嵌入式系统原理与实践

作者:沈建华、王慈
定价:69.8
印次:1月1日
ISBN:9787302510246
出版日期:2018/9/1

嵌入式系统原理与实践系统介绍了嵌入式系统的基本原理和基础知识,详细讲述了MCU应用相关的各种外设模块的工作原理和编程结构,包括ARM Cortex-M4内核、ARM v7指令系统、MCU系统控制、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、比较器)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。最后还介绍了物联网应用、低功耗系统设计和电磁兼容性基础等。 本书以MSP432微控制器为例,每个章节都提供实验操作例程代码,并配有完整的教学资源,包括PPT课件、物联网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、物联网、微机接口、单片机等课程的教材,也可作为广大从事MCU和物联网应用系统开发的工程技术人员的学习、参考用书。
目前很多高校都开设了嵌入式系统课程,有的学校还有嵌入式系统专业,关于嵌入式系统教学内容的讨论也随之而来。其实,嵌入式系统这个概念很大,计算机技术和计算机应用技术的每个方面,几乎都可以找到与嵌入式系统有关联的内容,如微处理器架构、硬件系统设计、软件设计与优化、算法与控制、接口与通信、操作系统、数字信号处理、单片机应用等。所以,完整的嵌入式系统教学内容,应该是一个课程体系、包括一系列的课程。对于一般学校的一门“嵌入式系统”类课程,则不必拘泥(或统一)于某一特定的内容,完全可以根据各自学校、专业的特点和培养方案,选定教学内容。为此,我们也查阅了美国一些高校(如哥伦比亚大学、德克萨斯大学、密西根大学、伯克利大学、华盛顿大学等)的嵌入式系统课程教学内容,发现各高校相似名称的课程,教学内容也相差很大,有的偏重于系统建模、有的偏重于系统控制、有的偏重于应用系统设计。总体而言,偏重于应用、控制方面的,选用微控制器(MCU)教学的较为普遍。

在国内成立嵌入式系统专业的学校,有条件可以开设一系列的嵌入式系统课程。对一般学校来说,涉及嵌入式系统相关教学内容的,可能也就是1~2门课。对于计算机专业而言,大多是原来的“微机原理与接口”“单片机原理与应用”这类课程教学内容的延续和更新。我们华东师范大学计算机系也是如此,目前“嵌入式系统原理与实践”这门课,就是原来“微机原理与接口”“嵌入式系统引论”的升级版。考虑到计算机专业软件课程(包括操作系统、编程语言等)已经很多,所以我们这门课的教学内容重点是嵌入式系统硬件接口方面的知识,以及具有嵌入式系统特点的软件设计方法,包括嵌入式处理器、存储器、I/O、RTOS、嵌入式应用编程等。

嵌入式系统是一种计算机应用系统。作为本科生专业基础课程,要抽象出一般嵌入式应用共性的知识和原理,这部分内容必须具有基础性、普适性,不依赖于某个具体的芯片。然后再选择某些有代表性的具体芯片作为实验载体,加强对原理的理解,掌握应用设计方法。平衡好这两个方面是嵌入式教学的一个难点,为此我们结合自己20多年嵌入式系统教学、科研项目开发经验,逐步抽象出符合本学科专业教学要求的嵌入式系统处理器、存储器、I/O等相关的基础知识和原理,并选择了基于ARM Cortex-M4的超低功耗微控制器MSP432作为硬件实验平台。现在各种MCU型号很多,选择MSP432主要考虑了以下因素。

(1)MSP432基于ARM Cortex-M4内核,采用ARM v7指令集,具有高性能、先进性,32位处理器已成主流,教学内容必须与时俱进。

(2)低功耗是嵌入式系统的重要特性,MSP432既有一般ARM MCU的功能性,也有超低功耗特性,可满足更多教学、应用需求。

(3)MSP432开发工具完善,可支持多种主流嵌入式开发工具,如Keil MDK、IAR、Eclipse等。

(4)对于高校教学实验需求,可向TI大学计划申请免费的MSP432 LaunchPad。

嵌入式系统教学的另一个难点是动手实践。一方面,受学校总课时限制,每周2课时的实验只能让学生做一些肤浅的验证性实验,无法做一些复杂、系统性的实验;另一方面,由于互联网应用的兴起,现在IT学科的学生普遍喜欢软件类课程和互联网应用开发,因为各种移动互联网应用,如Web、手机App应用开发更方便、有趣。为突破这个难题,提高学生对嵌入式系统的学习兴趣,同时结合物联网应用趋势、把嵌入式系统和移动互联网结合起来,我们和阿里巴巴、半导体芯片公司TI合作,开发了基于阿里云IoT平台和AliOS Things的嵌入式物联网实验系统,把手机App作为嵌入式系统的人机交互接口,并可在Internet上实现互动。该实验系统的特色如下。

(1)简单。硬件采用口袋板形式(名片大小),课程一开始就发给学生,学生可在任何时间自行进行编程实验;而在实验室规定的时间可以进行更复杂的实验,大大增加了学生的实验时间、动手和创新能力。

(2)丰富。实验内容丰富,可做一般嵌入式系统课程要求的所有实验内容;并带有Arduino扩展接口,可进行创新实验、应用开发。

(3)有趣。配接联网模块,既可实现物联网应用方案,也可用手机App进行远程操控。

(4)真实。物联网实验方案采用阿里云IoT平台,安全、稳定、有弹性,可用于实际IoT产品和项目,所学即所用。

(5)完善。教材、课件PPT、作业、答案等配套资源完善,可零起点学习使用嵌入式和物联网开发。教师还可以在网上查看、统计学生的学习、实验情况。

(6)免费。对于高校教学,可申请实验板卡、IoT云系统使用全免费。

嵌入式应用几乎无所不在,物联网给嵌入式系统发展带来巨大机遇。从某种角度上说,物联网应用系统也可看作是嵌入式系统的网络应用,因为物联网系统中的“物”,基本上都是各种嵌入式设备。随着物联网应用的发展,嵌入式软件日趋复杂,需要针对应用趋势,学习高效的嵌入式、物联网开发技术,包括RTOS、物联网OS、IoT云平台等。对于一般嵌入式开发,本书介绍了FreeRTOS。对于物联网应用开发,本书简单介绍了AliOS Things和阿里云IoT平台,并介绍了一个物联网应用实例。

考虑到教学内容的完整性、学生基础的差异性以及学习参考的便利,本书的后面几章还补充了嵌入式软件设计方法、嵌入式C语言基础、软硬件开发环境以及低功耗设计和电磁兼容性方面的基础知识。

华东师范大学计算机系嵌入式系统实验室长期重视产学研结合,与多家全球著名的半导体厂商(如TI、Microchip、ST等)和互联网企业(如阿里云、微软Azure等)合作,在MCU和物联网系统开发、推广方面积累了丰富的经验。本书内容是结合了我们多年课程教学及MCU和物联网应用开发的经验编写整理而成的,并经过了多届学生的试用,反响良好。

参与本书编写和资料整理、硬件设计和代码验证等工作的,还有华东师范大学计算机系林雯、陶立清、常艳杰、王同乐、张炤、张红艳、陈子炎、周剑晟、郝立平,上海大学李晋等。在本书成稿过程中,得到了TI大学计划经理王承宁、潘亚涛、钟舒阳,阿里巴巴IoT事业部总经理库伟、巍骛、孟子,清华大学出版社邓艳的大力支持。在此向他们表示衷心的感谢。

由于时间仓促和水平所限,书中难免存在不足之处,恳请读者批评指正,以便我们及时修正。

目前很多高校都开设了嵌入式系统课程,有的学校还有嵌入式系统专业,关于嵌入式系统教学内容的讨论也随之而来。其实,嵌入式系统这个概念很大,计算机技术和计算机应用技术的每个方面,几乎都可以找到与嵌入式系统有关联的内容,如微处理器架构、硬件系统设计、软件设计与优化、算法与控制、接口与通信、操作系统、数字信号处理、单片机应用等。所以,完整的嵌入式系统教学内容,应该是一个课程体系、包括一系列的课程。对于一般学校的一门“嵌入式系统”类课程,则不必拘泥(或统一)于某一特定的内容,完全可以根据各自学校、专业的特点和培养方案,选定教学内容。为此,我们也查阅了美国一些高校(如哥伦比亚大学、德克萨斯大学、密西根大学、伯克利大学、华盛顿大学等)的嵌入式系统课程教学内容,发现各高校相似名称的课程,教学内容也相差很大,有的偏重于系统建模、有的偏重于系统控制、有的偏重于应用系统设计。总体而言,偏重于应用、控制方面的,选用微控制器(MCU)教学的较为普遍。

在国内成立嵌入式系统专业的学校,有条件可以开设一系列的嵌入式系统课程。对一般学校来说,涉及嵌入式系统相关教学内容的,可能也就是1~2门课。对于计算机专业而言,大多是原来的“微机原理与接口”“单片机原理与应用”这类课程教学内容的延续和更新。我们华东师范大学计算机系也是如此,目前“嵌入式系统原理与实践”这门课,就是原来“微机原理与接口”“嵌入式系统引论”的升级版。考虑到计算机专业软件课程(包括操作系统、编程语言等)已经很多,所以我们这门课的教学内容重点是嵌入式系统硬件接口方面的知识,以及具有嵌入式系统特点的软件设计方法,包括嵌入式处理器、存储器、I/O、RTOS、嵌入式应用编程等。

嵌入式系统是一种计算机应用系统。作为本科生专业基础课程,要抽象出一般嵌入式应用共性的知识和原理,这部分内容必须具有基础性、普适性,不依赖于某个具体的芯片。然后再选择某些有代表性的具体芯片作为实验载体,加强对原理的理解,掌握应用设计方法。平衡好这两个方面是嵌入式教学的一个难点,为此我们结合自己20多年嵌入式系统教学、科研项目开发经验,逐步抽象出符合本学科专业教学要求的嵌入式系统处理器、存储器、I/O等相关的基础知识和原理,并选择了基于ARM Cortex-M4的超低功耗微控制器MSP432作为硬件实验平台。现在各种MCU型号很多,选择MSP432主要考虑了以下因素。

(1)MSP432基于ARM Cortex-M4内核,采用ARM v7指令集,具有高性能、先进性,32位处理器已成主流,教学内容必须与时俱进。

(2)低功耗是嵌入式系统的重要特性,MSP432既有一般ARM MCU的功能性,也有超低功耗特性,可满足更多教学、应用需求。

(3)MSP432开发工具完善,可支持多种主流嵌入式开发工具,如Keil MDK、IAR、Eclipse等。

(4)对于高校教学实验需求,可向TI大学计划申请免费的MSP432 LaunchPad。

嵌入式系统教学的另一个难点是动手实践。一方面,受学校总课时限制,每周2课时的实验只能让学生做一些肤浅的验证性实验,无法做一些复杂、系统性的实验;另一方面,由于互联网应用的兴起,现在IT学科的学生普遍喜欢软件类课程和互联网应用开发,因为各种移动互联网应用,如Web、手机App应用开发更方便、有趣。为突破这个难题,提高学生对嵌入式系统的学习兴趣,同时结合物联网应用趋势、把嵌入式系统和移动互联网结合起来,我们和阿里巴巴、半导体芯片公司TI合作,开发了基于阿里云IoT平台和AliOS Things的嵌入式物联网实验系统,把手机App作为嵌入式系统的人机交互接口,并可在Internet上实现互动。该实验系统的特色如下。

(1)简单。硬件采用口袋板形式(名片大小),课程一开始就发给学生,学生可在任何时间自行进行编程实验;而在实验室规定的时间可以进行更复杂的实验,大大增加了学生的实验时间、动手和创新能力。

(2)丰富。实验内容丰富,可做一般嵌入式系统课程要求的所有实验内容;并带有Arduino扩展接口,可进行创新实验、应用开发。

(3)有趣。配接联网模块,既可实现物联网应用方案,也可用手机App进行远程操控。

(4)真实。物联网实验方案采用阿里云IoT平台,安全、稳定、有弹性,可用于实际IoT产品和项目,所学即所用。

(5)完善。教材、课件PPT、作业、答案等配套资源完善,可零起点学习使用嵌入式和物联网开发。教师还可以在网上查看、统计学生的学习、实验情况。

(6)免费。对于高校教学,可申请实验板卡、IoT云系统使用全免费。

嵌入式应用几乎无所不在,物联网给嵌入式系统发展带来巨大机遇。从某种角度上说,物联网应用系统也可看作是嵌入式系统的网络应用,因为物联网系统中的“物”,基本上都是各种嵌入式设备。随着物联网应用的发展,嵌入式软件日趋复杂,需要针对应用趋势,学习高效的嵌入式、物联网开发技术,包括RTOS、物联网OS、IoT云平台等。对于一般嵌入式开发,本书介绍了FreeRTOS。对于物联网应用开发,本书简单介绍了AliOS Things和阿里云IoT平台,并介绍了一个物联网应用实例。

考虑到教学内容的完整性、学生基础的差异性以及学习参考的便利,本书的后面几章还补充了嵌入式软件设计方法、嵌入式C语言基础、软硬件开发环境以及低功耗设计和电磁兼容性方面的基础知识。

华东师范大学计算机系嵌入式系统实验室长期重视产学研结合,与多家全球著名的半导体厂商(如TI、Microchip、ST等)和互联网企业(如阿里云、微软Azure等)合作,在MCU和物联网系统开发、推广方面积累了丰富的经验。本书内容是结合了我们多年课程教学及MCU和物联网应用开发的经验编写整理而成的,并经过了多届学生的试用,反响良好。

参与本书编写和资料整理、硬件设计和代码验证等工作的,还有华东师范大学计算机系林雯、陶立清、常艳杰、王同乐、张炤、张红艳、陈子炎、周剑晟、郝立平,上海大学李晋等。在本书成稿过程中,得到了TI大学计划经理王承宁、潘亚涛、钟舒阳,阿里巴巴IoT事业部总经理库伟、巍骛、孟子,清华大学出版社邓艳的大力支持。在此向他们表示衷心的感谢。

由于时间仓促和水平所限,书中难免存在不足之处,恳请读者批评指正,以便我们及时修正。

目前很多高校都开设了嵌入式系统课程,有的学校还有嵌入式系统专业,关于嵌入式系统教学内容的讨论也随之而来。其实,嵌入式系统这个概念很大,计算机技术和计算机应用技术的每个方面,几乎都可以找到与嵌入式系统有关联的内容,如微处理器架构、硬件系统设计、软件设计与优化、算法与控制、接口与通信、操作系统、数字信号处理、单片机应用等。所以,完整的嵌入式系统教学内容,应该是一个课程体系、包括一系列的课程。对于一般学校的一门“嵌入式系统”类课程,则不必拘泥(或统一)于某一特定的内容,完全可以根据各自学校、专业的特点和培养方案,选定教学内容。为此,我们也查阅了美国一些高校(如哥伦比亚大学、德克萨斯大学、密西根大学、伯克利大学、华盛顿大学等)的嵌入式系统课程教学内容,发现各高校相似名称的课程,教学内容也相差很大,有的偏重于系统建模、有的偏重于系统控制、有的偏重于应用系统设计。总体而言,偏重于应用、控制方面的,选用微控制器(MCU)教学的较为普遍。

在国内成立嵌入式系统专业的学校,有条件可以开设一系列的嵌入式系统课程。对一般学校来说,涉及嵌入式系统相关教学内容的,可能也就是1~2门课。对于计算机专业而言,大多是原来的“微机原理与接口”“单片机原理与应用”这类课程教学内容的延续和更新。我们华东师范大学计算机系也是如此,目前“嵌入式系统原理与实践”这门课,就是原来“微机原理与接口”“嵌入式系统引论”的升级版。考虑到计算机专业软件课程(包括操作系统、编程语言等)已经很多,所以我们这门课的教学内容重点是嵌入式系统硬件接口方面的知识,以及具有嵌入式系统特点的软件设计方法,包括嵌入式处理器、存储器、I/O、RTOS、嵌入式应用编程等。

嵌入式系统是一种计算机应用系统。作为本科生专业基础课程,要抽象出一般嵌入式应用共性的知识和原理,这部分内容必须具有基础性、普适性,不依赖于某个具体的芯片。然后再选择某些有代表性的具体芯片作为实验载体,加强对原理的理解,掌握应用设计方法。平衡好这两个方面是嵌入式教学的一个难点,为此我们结合自己20多年嵌入式系统教学、科研项目开发经验,逐步抽象出符合本学科专业教学要求的嵌入式系统处理器、存储器、I/O等相关的基础知识和原理,并选择了基于ARM Cortex-M4的超低功耗微控制器MSP432作为硬件实验平台。现在各种MCU型号很多,选择MSP432主要考虑了以下因素。

(1)MSP432基于ARM Cortex-M4内核,采用ARM v7指令集,具有高性能、先进性,32位处理器已成主流,教学内容必须与时俱进。

(2)低功耗是嵌入式系统的重要特性,MSP432既有一般ARM MCU的功能性,也有超低功耗特性,可满足更多教学、应用需求。

(3)MSP432开发工具完善,可支持多种主流嵌入式开发工具,如Keil MDK、IAR、Eclipse等。

(4)对于高校教学实验需求,可向TI大学计划申请免费的MSP432 LaunchPad。

嵌入式系统教学的另一个难点是动手实践。一方面,受学校总课时限制,每周2课时的实验只能让学生做一些肤浅的验证性实验,无法做一些复杂、系统性的实验;另一方面,由于互联网应用的兴起,现在IT学科的学生普遍喜欢软件类课程和互联网应用开发,因为各种移动互联网应用,如Web、手机App应用开发更方便、有趣。为突破这个难题,提高学生对嵌入式系统的学习兴趣,同时结合物联网应用趋势、把嵌入式系统和移动互联网结合起来,我们和阿里巴巴、半导体芯片公司TI合作,开发了基于阿里云IoT平台和AliOS Things的嵌入式物联网实验系统,把手机App作为嵌入式系统的人机交互接口,并可在Internet上实现互动。该实验系统的特色如下。

(1)简单。硬件采用口袋板形式(名片大小),课程一开始就发给学生,学生可在任何时间自行进行编程实验;而在实验室规定的时间可以进行更复杂的实验,大大增加了学生的实验时间、动手和创新能力。

(2)丰富。实验内容丰富,可做一般嵌入式系统课程要求的所有实验内容;并带有Arduino扩展接口,可进行创新实验、应用开发。

(3)有趣。配接联网模块,既可实现物联网应用方案,也可用手机App进行远程操控。

(4)真实。物联网实验方案采用阿里云IoT平台,安全、稳定、有弹性,可用于实际IoT产品和项目,所学即所用。

(5)完善。教材、课件PPT、作业、答案等配套资源完善,可零起点学习使用嵌入式和物联网开发。教师还可以在网上查看、统计学生的学习、实验情况。

(6)免费。对于高校教学,可申请实验板卡、IoT云系统使用全免费。

嵌入式应用几乎无所不在,物联网给嵌入式系统发展带来巨大机遇。从某种角度上说,物联网应用系统也可看作是嵌入式系统的网络应用,因为物联网系统中的“物”,基本上都是各种嵌入式设备。随着物联网应用的发展,嵌入式软件日趋复杂,需要针对应用趋势,学习高效的嵌入式、物联网开发技术,包括RTOS、物联网OS、IoT云平台等。对于一般嵌入式开发,本书介绍了FreeRTOS。对于物联网应用开发,本书简单介绍了AliOS Things和阿里云IoT平台,并介绍了一个物联网应用实例。

考虑到教学内容的完整性、学生基础的差异性以及学习参考的便利,本书的后面几章还补充了嵌入式软件设计方法、嵌入式C语言基础、软硬件开发环境以及低功耗设计和电磁兼容性方面的基础知识。

华东师范大学计算机系嵌入式系统实验室长期重视产学研结合,与多家全球著名的半导体厂商(如TI、Microchip、ST等)和互联网企业(如阿里云、微软Azure等)合作,在MCU和物联网系统开发、推广方面积累了丰富的经验。本书内容是结合了我们多年课程教学及MCU和物联网应用开发的经验编写整理而成的,并经过了多届学生的试用,反响良好。

参与本书编写和资料整理、硬件设计和代码验证等工作的,还有华东师范大学计算机系林雯、陶立清、常艳杰、王同乐、张炤、张红艳、陈子炎、周剑晟、郝立平,上海大学李晋等。在本书成稿过程中,得到了TI大学计划经理王承宁、潘亚涛、钟舒阳,阿里巴巴IoT事业部总经理库伟、巍骛、孟子,清华大学出版社邓艳的大力支持。在此向他们表示衷心的感谢。

由于时间仓促和水平所限,书中难免存在不足之处,恳请读者批评指正,以便我们及时修正。

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    嵌入式系统原理与实践结合物联网应用趋势、把嵌入式系统和移动互联网结合起来,我们和阿里巴巴、半导体芯片公司TI合作,开发了基于阿里云IoT平台和AliOS Things的嵌入式物联网实验系统,把手机App作为嵌入式系统的人机交互接口,并可在Internet上实现互动。
  • 第1章 嵌入式系统与微控制器概述 1

    1.1 嵌入式系统概述 1

    1.1.1 嵌入式系统的发展 1

    1.1.2 嵌入式系统的特点 3

    1.1.3 嵌入式系统的组成 3

    1.1.4 嵌入式系统的种类 5

    1.1.5 嵌入式系统的调试方法 6

    1.1.6 嵌入式系统的应用 12

    1.2 嵌入式处理器 13

    1.2.1 嵌入式处理器概述 13

    1.2.2 嵌入式处理器的分类 13

    1.2.3 MCU的发展和特点 18

    1.3 习题 23

    第2章 ARM Cortex-M处理器 24

    2.1 ARM处理器概述 24

    2.2 ARM处理器架构 24

    2.2.1 ARM体系结构版本 25

    2.2.2 ARM处理器 27

    2.3 Cortex-M处理器内核及功能介绍 29

    2.4 ARM Cortex-M4编程模型 34

    2.4.1 处理器的工作模式和特权级别 34

    2.4.2 ARM Cortex-M4寄存器 35

    2.4.3 ARM Cortex-M4异常处理 38

    2.5 习题 43

    第3章 ARM指令系统 44

    3.1 指令格式 44

    3.2 条件码 46

    3.3 ARM指令的寻址方式 47

    3.4 ARM v7架构指令集—Thumb-2指令集 52

    3.4.1 存储器访问指令 53

    3.4.2 通用数据处理指令 57

    3.4.3 乘法和除法指令 62

    3.4.4 分支和分支控制指令 64

    3.4.5 饱和运算指令SSAT和USAT 66

    3.4.6 位段操作指令 67

    3.4.7 杂项指令 69

    3.5 ARM汇编程序设计 72

    3.5.1 ARM汇编语言格式规范 72

    3.5.2 ARM汇编语言编写格式示例 73

    3.6 习题 73

    第4章 系统控制 75

    4.1 功能组件 75

    4.1.1 复位控制 75

    4.1.2 时钟控制 78

    4.1.3 电源/功耗控制 82

    4.1.4 嵌套向量中断控制器 83

    4.1.5 DMA控制器 89

    4.2 初始化配置 95

    4.3 操作实例 98

    4.3.1 时钟例程 98

    4.3.2 中断例程 104

    4.4 本章小结 107

    4.5 习题 107

    第5章 存储器 109

    5.1 存储器分类 109

    5.1.1 RAM存储器 109

    5.1.2 ROM存储器 118

    5.1.3 Flash存储器 121

    5.1.4 铁电存储器FRAM 126

    5.1.5 存储器控制器 128

    5.1.6 存储器性能指标 132

    5.2 微控制器存储器系统 133

    5.2.1 存储器地址映射 134

    5.2.2 位带操作 136

    5.2.3 存储格式 137

    5.3 操作示例 140

    5.3.1 变量地址观察例程 140

    5.3.2 Flash擦写例程 142

    5.4 本章小结 146

    5.5 习题 147

    第6章 基本外设 148

    6.1 通用输入/输出端口(GPIO) 148

    6.1.1 GPIO简介 148

    6.1.2 MSP432中的GPIO 151

    6.1.3 初始化配置 152

    6.1.4 操作实例 152

    6.2 通用定时器/计数器 155

    6.2.1 通用定时器简介 155

    6.2.2 MSP432中的定时器 157

    6.2.3 初始化配置 159

    6.2.4 操作实例 160

    6.3 脉冲宽度调制(PWM) 163

    6.3.1 PWM简介 163

    6.3.2 MSP432中的PWM 165

    6.3.3 操作实例 166

    6.4 看门狗定时器(WDT) 169

    6.4.1 WDT简介 170

    6.4.2 MSP432中的看门狗 170

    6.4.3 操作实例 171

    6.5 实时时钟(RTC) 175

    6.5.1 RTC简介 175

    6.5.2 MSP432中的RTC 175

    6.5.3 操作实例 177

    6.6 习题 181

    第7章 模拟外设 182

    7.1 模数转换器(ADC) 182

    7.1.1 ADC简介 182

    7.1.2 ADC性能指标 185

    7.1.3 ADC类型 185

    7.1.4 初始化配置 190

    7.1.5 MSP432中的ADC 190

    7.1.6 操作实例 192

    7.2 比较器 196

    7.2.1 比较器简介 196

    7.2.2 初始化配置 199

    7.2.3 操作实例 199

    7.3 数模转换器(DAC) 201

    7.3.1 DAC简介 201

    7.3.2 DAC类型 202

    7.3.3 DAC的技术指标 203

    7.3.4 操作实例 203

    7.4 习题 207

    第8章 通信外设 209

    8.1 数字通信系统概述 209

    8.2 UART接口 210

    8.2.1 UART简介 210

    8.2.2 波特率 213

    8.2.3 MSP432中的UART 213

    8.2.4 初始化配置 215

    8.2.5 操作实例 215

    8.3 SPI接口 219

    8.3.1 SPI简介 219

    8.3.2 MSP432中的SPI 221

    8.3.3 初始化配置 223

    8.3.4 操作实例 224

    8.4 I2C接口 227

    8.4.1 I2C简介 227

    8.4.2 MSP432中的I2C 232

    8.4.3 初始化配置 233

    8.4.4 操作实例 234

    8.5 CAN总线 238

    8.6 USB接口 240

    8.7 习题 244

    第9章 嵌入式软件设计 245

    9.1 嵌入式系统软件组成 245

    9.1.1 嵌入式系统软件架构 245

    9.1.2 初始化引导程序Bootloader 247

    9.1.3 板级支持包BSP 247

    9.1.4 设备驱动程序 249

    9.1.5 库函数 250

    9.2 嵌入式系统软件设计方法 250

    9.2.1 前后台系统 250

    9.2.2 中断(事件)驱动系统 251

    9.2.3 巡回服务系统 252

    9.2.4 基于定时器的巡回服务系统 253

    9.2.5 带操作系统的嵌入式软件开发(以Linux为例) 254

    9.3 嵌入式C语言基础 257

    9.3.1 嵌入式C语言程序设计 257

    9.3.2 编程风格 259

    9.3.3 数据类型及声明 267

    9.3.4 操作符与表达式 273

    9.3.5 代码调试 276

    9.4 本章小结 281

    9.5 习题 281

    第10章 嵌入式操作系统 282

    10.1 常用的嵌入式操作系统 282

    10.2 RTOS基础 284

      10.2.1 RTOS的基本概念 284

      10.2.2 使用RTOS的优势 286

      10.2.3 RTOS的功能组成 287

    10.3 FreeRTOS 292

      10.3.1 FreeRTOS的体系结构 292

      10.3.2 FreeRTOS的任务调度机制 293

      10.3.3 FreeRTOS的任务管理 296

      10.3.4 FreeRTOS任务通信机制 298

      10.3.5 FreeRTOS任务同步机制 298

      10.3.6 FreeRTOS移植到微控制器方法 299

      10.3.7 Amazon FreeRTOS 299

    10.4 FreeRTOS操作示例 299

      10.4.1 FreeRTOS的任务创建及删除示例 299

      10.4.2 FreeRTOS的任务通信示例 303

      10.4.3 FreeRTOS的任务同步(二进制信号量)示例 309

      10.4.4 基于FreeRTOS MSP32的闪灯示例 314

    10.5 习题 318

    第11章 嵌入式系统与物联网 319

    11.1 物联网概述 319

      11.1.1 技术及应用框架 320

      11.1.2 相关技术 321

    11.2 无线通信技术 322

      11.2.1 NFC 323

      11.2.2 ZigBee 323

      11.2.3 BLE 324

      11.2.4 Wi-Fi 325

      11.2.5 LoRa 326

      11.2.6 NB-IoT 327

      11.2.7 无线通信技术比较 328

    11.3 终端技术 329

      11.3.1 Android 系统 329

      11.3.2 iOS系统 330

      11.3.3 Web技术 331

    11.4 服务器和云计算 332

      11.4.1 独立服务器和云主机 332

      11.4.2 云计算 333

    11.5 开发平台和操作系统 335

      11.5.1 IoT开发平台 335

      11.5.2 IoT操作系统 336

    11.6 MQTT概述 337

      11.6.1 MQTT特点 337

      11.6.2 MQTT协议原理 338

    11.7 物联网应用示例 339

    11.8 习题 343

    第12章 低功耗与电磁兼容 344

    12.1  低功耗设计方法 344

      12.1.1 利用I/O引脚为外部器件供电 344

      12.1.2 电源管理单元的设计 345

      12.1.3 动态改变CPU的时钟频率 345

      12.1.4 软件系统的低功耗设计 346

    12.2  电源设计 348

      12.2.1 电池的选择 349

      12.2.2 超低静态电流LDO 352

      12.2.3 直流/直流转换器 353

    12.3  电磁兼容性 354

      12.3.1 电磁干扰的形成 354

      12.3.2 电磁兼容常用元器件 356

      12.3.3 电磁兼容常用技巧 357

    12.4  习题 360

    参考文献 361

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