《单片机嵌入式应用的在线开发方法》

出版社： 清华大学出版社

作者： 邵贝贝

内容简介：

本是书讲述单片机在线开发方法的一本专著，也是为清华大学研究生精品课 “ 嵌入式实时系统与单片机应用 ” 的教材。书中介绍如何从最小硬件系统设计开始，建立开发单片机应用系统的基本硬件条件，而不必使用仿真器等单片机开发工具。讲述如何写单片机监控程序，从而建立单片机应用软件的基本环境，介绍了如何用 C 语言编写应用程序。如何利用商用软件的教学版本，或使用自由软件 Linux 下的 gcc 交叉 C 编译器，将嵌入式实时多任务操作系统 μC/OS-II 移植到单片机上，实现基于 RTOS 的开发环境。本书以 16 位单片机 MC9S12 为例，给出监控程序源的代码，还提供了单片机各 I/O 模块的设备驱动程序。这种在线开发方法同样适用于 8 位、 32 位单片机。随书所附光盘中有免费软件开发工具和大量原文资料。本书为造就 IT 高手指路，也供开发单片机应用系统的工程技术人员参考。

图书目录：

引言 1

第 1 章 色彩斑斓的单片机世界 6

1.1 单片机世界 6

1.2 开发单片机应用不再需要仿真器 8

1.3 Motorola （ Freescale ）单片机 8

1.4 MC68HC08 系列单片机 10

1.4.1 Nitron 系列单片机 10

1.4.2 面向低端产品的 8 位单片机 10

1.4.3 通用型 8 位单片机 10

1.4.4 带 LCD （ LED ）驱动接口的 8 位单片机 11

1.4.5 用于电动机控制的 8 位单片机 12

1.4.6 带 CAN 总线接口的 8 位单片机 12

1.4.7 支持 LIN 总线的 8 位单片机 12

1.4.8 带 USB 接口的 8 位单片机 13

1.4.9 用于彩色液晶监视器控制的 8 位单片机 13

1.4.10 带无线通信功能的 8 位单片机 14

1.5 MCS08 系列 8 位单片机 14

1.6 MC68HC11 系列单片机 14

1.7 MC68HC12 系列单片机 17

1.8 MC9S12 系列单片机 18

1.8.1 MC9S12A 系列和 B 系列 16 位单片机 18

1.8.2 带 CAN 总线的 MC9S12D 系列 16 位单片机 19

1.8.3 MC9S12DP256 单片机 20

1.8.4 带液晶驱动的 16 位单片机系列 22

1.8.5 低供电电压的 16 位单片机 23

1.8.6 带 USB 接口的 16 位单片机 24

1.8.7 带以太网接口的 16 位单片机 24

1.9 MC68HC16 系列单片机 24

1.10 Motorola (Freescale) 的 32 位单片机 26

1.10.1 以 68K 、 CPU32 为 CPU 的 32 位单片机 26

1.10.2 以 ColdFire 为 CPU 的 32 位单片机 27

1.10.3 用于控制的以 PowerPC 为 CPU 的 32 位单片机 28

1.10.4 用于通信的以 PowerPC 为 CPU 的 32 位单片机 29

1.10.5 Motorola (Freescale) 的 ARM 系列 32 位单片机 30

1.11 Motorola (Freescale) 的 DSP 型单片机 31

1.11.1 普通 16 位 DSP 型单片机 31

1.11.2 使用增强型内核 DSP56800E 的 16 位 DSP 型单片机 35

1.11.3 StarCore 系列 DSP 型 16 位单片机 36

1.11.4 24 位、 32 位的 DSP 型单片机 36

第 2 章 单片机基本系统的硬件设计 39

2.1 16 位单片机 39

2.1.1 MC9S12 系列单片机 40

2.1.2 MC9S12DP256 单片机 40

2.2 初识单片机最小硬件系统 43

2.2.1 16 位单片机 MC9S12 的最小系统 45

2.2.2 8 位单片机 MC68HC08GP32 的最小系统 45

2.2.3 32 位单片机 MC68332 的最小系统 46

2.2.4 监控程序 47

2.2.5 体验机器码 50

2.3 异步串行通信 52

2.3.1 串行通信协议 RS-232 标准 52

2.3.2 ASCII 码 53

2.3.3 串行数据格式 54

2.3.4 RS-232-C 电缆的连接方法 55

2.3.5 通信速率 55

2.4 MC9S12 单片机系统的硬件设计 56

2.4.1 时钟电路 56

2.4.2 串行口的 RS-232 驱动电路 59

2.4.3 电源电路 59

2.4.4 复位电路 60

2.4.5 BDM 接口 60

2.4.6 单片机并行口及驱动能力 60

2.4.7 调试显示 61

2.5 运行模式 61

2.5.1 单片运行模式 61

2.5.2 扩展运行模式 61

2.6 BDM 调试器及硬件设计 62

2.6.1 BDM 调试器 62

2.6.2 BDM 调试器硬件设计 63

第 3 章 用汇编语言编程 65

3.1 CPU 的内部寄存器结构 65

3.1.1 16 位单片机 HC11/12 的 CPU 内部结构 65

3.1.2 8 位单片机 HC08 的 CPU 内部结构 66

3.1.3 32 位单片机 68K/ColdFire 的 CPU 内部结构 67

3.2 内存空间分配 68

3.2.1 基本内存空间分配 68

3.2.2 内存空间的扩展 69

3.3 汇编指令集 71

3.4 指令按功能分类 71

3.4.1 数据传送指令 72

3.4.2 算术与逻辑运算指令 73

3.4.3 程序控制指令 77

3.5 CPU12 的模糊逻辑指令 79

3.5.1 模糊化指令 79

3.5.2 模糊推理指令 REV 和 REVW 80

3.5.3 反模糊化指令 WAV 80

3.6 指令按寻址方式分类 81

3.6.1 隐含寻址 81

3.6.2 立即数寻址 81

3.6.3 直接寻址 81

3.6.4 扩展寻址 82

3.6.5 变址寻址 82

3.6.6 带自动加、减 5 位偏移量的间接寻址 83

3.6.7 相对寻址 83

3.7 汇编指令表 83

3.8 指令的机器码组织 85

3.9 用汇编语言编写程序 86

3.9.1 汇编程序的格式 86

3.9.2 汇编管理指令 86

3.10 汇编语言程序设计举例 88

3.10.1 检查 SCI 输入端口状态 88

3.10.2 输入一个字符 88

3.10.3 输出一个字符 89

3.10.4 输出空格 89

3.10.5 显示字符串 90

3.10.6 输入并显示字符 90

3.11 码的转换类子程序 90

3.11.1 输入一个十六进制数 90

3.11.2 输入一个字节 91

3.11.3 输入两个字节的十六进制数 91

3.11.4 输出两个字节的十六进制数 92

3.12 汇编语言编程技巧 92

3.13 用汇编语言写 BDM 调试命令 94

3.13.1 后台调试模式 94

3.13.2 进入 BDM 模式 95

3.13.3 BDM 通信协议 96

3.13.4 BDM 命令 98

3.13.5 BDM 的 ROM 99

第 4 章 建立单片机运行环境和写监控程序 100

4.1 建立单片机运行环境 100

4.2 堆栈指针初始化 100

4.3 时钟初始化 101

4.3.1 找出与时钟相关的寄存器 101

4.3.2 初始化时钟系统 104

4.4 串行口初始化 105

4.4.1 与串行口有关的寄存器 105

4.4.2 初始化串行口 108

4.5 监控程序 109

4.6 人机对话 111

4.7 命令字与跳转表 114

4.8 建立 CPU 在内存中的固定映像 115

4.8.1 CPU 响应中断后的栈结构 115

4.8.2 CPU 寄存器的固定映像 116

4.9 执行程序 117

4.10 显示与修改内存 118

4.10.1 显示内存 118

4.10.2 修改内存 119

4.11 显示和修改 CPU 寄存器 120

4.12 向 RAM 下载程序 122

4.12.1 数据文件格式 123

4.12.2 下载程序 124

4.13 Flash 的擦除与写入 126

4.13.1 与 Flash 有关的寄存器 126

4.13.2 Flash 擦除与写入的步骤 127

4.14 设置断点 134

4.14.1 在 RAM 程序中设置断点 134

4.14.2 在 Flash 程序中设置断点 138

4.15 中断向量表管理 139

4.16 系统调用表 142

4.17 帮助信息 143

第 5 章 用 C 语言开发应用程序 144

5.1 C 语言是开发单片机应用软件的有力工具 144

5.2 开发嵌入式应用的 C 编译器的特点 145

5.3 交叉编译和 C 语言程序运行环境的建立 147

5.3.1 应用程序的构成与模块化程序结构 150

5.3.2 全局变量与局部变量 151

5.3.3 函数的结构与函数间参数的传递 152

5.3.4 C 语言中的 I/O 语句 154

5.3.5 程序模块的框架与组织 155

5.3.6 程序的链接与定位 156

5.4 交叉 C 编译器及用 C 语言扩展监控程序 157

5.4.1 EEPROM 157

5.4.2 EEPROM 擦除和编程步骤 158

5.4.3 EEPROM 编程命令字及其含义 159

5.4.4 EEPROM 的写保护区设定 159

5.5 嵌入式应用中的 I/O 164

5.5.1 关于 "Hello ， World" 164

5.5.2 自己写 printf( ) 函数 164

第 6 章 使用嵌入式实时操作系统 175

6.1 嵌入式实时操作系统 175

6.1.1 嵌入式实时操作系统简介 175

6.1.2 嵌入式实时操作系统 mC/OS- Ⅱ 175

6.2 移植 mC/OS- Ⅱ 177

6.2.1 重新定义内核的大小和功能 178

6.2.2 OS_CPU.H 181

6.3 编写与硬件相关的代码 183

6.3.1 中断服务子程序 OSTickISR() 184

6.3.2 任务堆栈初始化函数 OSTaskStkInit() 185

6.3.3 让优先级最高的就绪态任务开始运行 OSStartHighRdy() 187

6.3.4 任务级任务切换函数 OSCtxSw() 187

6.3.5 中断级任务切换函数 OSIntCtxSw() 188

6.3.6 相关接口函数 190

6.4 产生时钟节拍中断 191

6.5 制作用户自己的项目 192

6.5.1 main.h 192

6.5.2 main.c 194

6.5.3 TaskStart.c 195

6.5.4 task1.c 和 task2.c 196

6.5.5 hardware.c 197

6.5.6 userlib.c 198

6.5.7 链接与程序定位 198

6.6 估算 mC/OS- Ⅱ占用的 RAM 资源 200

6.6.1 mC/OS- Ⅱ中的全局变量 201

6.6.2 任务控制块 202

6.6.3 事件控制块 204

6.6.4 任务堆栈 205

6.6.5 估算内核占用 RAM 空间举例 207

6.7 多任务下的设备驱动 208

6.7.1 重新认识异步串行口 208

6.7.2 SCI 的中断 209

6.7.3 用中断方式接收 209

6.7.4 用中断方式发送 210

第 7 章 使用 GCC 交叉编译器开发 HC/S12 单片机 213

7.1 使用免费的 GCC 交叉编译器 213

7.2 用 GCC 开发 HC/S12 系列单片机 214

7.2.1 安装 "GCC for HCS12" 216

7.2.2 使用 GNU 针对 MC68HC11/MC68HC12 的开发环境 218

7.2.3 使用范例程序库进行交叉编译 221

7.3 如何编写 makefile 文件 223

7.3.1 简单 makefile 的书写规则 224

7.3.2 make 命令的使用 225

7.4 GCC for HCS12 编译器 226

7.4.1 内嵌汇编语言 229

7.4.2 陷阱、软中断和中断 229

7.4.3 填写中断向量表 230

7.4.4 支持页面 Flash ROM 231

7.4.5 编译参数 232

7.4.6 预处理参数 234

7.4.7 汇编参数 234

7.4.8 链接参数 235

7.4.9 链接器 235

7.5 hello world 工程应用范例 239

7.5.1 源文件描述 239

7.5.2 链接地址描述 241

7.5.3 编译并运行 241

第 8 章 单片机软件开发工具 243

8.1 商用软件开发工具 "CodeWarrior for HCS12" 243

8.2 安装 CodeWarrior 243

8.3 建立工程 244

8.3.1 使用 C 编译器 246

8.3.2 使用汇编器 246

8.3.3 增加新程序模块 248

8.4 编写应用程序 main.c 248

8.4.1 main.c 248

8.4.2 定义装载地址 250

8.4.3 利用 make 命令编译 251

8.5 在目标板上运行程序 252

8.5.1 向目标机下载程序 252

8.5.2 运行程序 253

8.6 建立自己的 C 程序运行环境 255

8.7 编译基于 mC/OS- Ⅱ的应用程序 255

第 9 章 实验系统与 I/O 模块 261

9.1 通用 I/O 接口 262

9.2 MC9S12DP256 的片内总线接口 264

9.2.1 同步串行接口 264

9.2.2 I2C 总线接口 272

9.2.3 CAN 总线接口 276

9.2.4 Motorola S12 系列单片机的 MSCAN 模块 281

9.2.5 CAN 总线实验原理及通信程序设计 283

9.3 增强型定时器 285

9.3.1 输入捕捉 / 输出比较 286

9.3.2 输入捕捉 / 输出比较通道 287

9.3.3 8 位脉冲累加器 287

9.3.4 模数计数器 288

9.4 PWM 模块 288

9.4.1 PWM 模块概述 288

9.4.2 PWM 波用作 D/A 转换接口 288

9.5 A/D 模块 289

9.6 Motorola 16 位单片机 MC9S12DP256/DG128 教学实验系统 291

9.6.1 概述 291

9.6.2 硬件电路介绍 291

第 10 章 单片机模糊控制 297

10.1 模糊控制 297

10.2 模糊控制指令 298

10.2.1 模糊控制专用指令 298

10.2.2 模糊控制相关指令 298

10.3 模糊逻辑的基本概念 298

10.3.1 模糊集合及隶属度函数 298

10.3.2 模糊逻辑与模糊变量 300

10.3.3 模糊推理 301

10.4 模糊控制原理与模糊控制器结构 301

10.4.1 模糊化 303

10.4.2 模糊规则推理 304

10.4.3 反模糊化 307

10.4.4 模糊控制的实现 309

10.4.5 模糊控制器的设计与调整 310

10.5 模糊控制开发软件 313

10.5.1 Motorola 模糊推理机 313

10.5.2 MC68HC11 模糊推理机 313

10.5.3 S12 逻辑推理机程序 320

第 11 章 单片机应用中的电磁兼容问题 323

11.1 电磁兼容基本概念 323

11.2 电磁兼容组织与标准 324

11.3 单片机系统的电磁兼容问题 326

11.4 噪声的来源与传输 327

11.4.1 信号线间交叉干扰 329

11.4.2 来自电源的噪声 330

11.5 印刷线路板 EMC 设计 331

11.5.1 元件的布置 331

11.5.2 印刷线路板接地线的处理 332

11.5.3 多层板设计 333

11.6 常用抗干扰器件 334

11.6.1 去耦电容 334

11.6.2 磁性元件 335

11.6.3 低通滤波器 336

11.6.4 瞬变干扰吸收器件 336

11.7 印刷线路板设计中控制噪声的经验 337

11.7.1 控制噪声源 337

11.7.2 减小噪声的耦合 338

11.7.3 减小噪声接收 338

11.8 单片机自身的抗干扰措施 339

11.8.1 降低外时钟的频率 339

11.8.2 时钟监控电路 339

11.8.3 打开 " 看门狗 " 电路 340

11.8.4 电源电压监控 340

11.8.5 非法指令中断和剩余程序区处理 340

附录 A MC9S12D 系列单片机开发工具包 342

A.1 概述 342

A.1.1 HCS12D 系列单片机 342

A.1.2 HCS12 开发工具包组件 342

A.2 MC9S12DP256 / DG128 开发板及与 PC 通信 343

A.2.1 MC9S12DP256 / DG128 开发板 343

A.2.2 开发板上的跳线 345

A.2.3 开发板的硬件连接 345

A.2.4 PC 的设置 346

A.3 监控程序及监控命令详解 349

A.3.1 命令详解 349

A.3.2 改变波特率 353

A.3.3 复位、中断向量表 355

A.3.4 用户可以使用的 RAM 空间 355

A.3.5 系统调用 355

A.4 编译器 CodeWarrior for HCS12 使用方法入门 356

A.4.1 建立工程文件 356

A.4.2 编写 main.c 程序 357

A.4.3 定义存储空间分配 359

A.4.4 应用程序的编译 360

A.4.5 向开发板下载程序 361

A.4.6 运行应用程序 362

A.5 BDM 调试器及使用方法 363

A.5.1 BDM 调试器使用方法 364

A.5.2 设置 BDM 头的时钟频率 364

A.5.3 和目标板连接 365

A.5.4 Help 命令 366

A.5.5 向 Flash 下载程序 367

A.5.6 擦除目标板的片内 Flash 368

A.6 常用 BDM 调试命令 368

A.6.1 汇编和反汇编命令 368

A.6.2 控制目标 CPU 运行的命令 370

A.6.3 显示和修改 CPU 寄存器的命令 370

A.6.4 显示和修改内存 370

A.6.5 以 S 格式读出目标代码 370

A.6.6 其他 BDM 命令 370

附录 B 监控程序源代码 372

附录 C CPU12 汇编指令表 406

附录 D CPU12 指令机器码表 420

附录 E 本书所附光盘说明 423

参考文献 424