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第1部分 介绍微控制器技术1

第1章　微控制器原理1

1.1 微控制器是什么，有什么用处1

目录1

1.1.1 概况2

1.1.2　术语和惯例3

1.1.3　技术视角3

1.2.1　早期的计算机4

1.2.2　数字计算机4

1.2　历史4

1.1.4　特定视角4

1.2.3　微处理器5

1.2.4　微控制器5

1.2.5　摩托罗拉MC68HC115

1.3 自上而下看微控制器系统7

1.3.1　微控制器系统7

1.3.2　微控制器单元（MCU）8

1.3.3 中央处理单元（CPU）10

1.4　存储器概念11

1.4.1　结构11

1.4.2　半导体存储器13

1.5　微控制器存储器分配图14

第2章　编程16

2.1 汇编语言和其他编程语言16

第2部分　软件16

2.2　源代码、目标代码和汇编编译器18

2.2.1　机器语言18

2.2.2　汇编语言20

2.2.3　例子21

2.2.4　手工汇编22

2.3　使用高级语言23

2.3.1 一般概念23

2.2.5　仿真器23

2.3.2　微控制器的C语言24

2.4 中央处理单元（CPU）的读取／执行操作26

2.5　指令集和寻址模式29

2.5.1　指令集参考30

2.5.2　指令的类型31

2.5.3　寻址模式31

2.5.4　前缀字节31

2.5.5　固有寻址模式32

2.5.6　列表和执行惯例34

2.5.7　停止程序的执行36

2.5.8　立即寻址模式36

2.5.9　直接寻址和扩展寻址模式39

2.5.10　变址寻址模式44

2.5.11　存储器堆惯例51

2.5.12　寻址模式复习52

2.6　基本操作53

2.6.1　数据处理53

2.6.2　算术55

2.6.3　逻辑56

2.6.4　其他操作60

2.6.5　C中的基本算术和逻辑操作60

2.7.1　2的补码和符号位61

2.7　微控制器算术和条件代码寄存器61

2.7.2　进位、溢出、零和半进位63

2.7.3　二进制编码的十进制数（BCD）算术69

2.7.4　乘法70

2.7.5　整数除法71

2.7.6　小数除法71

2.7.7　浮点数72

2.8　用循环和分支控制程序流程74

2.8.1　流程控制74

2.8.2　条件分支76

2.8.3　相对寻址81

2.8.4　二级存储器访问指令82

2.8.5　跳转指令84

2.8.6　浮动程序85

2.9　总结85

练习题85

第3章　堆栈、子程序、中断和复位92

3.1 堆栈介绍92

3.2　使用堆栈保存数据93

3.3　使用子程序96

3.4　利用子程序进行模块化编程101

3.4.1 自上而下解决问题101

3.4.3　文件和使用子程序105

3.4.2　子程序库105

3.4.4　简单的参数传递108

3.5　子程序操作109

3.5.1　子程序对堆栈的使用109

3.5.2　嵌套子程序说明111

3.6　中断概念112

3.6.1 复位112

3.6.2　中断114

3.7　中断矢量116

3.8　中断操作118

3.8.1 中断屏蔽和使能118

3.8.2　寄存器入栈119

3.9　硬件中断和复位120

3.9.1　加电和外部复位120

3.8.3 中断优先级和中断嵌套120

3.9.2　其他处理器复位121

3.9.3　非法操作码陷阱122

3.9.4　不可屏蔽中断（XIRQ）122

3.9.5　中断请求（IRQ）126

3.9.6　中断设置126

3.10　软件和CPU控制中断127

3.10.1　软件中断（SWI）127

3.9.7　中断查询127

3.10.2　CPU控制和监视128

3.11　死神之吻：堆栈溢出128

3.12　总结129

练习题129

第4章　交叉汇编和程序开发133

4.1　程序开发介绍133

4.2　源代码的格式134

4.3　代码和数据段137

4.4　伪操作138

4.5　分两步汇编的过程144

4.6　汇编选项和预处理命令148

4.7　十六进制和二进制文件150

4.8　文档文件153

4.9　模拟156

4.10　仿真板和仿真156

4.11　总结158

练习题159

第3部分　硬件161

第5章　总线概念和操作模式161

5.1 引言161

5.2　总线161

5.3　三态163

5.4　地址译码166

5.4.1　地址译码电路166

5.4.2　一个地址译码设计的例子167

5.4.3　局部和全部译码系统169

5.5　操作模式169

5.6　单芯片操作模式170

5.7　扩展复用操作模式171

5.8　特殊启动模式172

5.9　特殊测试操作模式173

5.10　系统电路173

5.11 总结175

练习题176

6.1　半导体技术177

6.1.1　集成电路177

第6章　硬件177

6.1.2　晶体管的原理179

6.1.3　生产和设计硬件180

6.1.4　HCMOS和其他的逻辑系列180

6.1.5　CMOS和HCMOS防护181

6.2　芯片指标183

6.2.1　数据手册183

6.2.3　建议的工作条件184

6.2.4　直流（dc）电特性184

6.2.2　最大额定值184

6.2.5　交流（ac）电特性186

6.3　存储器技术187

6.3.1　回顾和概览187

6.3.2　只读存储器（ROM）187

6.3.3　随机访问存储器（RAM）188

6.4 可擦除可编程只读存储器（EPROM）188

6.5　闪存191

6.6 电可擦除可编程只读擦除器（EEPROM）191

6.6.1　起源和应用191

6.6.2　寄存器块191

6.6.4　修改EEPROM的编程向导192

6.6.3　EEPROM操作和指标192

6.7　配置控制寄存器（CONFIG）196

6.8　RAM和I/O映射寄存器（INIT）196

6.9　总结197

练习题197

第7章　时钟操作199

7.1　时序图199

7.2　系统时钟200

7.3　总线操作203

7.4　周期操作207

7.5　示波器测试循环209

7.6　逻辑分析仪211

7.7　传输线的影响213

7.8　总结215

练习题216

第4部分　接口连接218

第8章　接口连接的概念218

8.1 介绍218

8.2　输入／输出子系统和寄存器219

8.2.1 不同的子系统219

8.2.2　I/O寄存器220

8.2.3　I/O端口220

8.2.4　端口替换单元221

8.3　存储器或输入／输出映射222

8.4　用轮询或中断接口225

8.4.1　轮询I/O225

8.4.2　中断I/O226

8.5　并行I/O子系统226

8.6　串行系统227

8.6.1　同步串行I/O系统228

8.6.2　异步串行I/O子系统229

8.7　可编程计时器I/O子系统230

8.8　模拟数字I/O子系统231

8.9　I/O子系统寄存器233

8.9.1　控制寄存器和系统配置234

8.9.2　状态寄存器235

8.9.3　数据寄存器236

8.10　接口标准237

8.11 总结238

练习题239

第9章　并行输入／输出240

9.1　子系统的介绍240

9.2 7　段（LED）显示输出243

9.2.1　7段显示243

9.2.2　7段代码244

9.2.3　驱动7段显示器245

9.2.4　软件查找7段代码247

9.2.5　硬件解码器247

9.2.6　多路复用显示器247

9.3　液晶显示器（LCD）249

9.3.1　操作249

9.3.2　7段LCD250

9.3.3　点阵LCD250

9.3.4　LCD激励波形254

9.4.1　矩阵键盘255

9.4　键盘接口255

9.4.2　7选2键盘解码256

9.4.3　去抖动259

9.4.4　矩阵键盘的软件驱动程序260

9.4.5　使用硬件解码芯片265

9.5　其他使用输入／输出的设备266

9.6　选通输入／输出266

9.6.1　输入选通267

9.6.2　输出选通268

9.6.3　配置269

9.7　完整的握手输入／输出271

9.7.1　输入握手271

9.7.2　输出握手274

9.8.1　Centronics并行接口278

9.8　并行接口标准278

9.8.2　IEEE-488通用仪器总线284

9.8.3 小型计算机系统接口（SCSI）287

9.9　总结289

9.9.1　并行I/O子系统总结289

9.9.2　并行I/O应用总结291

练习题292

10.1　异步通信系统295

10.1.1 串行通信的第一步295

第10章　串行子系统295

10.1.2　协议和流控制301

10.1.3　通信通道操作301

10.1.4　modem302

10.2　串行通信接口（SCI）304

10.2.1　68HC11中的SCI子系统304

10.2.2　发送操作305

10.2.3　接收操作306

10.2.4　SCI软件306

10.3　SCI寄存器312

10.3.1 串行通信数据寄存器（SCDR）312

10.3.3 串行通信控制寄存器1（SCCRI）313

10.3.2 波特率寄存器（BAUD）313

10.3.4 串行通信控制寄存器2（SCCR2）314

10.3.5 串行通信状态寄存器（SCSR）317

10.3.6　接收错误318

10.4　同步串行输入／输出321

10.5　串行外围接口（SPI）322

10.6　SPI拓扑结构和应用323

10.6.1　总线拓扑323

10.6.2 使用总线拓扑的微控制器I/O324

10.6.3　级联拓扑325

10.6.4 使用级联拓扑的微控制器I/O326

10.6.5　SPI数据传输操作总结327

10.7　SPI软件328

10.7.1　配置和寄存器328

10.7.2　主机SPI操作331

10.7.3　从机SPI操作332

10.7.4　采样驱动程序333

10.7.5　把字长度为奇数的数据传输到外围设备335

10.8　SPI错误处理336

10.9　网络通信336

10.9.1　物理层和数据链路层337

10.9.2　互连网络和以太网338

10.9.3　68HC11以太网接口341

10.10　总结343

10.10.1　异步通信343

10.10.2　串行通信接口（SCI）343

10.10.3　同步串行系统344

10.10.4　串行外围接口（SPI）344

练习题344

第11章　可编程定时器操作348

11.1　概述348

11.2　输出比较器352

11.2.1　操作顺序353

11.2.2　单个脉冲的例子355

11.2.3 方波和脉宽调制（PWM）输出358

11.2.4　步进马达输出363

11.3　输入捕捉367

11.3.1　操作顺序367

11.3.2　脉冲宽度的例子368

11.3.3　周期（频率、速度）测量370

11.3.4　长周期测量374

11.4　脉冲累加器376

11.4.1　功能描述376

11.4.2　事件计数377

11.4.3　门控时间累加器380

11.5　实时中断383

11.6　总结386

练习题387

第12章　模拟转换器子系统389

12.1　概念和术语389

12.2　变换器392

12.2.1　传感器392

12.2.2　信号调节396

12.2.3　激励器397

12.3　数模转换器399

12.4　模数转换器404

12.5　内嵌A/D子系统407

12.6　总结412

练习题413

第5部分　微控制器世界415

第13章　应用控制软件415

13.1　布尔逻辑控制415

13.2　序列发生器417

13.3　序列机420

13.4　模拟反馈控制426

13.5　数字信号处理器431

13.6　使用C语言436

13.6.1　为什么使用C437

13.6.2　控制例子438

13.6.3 使用C语言的PID控制器442

13.6.4　C函数库444

13.6.5　用户自定义函数445

13.6.6　幕后：使用堆栈447

13.6.7　指针450

13.6.8 中断编程451

13.6.9　其他变量类型和特性455

13.7　多任务455

13.8.1 为什么要用它，它是什么461

13.8　模糊逻辑461

13.8.2　概述462

13.8.3　建立一个知识库463

13.8.4　模糊逻辑推理469

13.8.5　开发以及其他472

13.8.6 MC68HC12支持的模糊逻辑473

13.9　总结475

练习题476

第14章　应用479

14.1　汽车发动机控制479

14.2　消费类电子：自动照相机485

14.3　计算机外围设备：点阵打印机491

14.4　社会和微控制器技术499

第15章　8位微控制器系列501

15.1　微控制器和半导体行业501

15.2　摩托罗拉系列503

15.2.1　68HC11系列503

15.2.2　68HC05系列504

15.2.3　68HC16系列506

15.2.4　68HC08系列508

15.2.5　68HC12系列509

15.3　摩托罗拉的HCS12系列511

15.4　其他系列的说明512

15.5　选择微控制器513

15.6　总结516

附录A　指令集摘要517

附录B　快速参考530

附录C　更多的信息538

附录D　惯例541

附录E　头和库文件源程序清单546

附录F 数字逻辑和二进制代码549

附录G　基础波形561

附录H　因特网和网站资源563

术语表569

缩写词575