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目录1

第1章 简易单片机的结构及其开发模拟测试1

1-1 CPLD设置CPU的HDL描述硬件结构说明2

1-1-1 CPLD设置CPU的HDL使用LPM模块简介2

1-1-2 CPLD设置CPU的HDL使用寄存器简介3

1-1-3 程序存储器的设置设计及取指——（Fetch）4

1-1-4 程序存储器的取指（Fetch）7

1-1-5 CPU内部寄存器及数据的运算控制示意图7

1-1-6 CPU的HDL描述I／O设置及PROM设置控制10

1-1-7 RISCPU3.TDF完整电路描述11

1-2 RISCPU3.TDF电路测试及模拟16

1-3 RISCPU3结构特性讨论22

1-4 流水线处理结构的高速RISCPU4简介24

1-4-1 RISCPU4流水线的指令取指Fetch／Dec解码25

1-4-2 RISCPU4流水线的运算单元读取及解码（OP／RD）电路27

1-4-3 RISCPU4流水线解码（OP／RD）控制信号输出电路28

1-4-4 RISCPU4流水线执行EXE控制电路30

1-4-5 RISCPU4流水线完整电路描述31

1-4-6 RISCPU4流水线电路功能的模拟检测41

1-4-7 数据相依冒险的自动检测处理46

1-4-8 实例46

1-4-9 结论47

2-l 16位PD程序存储器44个精简指令RISC单片机指令结构简介50

第2章 灵活性指令码的单片机结构及开发模拟测试50

2-2 44个精简指令RISC单片机的I／O构建及其与CPU的连接简介54

2-2-1 16位具输入比较和捕捉功能的计数计时器CTC54

2-2-2 12位的脉冲宽调变PWM外围电路56

2-2-3 PPIO外围电路及CNTPl6和PWMl2对应I／O寄存器寻址联结控制57

2-2-4 中断的处理及连接58

2-3 具有相当功能的单片机RISCPU8电路设计与描述61

2-3-1 RISCPU8.TDF的ALU运算处理62

2-3-2 RISCPU8.TDF的解码及控制Control信号运算处理65

2-3-3 RISCPU8.TDF的程序转移及寄存器数据回写WB运算处理66

2-4 RISCPU8.TDF的完整程序描述处理69

2-5 RISCPU8.TDF的程序编写及模拟测试80

2-6 RISCPU8.TDF的程序编写及实例测试89

2-6-1 EPlK50TCl44—3主机板和SN—CPLDE3测试实验器介绍89

2-6-2 RISCPU8的程序编写及实例测试91

第3章 SOC及强化外围的单片机结构和开发模拟测试95

3-1 SOC强化外围模块电路精简指令RISC单片机简介95

3-2 硬件乘除法器及外加存储器的读写设置及连接和模拟测试95

3-2-1 硬件乘除法器的设计设置及连接95

3-2-2 外加存储器的读写控制设置及连接98

3-2-3 乘除法器及外加存储器的读写模拟测试100

3-2-4 精简指令RISCPUA的整体架构104

3-2-5 讨论105

3-3 键盘扫描及7段LED显示和LCD字形显示器接口电路106

3-3-1 硬件键盘扫描接口电路的设计107

3-3-2 4位7段LED扫描显示及硬件键盘扫描接口电路的连接112

3-3-3 LCD显示模块的驱动接口电路及其连接115

3-4 简易的VGA屏幕显示控制接口电路125

3-4-1 简易的色条产生器（Color Bar Generator）128

3-4-2 简易的字形显示器（Character Generator）129

3-5 简易串行非同步UART接口电路134

3-5-1 波特率产生器（Baudrate Generator）135

3-5-2 UART的发送TX控制电路138

3-5-3 UART的接收RX控制电路141

3-5-4 UART的整合电路146

3-6 I2C串行同步传输电路157

3-7 SCI串行同步传输电路170

3-8 模拟比较器175

3-9 ADC转换电路176

3-10 高速的ADC转换读取及寄存181

3-10-1 ADC的转换及读取控制设置181

3-10-2 ADC转换读取并予解码扫描显示于7段LED的控制183

3-10-3 高速的ADC纪录储存后予以输出显示控制185

3-11 电路的测试及实例188

3-12 结论193

4-1-1 JTAG的边界电路扫描（Boundary Scan）　194

第4章 JTAG及DMA和QEP.DB死区接口电路194

4-1 JTAG接口电路简介194

4-1-2 JTAG的电路结构198

4-1-3 简易的JTAG的电路结构设置设计和模拟200

4-2 直接存储器读写DMA（Direct Memory Access）接口电路212

4-3 四象限编码器QEP检测及死区（Dead Band）控制接口电路226

4-3-1 四象限编码器QEP（Quard Encoder Port）检测226

4-3-2 死区（Dead Band）控制设置电路230

4-3-3 四象限编码器QEP（Quard Encoder Port）检测计数接口电路232

4-4 实验测试与实例236

5-2 改良型8051单片机系列239

5-1 通用型单片机239

第5章 通用型单片机指令架构分析及特性简介239

5-3 强化型RISC AVR单片机系列241

5-4 全世界8位MCU居于第二位的PIC系列产品248

5-4-1 含有模拟放大器OPA及DAC接口的特殊PIC单片机252

5-4-2 含有CAN及ADC,PWM控制运算的MCU单片机254

5-4-3 具有DSP的运算的DSP MCU单片机256

5-5 TI单片机MSP430芯片系列268

5-5-1 MSP430F14X的电路结构简介269

5-5-2 MSP430F14X的指令模态结构简介270

5-5-3 MSP430F14X特殊外围电路简介277

5-6 DSP单片机龙头TI的TMS320C54X系列279

5-6-1 TMS320C542的CPU结构280

5-6-2 TMS320C542寻址模式及其对应数据转载指令格式分析和分类282

5-6-3 TMS320C54X的流水线（Pipeline）指令运算284

5-6-4 TMS320C54X的外围电路285

5-6-5 一个良好的DSP开发软件286

5-7 新加坡商Cypress的第一个含有USB外围单片机287

5-7-1 USB接口简介291

5-7-2 新加坡Cypress的PSoC单片机291

5-8 专为机电控制的TMS320F24X DSP单片机简介294

5-9 练习299

6-1 SMCU的架构设计设置及模拟测试300

第6章 多重周期CPU的架构设计开发及模拟测试300

6-2 实际SMCU的40个指令以VHDL设计设置302

6-3 实际SMCU的测试程序编辑及其对应模拟波形314

6-4 SMCU6的综合讨论322

6-5 加入一个16位乘或除16位运算的CPU324

6-5-1 以MAXPLUS2的MegaWinzard Plug-In Manager建立乘除法器元325

件库325

6-5-2 引入乘除法器的电路描述326

6-5-3 引入乘除法器的电路模拟及测试330

6-6 讨论及实例332

第7章 MIPS单一执行周期CPU架构设计设置及模拟测试333

7-1 MIPS CPU的指令架构说明333

7-2 简化的MIPS CPU架构设计描述336

7-2-1 Fetch取指指令运算描述337

7-2-2 Decode指令解码运算描述339

7-2-3 Control控制信号的解码输出描述341

7-2-4 Dmemory数据寄存器的读写控制描述343

7-2-5 指令执行Exe的执行描述344

7-2-6 完整的简化MIPS组构描述349

7-3 测试程序的编写356

7-4 在MAXPLUS2的波形编辑模拟环境下作指令执行检测357

7-5 练习和实例363

第8章 流水线MIPS设计及转移冒险的处理和测试365

8-1 简介365

8-2 MIPS流水线处理及设计描述367

8-2-1 MIPS流水线的取指Fetch及程序计数器PC的运算370

8-2-2 MIPS流水线的指令解码ID及寄存器内容的读写374

8-2-3 MIPS流水线的指令控制信号Control输出电路设计描述378

8-2-4 MIPS流水线的指令执行Execute电路设计描述381

8-2-5 MIPS流水线的数据存储器的读写控制Dmemoryp电路设计描述386

8-2-6 MIPS流水线的整合描述MIPS2T.VHD的电路设计描述388

8-3 MIPS流水线CPU的功能模拟及检测394

8-4 流水线对应于数据序执行所产生的数据冒险（Harzard）402

8-5 流水线数据冒险（Harzard）自动处理的电路结构描述及检测408

8-5-1 在第4层的数据存储器读出LW运算流水线数据冒险自动处理416

8-5-2 如LW运算流水线数据冒险的STALL寄存运算模拟测试421

8-6 练习与实例424

第9章 32位存储器及寄存器的流水线MIPS结构426

9-1 32位存储器及寄存器的流水线MIPS简介426

9-1-1 取指的IFETC2TT4.VHD的修改426

9-1-2 指令解码及寄存器的数据读写IDECODTT4.VHD的修改427

9-1-3 数据存储器读写DMEMORYT4.VHD的修改428

9-1-4 程序执行的EXECUTTT.VHD的修改428

9-1-5 主构MIPS4TT.VHD电路的描述430

9-1-6 程序执行模拟测试437

9-2 32位流水线及冒险处理的MIPS4TT.VHD电路特性443

9-3 LW运算流水线数据冒险做停STALL处理444

9-4 练习与实例446

第10章 高级MCU结构分析及ARM简介448

10-1 TMS320C67X DSP单片机结构简介448

10-1-1 TMS320C67X DSP单片机流水线运算结构简介451

10-1-2 TMS320C6X系列DSP单片机指令运算码455

10-2 当代极省电且为可变化指令架构的新一代CPU代表ARM简介458

10-2-1 EARM 7TDMI的特性458

10-2-2 ARM 7TDMI的电路架构459

10-3 ARM 7TDMI的指令运算架构462

10-4 ARM 7TDMI的指令架构465

10-4-1 对应以2到3个运算寄存器作数据处理指令466

10-4-2 对应以寄存器作数据读写及寻址索引指令470

10-4-3 对应以寄存器进行半字符数据及带符号的数据读写及寻址索引指令474

10-4-4 寄存器群进行字符区块对应Rn进行存储器间接寻址及索引内容数据读写475

10-4-5 以Rn进行内存间接寻址读取数据写入Rd后再被Rm写入的SWP指令478

10-4-6 ARM的乘法器及其乘加器指令479

10-4-7 ARM差值转移（Branch）,Rx间接转移和PC连接（Link）转移指令480

10-4-8 间接寻址内存数据与寄存器内容数据互换SWP指令483

10-4-9 ARM的软件中断SWI指令483

lO-4-10 ARM的协同处理器（Coprocessor）及其对应指令485

10-5 THUMB指令群488

10-5-1 THUMB的ALU运算指令群491

10-5-2 THUMB的立即数据运算指令群493

10-5-3 THUMB的寄存器内容数据移位后的数据载存指令493

10-5-5 以寄存器内容为内存寻址与寄存器内容作读写指令495

10-5-4 内存数据与寄存器内容数据载存指令495

10-5-6 以SP（R13）内容为内存寻址与寄存器内容进行读写指令498

10-5-7 以SP（R13）或PC（R15）内容加上10位偏移值来设置寄存器指令499

10-5-8 连续的对应多个寄存器和内存执行数据存取和PUSH／POP指令500

10-5-9 有条件和无条件的程序转移（Branch）501

10-5-10 软件设置程序中断SWI指令503

10-6 涵盖ARM的系统芯片SOC简介503

10-6-1 ATMEL的AT91M404XX系列嵌入式ARM芯片504

10-6-2 TI的TMS320VC5472系列嵌入式ARM及DSP 54X系列SOC芯片504

10-6-3 三星电子的KS320C5000系列嵌入式ARM系统SOC芯片507

10-7 练习509