系統(tǒng)可配置單片機(jī)原理與應(yīng)用

前言

　　Intel公司于1980年在全面總結(jié)Mcs一48系列單片機(jī)的基礎(chǔ)上推出TMCS一51系列單片機(jī)，它具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)新穎、靈活、功能強(qiáng)、指令豐富、體積小、可靠性高諸多特點(diǎn)。目前，單片機(jī)課程已逐漸成為高等學(xué)校工科相關(guān)專業(yè)的一門(mén)公共基礎(chǔ)課程。隨著VLSI技術(shù)的發(fā)展，MCS一51系列單片機(jī)的集成度、存儲(chǔ)容量、功能的增強(qiáng)及擴(kuò)展，運(yùn)算速度有了顯著提高，MCS一51成為8位機(jī)的主流。采用MCs一51單片機(jī)后，數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法發(fā)生了根本變化，應(yīng)用不斷深入。但是MCs一51單片機(jī)的體系結(jié)構(gòu)至今并沒(méi)發(fā)生革命性變化，它在某些場(chǎng)合，如多種接口功能系統(tǒng)、數(shù)?；旌舷到y(tǒng)、多引腳重構(gòu)系統(tǒng)等，越來(lái)越暴露出其固有的缺點(diǎn)，在接口靈活性、多樣性及數(shù)?；旌咸匦陨蠞M足不了現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需求。與此對(duì)應(yīng)的各高校單片機(jī)課程也基本沒(méi)有什么變化，不能反映當(dāng)前技術(shù)的發(fā)展水平?！　〗畮啄陙?lái)，以UDSM工藝、IP復(fù)用和軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)為支持的SoC技術(shù)得到了很大的發(fā)展，使數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法發(fā)生了徹底的改變。在眾多的Soc技術(shù)及產(chǎn)品中，美國(guó)Cypress公司的系統(tǒng)可配置單片機(jī)PSoc作為一種新型的片上可編程系統(tǒng)，片內(nèi)集成了可配置的數(shù)字和模擬接口系統(tǒng)，可靈活配置成系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需的各種用戶功能模塊，并隨意適配各引腳，是業(yè)界第一款具有混合信號(hào)處理能力的系統(tǒng)可配置單片機(jī)芯片。本書(shū)作者從Psoc誕生之初就開(kāi)始跟蹤和研究這種全新概念的單片機(jī)并應(yīng)用到當(dāng)時(shí)所做的幾個(gè)科研項(xiàng)目中，研發(fā)人員普遍反映PSoc結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙，開(kāi)發(fā)手段先進(jìn)，徹底顛覆了傳統(tǒng)單片機(jī)使用方法，在系統(tǒng)應(yīng)用中特別靈活和方便。從2005年開(kāi)始將其引入杭州電子科技大學(xué)碩士研究生工程訓(xùn)練和高年級(jí)本科生教育，使用過(guò)的學(xué)生都愛(ài)不釋手。趁本書(shū)列選國(guó)家“十一五”規(guī)劃教材之際，作者總結(jié)歸納了幾年來(lái)教學(xué)、研發(fā)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，努力編寫(xiě)一本較系統(tǒng)地介紹PsoC原理、結(jié)構(gòu)、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的教材，并自制了遵循DIY理念的StartKit，配合學(xué)習(xí)使用。我們堅(jiān)信當(dāng)你真正了解和掌握PsoC并將它應(yīng)用到具體的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)中時(shí)，將永遠(yuǎn)不會(huì)再使用那些過(guò)時(shí)、枯燥的Mcu進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。

內(nèi)容概要

　　《系統(tǒng)可配置單片機(jī)原理與應(yīng)用》首先從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的角度去把握PSoC單片機(jī)，詳細(xì)闡述了其M8C內(nèi)核，富有特色的可編程數(shù)字和模擬接口系統(tǒng)及相應(yīng)的可編程互聯(lián)總線、PSoC豐富的系統(tǒng)資源；從系統(tǒng)程序員角度介紹各種可配置數(shù)字、模擬及混合信號(hào)處理功能模塊的APl函數(shù)，同時(shí)介紹了PSoC豐富的開(kāi)發(fā)手段，如匯編器、C編譯器及集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，并通過(guò)實(shí)際案例的一步一步引導(dǎo)，牢固掌握PSoC單片機(jī)?！　　断到y(tǒng)可配置單片機(jī)原理與應(yīng)用》是一本較系統(tǒng)地介紹PSoC原理、結(jié)構(gòu)、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的教材，強(qiáng)調(diào)通過(guò)實(shí)踐來(lái)體會(huì)PSoC單片機(jī)的應(yīng)用，可作為計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、電子科學(xué)與技術(shù)、信息與通信工程、儀器科學(xué)與技術(shù)、控制科學(xué)與工程等學(xué)科各相關(guān)專業(yè)的本科生及研究生的專業(yè)教材；也可作為從事嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的研究和應(yīng)用的工程技術(shù)人員的參考書(shū)。

書(shū)籍目錄

前言第1章 緒論1．1 單片機(jī)的誕生、發(fā)展及應(yīng)用1．1．1 單片機(jī)的誕生1．1．2 單片機(jī)的廣泛應(yīng)用1．1．3 單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)1．2 采用單片機(jī)的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)1．2．1 數(shù)字系統(tǒng)1．2．2 傳統(tǒng)數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)1．2．3 采用單片機(jī)的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)1．3 現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1．3．1 SoC設(shè)計(jì)方法1．3．2 SoPC設(shè)計(jì)方法1．3．3 系統(tǒng)可配置單片機(jī)1．4 PSoC的結(jié)構(gòu)1．4．1 PSoC總體結(jié)構(gòu)1．4．2 PSoC特點(diǎn)1．5 PSoC系列芯片介紹1．5．1 PSoC系列芯片1．5．2 PSoC典型應(yīng)用1．6 小結(jié)思考題第2章 PSoC的體系結(jié)構(gòu)2．1 PSoC的總體結(jié)構(gòu)2．1．1 PSoC內(nèi)核2．1．2 可配置數(shù)字接口系統(tǒng)2．1．3 可配置模擬接口系統(tǒng)2．1．4 系統(tǒng)資源2．2 PSoC內(nèi)核系統(tǒng)2．2．1 M8CCPU內(nèi)核2．2．2 SRAM2．2．3 SROM2．2．4 中斷控制器2．2．5 通用輸入輸出端口2．2．6 模擬輸出驅(qū)動(dòng)2．2．7 PSoC內(nèi)核的時(shí)鐘系統(tǒng)2．2．8 睡眠和看門(mén)狗2．3 PSoC系統(tǒng)資源2．3．1 數(shù)字時(shí)鐘2．3．2 乘法加法器2．3．3 采樣抽取器2．3．4 12C單元2．3．5 內(nèi)部參考電壓2．3．6 系統(tǒng)復(fù)位2．3．7 開(kāi)關(guān)式升壓泵2．3．8 上電復(fù)位和低電壓檢測(cè)2．3．9 I／O模擬多路復(fù)用器2．3．1 0全速USB2．4 小結(jié)思考題第3章 PSoC的指令系統(tǒng)和匯編程序設(shè)計(jì)3．1 尋址方式3．2 算術(shù)運(yùn)算類指令3．3 邏輯運(yùn)算類指令3．4 移位類指令3．5 數(shù)據(jù)傳送類指令3．6 轉(zhuǎn)移控制類指令3．7 處理器類指令3．8 PSoC匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)3．8．1 匯編語(yǔ)言文件分類3．8．2 編譯器偽指令系統(tǒng)3．8．3 匯編編程3．9 小結(jié)思考題第4章 PSoC集成開(kāi)發(fā)環(huán)境4．1 PSoC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程4．2 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境PSoCDesigner4．2．1 PSoCDesigner的安裝4．2．2 PSoCDesigner簡(jiǎn)介4．2．3 PSoCDesigner的使用4．3 簡(jiǎn)單人機(jī)接口應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)例4．4 小結(jié)思考題第5章 PSoC的c語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)5．1 簡(jiǎn)介5．2 PSoC程序結(jié)構(gòu)5．2．1 順序結(jié)構(gòu)5．2．2 分支結(jié)構(gòu)5．2．3 循環(huán)結(jié)構(gòu)5．3 PSoCC語(yǔ)法5．3．1 數(shù)據(jù)類型和運(yùn)算符5．3．2 c語(yǔ)言的指針5．4 PSoCc程序設(shè)計(jì)5．4．1 預(yù)處理命令5．4．2 PSoC應(yīng)用程序舉例5．5 小結(jié)思考題第6章 PSoC可配置數(shù)字接口系統(tǒng)6．1 PSoC數(shù)字接口系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)6．1．1 全局?jǐn)?shù)字接口系統(tǒng)互連6．1．2 行間數(shù)字陣列互連6．1．3 行內(nèi)數(shù)字模塊互連6．1．4 基本數(shù)字單元6．2 定時(shí)器和計(jì)數(shù)器用戶模塊6．2．1 定時(shí)器和計(jì)數(shù)器簡(jiǎn)介6．2．2 TIMER8用戶模塊結(jié)構(gòu)特性6．2．3 TIMER8用戶模塊配置和API函數(shù)6．2．4 COUNTER8用戶模塊配置和API函數(shù)6．2．5 TIMER8用戶模塊應(yīng)用舉例6．3 數(shù)字脈寬調(diào)制模塊6．3．1 脈寬調(diào)制模塊簡(jiǎn)介6．3．2 PWM8用戶模塊結(jié)構(gòu)特性6．3．3 PWM8用戶模塊配置與API函數(shù)6．3．4 PWM8用戶模塊應(yīng)用舉例6．4 數(shù)字通信用戶模塊6．4．1 串行通信概述6．4．2 SPI串行通信用戶模塊6．4．3 uART串行通信用戶模塊6．4．4 串行uART通信用戶模塊6．4．5 循環(huán)冗余校驗(yàn)用戶模塊6．5 其他數(shù)字用戶模塊6．5．1 偽隨機(jī)序列發(fā)生器用戶模塊6．5．2 E2PROM用戶模塊6．5．3 數(shù)字緩沖器用戶模塊6．5．4 數(shù)字反相器用戶模塊6．5．5 LCD工具箱用戶模塊6．5．6 7段式LED控制器用戶模塊6．5．7 LED用戶模塊6．5．8 休眠定時(shí)器用戶模塊6．5．9 SDCaLd用戶模塊6．6 小結(jié)思考題第7章 PSoC可配置模擬接口系統(tǒng)7．1 PSoC模擬接口系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)7．1．1 模擬接口7．1．2 模擬陣列7．1．3 模擬接口系統(tǒng)輸入及選擇7．1．4 模擬輸出驅(qū)動(dòng)7．1．5 模擬信號(hào)基準(zhǔn)電壓發(fā)生器7．1．6 基本模擬單元7．2 數(shù)模轉(zhuǎn)換器用戶模塊7．2．1 數(shù)模轉(zhuǎn)換器用戶模塊簡(jiǎn)介7．2．2 基本電壓輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器用戶模塊7．2．3 四象限乘法電壓輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器用戶模塊7．3 模數(shù)轉(zhuǎn)換器用戶模塊7．3．1 模數(shù)轉(zhuǎn)換器用戶模塊簡(jiǎn)介7．3．2 逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器用戶模塊7．3．3 積分式模數(shù)轉(zhuǎn)換器用戶模塊7．3．4 △一∑模數(shù)轉(zhuǎn)換器用戶模塊7．4 放大器和比較器用戶模塊7．4．1 可編程增益放大器用戶模塊7．4．2 可編程增益反向放大器用戶模塊7．4．3 儀器放大器用戶模塊7．4．4 比較器用戶模塊7．5 有源濾波器用戶模塊7．5．1 有源濾波器概述7．5．2 雙極點(diǎn)帶通濾波器用戶模塊7．5．3 雙極點(diǎn)低通濾波器用戶模塊7．6 小結(jié)思考題第8章 PSoC實(shí)驗(yàn)8．1 PSoCStartKit學(xué)習(xí)板簡(jiǎn)介8．2 八段數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示實(shí)驗(yàn)8．2．1 目的8．2．2 要求8．2．3 八段數(shù)碼管掃描顯示原理8．2．4 PSoC接口配置8．2．5 PSoC軟件設(shè)計(jì)8．2．6 拓展實(shí)驗(yàn)8．3 4×3矩陣數(shù)字鍵盤(pán)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)8．3．1 目的8．3．2 要求8，3．3 矩陣數(shù)字鍵盤(pán)掃描原理8．3．4 PSoC接口配置8．3．5 PSoC軟件設(shè)計(jì)8．3．6 拓展實(shí)驗(yàn)8．4 模數(shù)轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)8．4．1 目的8．4．2 要求8．4．3 A／D轉(zhuǎn)換原理8．4．4 PSoC接口配置8．4．5 PSoC軟件設(shè)計(jì)8．4．6 拓展實(shí)驗(yàn)8．5 PWM控制蜂鳴器實(shí)驗(yàn)8．5．1 目的8．5．2 要求8．5．3 PWM控制蜂鳴器音量原理8．5．4 PSoC接口配置8．5．5 PSoC軟件設(shè)計(jì)8．5．6 拓展實(shí)驗(yàn)8．6 UART通信實(shí)驗(yàn)8．6．1 目的8．6．2 要求8．6．3 uART串口通信原理8．6．4 PSoC接口配置8．6．5 PSoC軟件設(shè)計(jì)8．6．6 拓展實(shí)驗(yàn)8．7 usB通信實(shí)驗(yàn)8．7．1 目的8．7．2 要求8．7．3 USB通信原理8．7．4 PSoC接口配置8．7．5 PSoC軟件設(shè)計(jì)8．7．6 拓展實(shí)驗(yàn)8．8 小結(jié)思考題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第1章　緒論　　本章簡(jiǎn)述單片機(jī)的誕生、發(fā)展與應(yīng)用，使讀者了解單片機(jī)發(fā)展的歷史過(guò)程及其廣泛應(yīng)用。單片機(jī)在數(shù)字系統(tǒng)中的應(yīng)用曾使數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)入了一個(gè)全新階段，但現(xiàn)有單片機(jī)固有特點(diǎn)也暴露出其越來(lái)越不適應(yīng)現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)的要求，如數(shù)?；旌舷到y(tǒng)，接口多樣性等，因此出現(xiàn)了基于EDA技術(shù)的SoC／SoPC的現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和系統(tǒng)可配置的單片機(jī)。PSoC是一種可以構(gòu)建小規(guī)模數(shù)?；旌舷到y(tǒng)的系統(tǒng)可配置單片機(jī)，其可編程的數(shù)字接口系統(tǒng)和模擬接口系統(tǒng)具有傳統(tǒng)單片機(jī)無(wú)可比擬的靈活性。本章在簡(jiǎn)單比較了PSoC和MCS--51單片機(jī)后，介紹了PSoC的系列芯片和一些典型應(yīng)用，使大家了解PSoC特點(diǎn)及適用范圍，對(duì)PSoC有一個(gè)總體把握?！　?.1　單片機(jī)的誕生、發(fā)展及應(yīng)用　　1.1.1　單片機(jī)的誕生　　20世紀(jì)70年代中期是8位微型計(jì)算機(jī)發(fā)展的鼎盛時(shí)期，大規(guī)模集成電路技術(shù)飛速發(fā)展。為滿足更廣泛的實(shí)時(shí)應(yīng)用的需要，從微型計(jì)算機(jī)家族中誕生出新的一員，形成了一個(gè)新的發(fā)展分支——單片微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱單片機(jī)。它主要應(yīng)用于測(cè)控系統(tǒng)，所以又稱微控制器（MCU）。它以體積小、價(jià)格低廉、功能完善、面向?qū)崟r(shí)測(cè)控為特征，在一塊單晶芯片上集成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)構(gòu)成的主要部件：中央處理器（CPU）、運(yùn)算器（ALU）、存儲(chǔ)器（RAM、ROM）、I／O口及其他功能部件。這樣一塊單晶芯片就構(gòu)成了一臺(tái)具有一定功能的計(jì)算機(jī)，故稱為單晶芯片微型計(jì)算機(jī)，統(tǒng)稱單片機(jī)。

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