 编辑程序　50 3.4.5 设置开发板及串行通信接口　50 3.4.6 编译程序　51 3.4.7 下载并运行程序　51 思考与练习　52 04　基于Arduino的应用开发　53 4.1 数字量I/O　53 4.1.1 数字量I/O函数　53 4.1.2 编程实验：键控流水灯　54 4.2 模拟量I/O　56 4.2.1 模拟量输入函数　56 4.2.2 编程实验：光强度自动报警系统　57 4.2.3 模拟量输出函数　58 4.2.4 编程实验：简易调色LED灯　59 4.2.5 编程实验：三角波发生器　61 4.3 串行通信　61 4.3.1 串行通信接口函数　62 4.3.2 编程实验：回音壁　66 4.4 中断处理　67 4.4.1 中断处理函数　67 4.4.2 编程实验：键控LED灯　68 4.4.3 编程实验：中断方式的回音壁　69 4.4.4 编程实验：控制中断　70 4.5 其他功能函数　72 4.5.1 时间函数　72 4.5.2 高级I/O操作函数　72 4.5.3 编程实验：测量程序的执行时间　73 4.5.4 编程实验：74HC595芯片驱动多路LED灯　74 思考与练习　75 05　ARM编程基础　76 5.1 ARM编程与Arduino编程的比较　76 5.1.1 Arduino编程的局限性　76 5.1.2 Arduino引脚　77 5.2 ARM开发工具概述　78 5.2.1 MDK概述　78 5.2.2 ULINK 2概述　81 5.3 ARM编程入门向导　81 5.3.1 MDK环境简介　81 5.3.2 简单工程示例　86 思考与练习　95 06　Cortex-M3微处理器　96 6.1 Cortex-M3微处理器内核　96 6.1.1 Cortex-M3微处理器内核简介　98 6.1.2 三级流水线　99 6.1.3 总线系统　100 6.2 Cortex-M3微处理器工作模式和访问级别　101 6.3 Cortex-M3寄存器组成　103 6.3.1 通用寄存器R0～R12　103 6.3.2 通用寄存器R13　104 6.3.3 通用寄存器R14　104 6.3.4 通用寄存器R15　105 6.3.5 特殊功能寄存器　105 6.4 存储器系统　109 6.4.1 存储器映射　109 6.4.2 位带操作　110 6.4.3 非对齐数据传送　113 思考与练习　113 07　Thumb-2指令集　114 7.1 Thumb-2指令集概述　114 7.2 寻址方式　116 7.3 Thumb-2指令集分类　121 7.4 Thumb-2常用指令详细介绍　122 7.4.1 数据传送指令　122 7.4.2 存储器访问指令　123 7.4.3 算术运算指令　126 7.4.4 逻辑运算指令　130 7.4.5 比较和测试指令　131 7.4.6 子程序调用与无条件转移指令　132 7.4.7 移位指令　134 7.4.8 符号扩展指令　134 7.4.9 字节调序指令　135 7.4.10 位操作指令　136 7.4.11 饱和运算指令　137 7.4.12 隔离指令　139 7.4.13 If-Then指令　140 思考与练习　140 08　PIO接口　141 8.1 PIO接口概述　141 8.2 PIO接口结构　143 8.3 PIO接口的基本功能　144 8.3.1 输出控制　145 8.3.2 输入控制　146 8.4 PIO接口的寄存器描述　147 8.5 PIO接口的输入/输出操作　152 8.5.1 PIO接口的数据结构　152 8.5.2 PIO接口的操作步骤　154 8.5.3 编程实验：键控灯　154 思考与练习　156 09　异常处理　157 9.1 异常类型　158 9.2 异常优先级　164 9.2.1 优先级的定义　164 9.2.2 优先级分组　165 9.3 异常向量表　166 9.4 异常处理过程　167 9.4.1 异常响应过程　167 9.4.2 异常处理返回过程　169 9.4.3 特殊情况的处理　169 9.5 NVIC　171 9.6 异常处理的基本操作　178 9.6.1 异常处理的数据结构　178 9.6.2 异常处理的操作步骤　179 9.6.3 编程实验：定时闪烁灯　179 思考与练习　181 10　定时/计数器TC　182 10.1 定时/计数器概述　182 10.2 定时/计数器的工作原理　184 10.2.1 定时/计数器工作模式　184 10.2.2 时钟的选择和控制　185 10.2.3 触发器　187 10.2.4 捕获模式　187 10.2.5 波形模式　188 10.3 定时/计数器的寄存器描述　194 10.4 定时/计数器的基本操作　195 10.4.1 定时/计数器的数据结构　195 10.4.2 定时/计数器的操作步骤　196 10.4.3 编程实验：呼吸灯　196 思考与练习　198 11　UART　199 11.1 UART概述　199 11.2 UART的基本功能　200 11.3 UART的寄存器描述　206 11.4 UART通信的基本操作　212 11.4.1 UART的数据结构　212 11.4.2 UART的操作步骤　212 11.4.3 编程实验：回音壁　213 思考与练习　215 12　ADC　216 12.1 ADC概述　216 12.1.1 ADC的工作原理　216 12.1.2 ADC的分类和特点　217 12.1.3 ADC的主要技术指标　218 12.2 ADC的结构　219 12.2.1 内部结构图　219 12.2.2 ADC的主要特性　220 12.2.3 基本信号描述　220 12.3 ADC的基本功能　221 12.3.1 模数转换过程　221 12.3.2 分辨率设置　222 12.3.3 转换结果　222 12.3.4 触发转换的类型　222 12.3.5 睡眠模式和序列转换器　222 12.4 ADC的寄存器描述　223 12.5 ADC的基本操作　231 12.5.1 ADC的数据结构　231 12.5.2 ADC的操作步骤　232 12.5.3 编程实验：电压表　233 思考与练习　236 13　DAC　237 13.1 DAC概述　237 13.1.1 DAC的工作原理　237 13.1.2 DAC的分类　238 13.1.3 DAC的主要技术指标　239 13.2 DAC的结构　239 13.2.1 内部结构图　239 13.2.2 DAC的主要特性　240 13.2.3 基本信号描述　240 13.3 DAC的基本功能　241 13.3.1 数模转换过程　241 13.3.2 工作时序　242 13.4 DAC的寄存器描述　243 13.5 DAC的基本操作　250 13.5.1 DAC的数据结构　250 13.5.2 DAC的操作步骤　250 13.5.3 编程实验：方波发生器　251 思考与练习　252