ARM快速嵌入式系統(tǒng)原型設(shè)計(jì)：基于開源硬件mbed

譯者序
前言
第一部分　嵌入式系統(tǒng)概述與玩轉(zhuǎn)mbed
第1章　嵌入式系統(tǒng)、微控制器與ARM  2
1.1　嵌入式系統(tǒng)簡介  2
1.1.1　什么是嵌入式系統(tǒng)  2
1.1.2　嵌入式系統(tǒng)示例  3
1.2　微處理器與微控制器  4
1.2.1　計(jì)算機(jī)主要組件  5
1.2.2　微控制器  6
1.3　嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)流程  7
1.3.1　程序語言：C/C++有什么特別之處  7
1.3.2　開發(fā)周期  7
1.4　進(jìn)入ARM世界  8
1.4.1　關(guān)于ARM的歷史  8
1.4.2　技術(shù)細(xì)節(jié)：RISC的意義  9
1.4.3　Cortex內(nèi)核  10
本章回顧  11
習(xí)題  11
參考文獻(xiàn)  11
第2章　mbed開發(fā)板  12
2.1　mbed簡介  12
2.1.1　mbed體系結(jié)構(gòu)  14
2.1.2　LPC1768微控制器  15
2.2　mbed入門教程  16
2.2.1　步驟1：連接mbed到PC  17
2.2.2　步驟2：創(chuàng)建mbed賬戶  17
2.2.3　步驟3：運(yùn)行程序  17
2.2.4　步驟4：編譯程序  18
2.2.5　步驟5：下載程序二進(jìn)制代碼  19
2.2.6　步驟6：修改程序代碼  19
2.3　開發(fā)環(huán)境  19
2.3.1　mbed編譯器和API  19
2.3.2　C/C++的使用  20
本章回顧  20
習(xí)題  20
參考文獻(xiàn)  21
第3章　數(shù)字輸入和輸出  22
3.1　開始編寫程序  22
3.1.1　思考第一個(gè)程序  22
3.1.2　了解mbed的API函數(shù)  25
3.1.3　分析while循環(huán)  25
3.2　用電壓表示邏輯值  27
3.3　mbed數(shù)字輸出  27
3.3.1　發(fā)光二極管的使用  28
3.3.2　mbed外部引腳的使用  29
3.4　mbed數(shù)字輸入  30
3.4.1　開關(guān)與數(shù)字系統(tǒng)的連接  30
3.4.2　DigitalIn API  31
3.4.3　用if語句響應(yīng)開關(guān)輸入  31
3.5　簡單的光電設(shè)備接口  33
3.5.1　光敏反射和透射傳感器  33
3.5.2　光敏傳感器與mbed開發(fā)板的連接  34
3.5.3　七段數(shù)碼管顯示  35
3.5.4　七段數(shù)碼管與mbed開發(fā)板的連接  36
3.6　驅(qū)動(dòng)大型直流負(fù)載  39
3.6.1　使用晶體管驅(qū)動(dòng)  39
3.6.2　用mbed進(jìn)行電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制  40
3.6.3　驅(qū)動(dòng)多個(gè)七段數(shù)碼管  41
3.7　小項(xiàng)目：字母計(jì)數(shù)器  42
本章回顧  42
習(xí)題  43
參考文獻(xiàn)  44
第4章　模擬輸出  45
4.1　數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換簡介  45
4.2　mbed開發(fā)板上的模擬輸出  46
4.2.1　產(chǎn)生恒定的輸出電壓  47
4.2.2　鋸齒波  47
4.2.3　測試DAC分辨率  50
4.2.4　產(chǎn)生正弦波  50
4.3　另一種形式的模擬量輸出：脈沖寬度調(diào)制  51
4.4　mbed開發(fā)板上的脈沖寬度調(diào)制  52
4.4.1　使用mbed的PWM信號(hào)源  52
4.4.2　一些PWM輸出實(shí)驗(yàn)  53
4.4.3　控制小電機(jī)的速度  55
4.4.4　用軟件方式產(chǎn)生PWM  55
4.4.5　伺服控制  56
4.4.6　輸出到一個(gè)壓電轉(zhuǎn)換器  57
本章回顧  59
習(xí)題  60
參考文獻(xiàn)  60
第5章　模擬輸入  61
5.1　數(shù)模轉(zhuǎn)換  61
5.1.1　模-數(shù)轉(zhuǎn)換器  61
5.1.2　范圍、分辨率和量化  62
5.1.3　采樣頻率  64
5.1.4　mbed開發(fā)板上的模擬輸入  64
5.2　模擬輸入和輸出混合應(yīng)用  65
5.2.1　用可變電壓控制LED亮度  65
5.2.2　用PWM控制LED亮度  66
5.2.3　PWM頻率控制  67
5.3　模擬輸入數(shù)據(jù)的處理  68
5.3.1　在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示數(shù)值  68
5.3.2　將ADC輸出調(diào)整到識(shí)別范圍內(nèi)  69
5.3.3　采用平均值降低噪聲  69
5.4　一些簡單的模擬傳感器  70
5.4.1　光敏電阻  70
5.4.2　集成電路溫度傳感器  71
5.5　分析數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間  71
5.6　小項(xiàng)目：二維光跟蹤  73
本章回顧  73
習(xí)題  74
參考文獻(xiàn)  74
第6章　高級(jí)編程技術(shù)  75
6.1　思考程序設(shè)計(jì)和程序結(jié)構(gòu)帶來的好處  75
6.2　函數(shù)  75
6.3　程序設(shè)計(jì)  76
6.3.1　使用流程圖定義代碼結(jié)構(gòu)  76
6.3.2　偽代碼  77
6.4　在mbed開發(fā)板上使用函數(shù)  78
6.4.1　實(shí)現(xiàn)七段數(shù)碼管計(jì)數(shù)器  79
6.4.2　函數(shù)重用  80
6.4.3　一個(gè)使用函數(shù)且更復(fù)雜的程序  81
6.5　在C/C++中使用多個(gè)文件  83
6.5.1　C/C++程序編譯過程概述  83
6.5.2　C/C++預(yù)處理器和預(yù)處理器指令  84
6.5.3　#ifndef偽指令  85
6.5.4　全局地使用mbed對(duì)象  86
6.6　模塊化程序示例  86
本章回顧  89
習(xí)題  90
第7章　串行通信  91
7.1　同步串行通信簡介  91
7.2　串行外圍接口  92
7.2.1　SPI簡介  93
7.2.2　mbed開發(fā)板上的SPI  94
7.2.3　設(shè)置mbed SPI主設(shè)備  94
7.2.4　創(chuàng)建SPI數(shù)據(jù)鏈路  95
7.3　智能儀表和SPI加速器  99
7.3.1　ADXL345加速器簡介  99
7.3.2　簡單ADXL345程序開發(fā)  100
7.4　SPI評(píng)估  102
7.5　I2C總線  103
7.5.1　I2C總線簡介  103
7.5.2　mbed開發(fā)板上的I2C總線  105
7.5.3　設(shè)置I2C數(shù)據(jù)鏈路  105
7.6　用I2C總線標(biāo)準(zhǔn)的溫度傳感器通信  108
7.7　SRF08超聲波測距儀的使用  110
7.8　I2C總線評(píng)估  112
7.9　異步串行數(shù)據(jù)通信  112
7.9.1　異步串行通信簡介  113
7.9.2　mbed開發(fā)板上的異步串行通信應(yīng)用  113
7.9.3　同宿主計(jì)算機(jī)的同步串行通信應(yīng)用  116
7.10　小項(xiàng)目：多節(jié)點(diǎn)I2C總線  116
本章回顧  116
習(xí)題  116
參考文獻(xiàn)  117
第8章　液晶顯示器  118
8.1　顯示技術(shù)  118
8.1.1　液晶技術(shù)簡介  118
8.1.2　液晶字符顯示  119
8.2　使用PC1602F LCD  120
8.2.1　PC1602F顯示器簡介  121
8.2.2　連接PC1602F到mbed開發(fā)板  121
8.2.3　LCD接口的模塊化編程  122
8.2.4　初始化顯示  123
8.2.5　向LCD發(fā)送顯示數(shù)據(jù)  124
8.2.6　完整的LCP.cpp定義  125
8.2.7　使用LCD函數(shù)  126
8.2.8　向指定位置添加數(shù)據(jù)  127
8.3　使用mbed開發(fā)板的TextLCD庫  128
8.4　在LCD上顯示模擬輸入數(shù)據(jù)  130
8.5　更先進(jìn)的LCD  131
8.5.1　彩色LCD  131
8.5.2　控制SPI標(biāo)準(zhǔn)的LCD手機(jī)顯示屏  132
8.6　小項(xiàng)目：數(shù)字水平儀  134
本章回顧  134
習(xí)題  135
參考文獻(xiàn)  135
第9章　中斷、定時(shí)器和任務(wù)  136
9.1?嵌入式系統(tǒng)中的定時(shí)和任務(wù)  136
9.1.1?定時(shí)器和中斷  136
9.1.2?任務(wù)  136
9.1.3?事件觸發(fā)任務(wù)和時(shí)間觸發(fā)任務(wù)  137
9.2?響應(yīng)事件觸發(fā)的事件  137
9.2.1?輪詢  137
9.2.2?中斷簡介  138
9.3?簡單的mbed中斷  139
9.4?深入理解中斷  140
9.4.1?LPC1768中斷  142
9.4.2?測試中斷延遲  142
9.4.3?禁用中斷  143
9.4.4?模擬輸入中斷  144
9.4.5?中斷總結(jié)  145
9.5?定時(shí)器  145
9.5.1　數(shù)字計(jì)數(shù)器  145
9.5.2?使用計(jì)數(shù)器作為定時(shí)器  146
9.5.3?mbed上的定時(shí)器  146
9.6?使用mbed定時(shí)器  146
9.6.1?使用多個(gè)mbed定時(shí)器  147
9.6.2?測試定時(shí)器延遲  148
9.7?使用mbed超時(shí)  150
9.7.1?超時(shí)應(yīng)用簡單示例  150
9.7.2?超時(shí)進(jìn)階應(yīng)用  151
9.7.3　用超時(shí)測試反應(yīng)時(shí)間  152
9.8?使用mbed斷續(xù)裝置  153
9.8.1?節(jié)拍器中使用斷續(xù)裝置  154
9.8.2?思考多任務(wù)節(jié)拍器程序  156
9.9　實(shí)時(shí)時(shí)鐘  157
9.10?開關(guān)去除抖動(dòng)  157
9.11?小項(xiàng)目  159
9.11.1?獨(dú)立節(jié)拍器  159
9.11.2?加速度計(jì)閾值中斷  159
本章回顧  160
習(xí)題  160
第10章　存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)管理  161
10.1?存儲(chǔ)器綜述  161
10.1.1?存儲(chǔ)器功能類型  161
10.1.2?基本電子存儲(chǔ)器類型  161
10.2?使用mbed的數(shù)據(jù)文件  163
10.2.1?回顧部分所需的C/C++庫函數(shù)  164
10.2.2?定義mbed的本地文件系統(tǒng)  164
10.2.3?打開和關(guān)閉文件  164
10.2.4?寫入和讀取文件數(shù)據(jù)  165
10.3?mbed數(shù)據(jù)文件存取示例  165
10.3.1?文件存取  165
10.3.2?字符串文件存取  166
10.3.3　使用格式化數(shù)據(jù)  167
10.4?使用mbed的外部存儲(chǔ)器  168
10.5?指針簡介  170
10.6?小項(xiàng)目：加速度計(jì)閾值的記錄  172
本章回顧  173
習(xí)題  173
參考文獻(xiàn)  173
第二部分　高級(jí)和專家級(jí)應(yīng)用
第11章　數(shù)字信號(hào)處理  176
11.1　數(shù)字信號(hào)處理器簡介  176
11.2　數(shù)字濾波示例  176
11.3?mbed DSP示例  178
11.3.1　數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的輸入和輸出  178
11.3.2　信號(hào)重構(gòu)  180
11.3.3　添加一個(gè)數(shù)字低通濾波器  182
11.3.4　添加一個(gè)激活按鈕  183
11.3.5　數(shù)字高通濾波器  184
11.4　延遲/回聲效果  184
11.5　使用wave音頻文件  187
11.5.1?波形信息的頭部  187
11.5.2?用mbed讀取wave文件的頭部  189
11.5.3　讀取、輸出單聲道wave數(shù)據(jù)  191
11.6?DSP小結(jié)  194
11.7　小項(xiàng)目：立體聲播放器  194
11.7.1　基本功能的立體聲播放器  194
11.7.2　擁有PC接口的立體聲播放器  194
11.7.3　擁有手機(jī)顯示接口的便攜式立體聲播放器  194
本章回顧  194
習(xí)題  195
參考文獻(xiàn)  195
第12章　高級(jí)串行通信  196
12.1　高級(jí)串行通信協(xié)議簡介  196
12.2　藍(lán)牙串行通信  196
12.2.1　藍(lán)牙簡介  196
12.2.2　藍(lán)牙模塊RN-41和RN-42的接口  197
12.2.3?通過藍(lán)牙發(fā)送mbed數(shù)據(jù)  197
12.2.4　從主機(jī)終端應(yīng)用程序接收的藍(lán)牙數(shù)據(jù)  199
12.2.5　兩個(gè)mbed之間通過藍(lán)牙通信  199
12.3　USB簡介  202
12.3.1　使用mbed模擬USB鼠標(biāo)  203
12.3.2　從mbed端發(fā)送USB MIDI數(shù)據(jù)  203
12.4　以太網(wǎng)簡介  206
12.4.1　以太網(wǎng)概述  206
12.4.2?實(shí)現(xiàn)簡單的mbed以太網(wǎng)通信  207
12.4.3?mbed之間的以太網(wǎng)通信  209
12.5　用mbed進(jìn)行本地網(wǎng)絡(luò)和Internet通信  211
12.5.1?用mbed作為HTTP客戶端  211
12.5.2　用mbed作為HTTP文件服務(wù)器  213
12.5.3?用遠(yuǎn)程過程調(diào)用修改mbed輸出  214
12.5.4?用遠(yuǎn)程JavaScript接口控制mbed  216
本章回顧  218
習(xí)題  219
參考文獻(xiàn)  219
第13章　控制系統(tǒng)  220
13.1　控制系統(tǒng)簡介  220
13.1.1　閉環(huán)和開環(huán)控制系統(tǒng)  220
13.1.2　閉環(huán)巡航控制示例  221
13.1.3　比例控制  223
13.1.4　PID控制  224
13.2　閉環(huán)數(shù)字羅盤示例  225
13.2.1　HMC6352數(shù)字羅盤的使用  225
13.2.2　360°旋轉(zhuǎn)伺服系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)  227
13.2.3　閉環(huán)控制算法的實(shí)現(xiàn)  229
13.3　基于控制器局域網(wǎng)控制數(shù)據(jù)通信  231
13.3.1　控制器局域網(wǎng)  231
13.3.2　mbed上的CAN總線  232
本章回顧  237
習(xí)題  237
參考文獻(xiàn)  237
第14章　mbed庫函數(shù)入門  238
14.1　簡介  238
14.2　控制寄存器概念  238
14.3　數(shù)字輸入/輸出  240
14.3.1　mbed數(shù)字輸入/輸出控制寄存器  240
14.3.2　數(shù)字輸出的應(yīng)用  241
14.3.3　添加第二個(gè)數(shù)字輸出  242
14.3.4　數(shù)字輸入  243
14.4　深入了解控制寄存器  244
14.4.1　引腳功能選擇寄存器和引腳模式寄存器  245
14.4.2　功率控制寄存器和時(shí)鐘選擇寄存器  246
14.5　使用DAC  248
14.5.1　mbed DAC控制寄存器  248
14.5.2　DAC的應(yīng)用  249
14.6　使用ADC  250
14.6.1　mbed ADC控制寄存器  250
14.6.2　ADC應(yīng)用  251
14.6.3　改變ADC轉(zhuǎn)換速度  253
14.7　控制寄存器使用小結(jié)  255
本章回顧  255
習(xí)題  256
參考文獻(xiàn)  256
第15章　項(xiàng)目擴(kuò)展  257
15.1　去往何方  257
15.2　mbed Pololu機(jī)器人  257
15.3　高級(jí)音頻項(xiàng)目  258
15.4　物聯(lián)網(wǎng)  258
15.5　mbed LPC11U24簡介  259
15.6　從mbed到實(shí)際生產(chǎn)  260
15.7　結(jié)束語  262
參考文獻(xiàn)  263
附錄A　數(shù)制系統(tǒng)  264
附錄B　C語言基礎(chǔ)  269
附錄C　mbed技術(shù)資料  286
附錄D　配件清單  290
附錄E　Tera Term終端模擬器  292