无

前　　言
Intel公司于1980年在全面总结MCS-48系列单片机的基础上推出了MCS-51系列单片机，它具有系统结构新颖、灵活、功能强、指令丰富、体积小、可靠性高诸多特点。目前，单片机课程已逐渐成为高等学校工科相关专业的一门公共基础课程。随着VLSI技术的发展，MCS-51系列单片机的集成度、存储容量、功能的增强及扩展，运算速度有了显著提高，MCS-51成为8位机的主流。采用MCS-51单片机后，数字系统的设计方法发生了根本变化，应用不断深入。但是MCS-51单片机的体系结构至今并没发生革命性变化，它在某些场合，如多种接口功能系统、数模混合系统、多引脚重构系统等，越来越暴露出其固有的缺点，在接口灵活性、多样性及数模混合特性上满足不了现代数字系统设计的需求。与此对应的各高校单片机课程也基本没有什么变化，不能反映当前技术的发展水平。
近十几年来，以UDSM工艺、IP复用和软硬件协同设计为支持的SoC技术得到了很大的发展，使数字系统的设计方法发生了彻底的改变。在众多的SoC技术及产品中，美国Cypress公司的系统可配置单片机PSoC作为一种新型的片上可编程系统，片内集成了可配置的数字和模拟接口系统，可灵活配置成系统设计所需的各种用户功能模块，并随意适配各引脚，是业界第一款具有混合信号处理能力的系统可配置单片机芯片。本书作者从PSoC诞生之初就开始跟踪和研究这种全新概念的单片机并应用到当时所做的几个科研项目中，研发人员普遍反映PSoC结构设计巧妙，开发手段先进，彻底颠覆了传统单片机使用方法，在系统应用中特别灵活和方便。从2005年开始将其引入杭州电子科技大学硕士研究生工程训练和高年级本科生教育，使用过的学生都爱不释手。趁本书列选国家“十一五”规划教材之际，作者总结归纳了几年来教学、研发的实践经验，努力编写一本较系统地介绍PSoC原理、结构、开发和应用的教材，并自制了遵循DIY理念的StartKit，配合学习使用。我们坚信当你真正了解和掌握PSoC并将它应用到具体的数字系统设计中时，将永远不会再使用那些过时、枯燥的MCU进行设计工作。
本书共8章。第1、2章是PSoC单片机基本组成结构、功能原理和特点，总体把握这一新型单片机。第6、7章为PSoC富有特色的可编程数字和模块接口系统的结构、功能、配置方法、生成API函数，每个模块介绍时都配有例程，是全书的重点部分，必须认真学习，深入理解，为PSoC的开发、应用打下基础。第3、5章是PSoC单片机的汇编语言和C语言两种开发工具的语法特点、编译使用方法及混合编程。第4章是PSoC单片机集成开发环境PSoC Designer的安装、组成及有特色的三个管理器，并结合实际例子一步一步介绍，应熟练掌握。第8章是围绕PSoC单片机应用的几个实验例子，每个例子详细说明了实验目的、原理、电路原理、接口配置和编程方法，通过实践来真正体会使用PSoC单片机的乐趣。
本书每章配有一定量的思考题，以巩固所学内容。学好单片机，实验环节是必不可少的，PSoC单片机也不例外。作者针对国内国际市场PSoC教育实验装置几乎为零的现状，与美国Cypress公司协商，专门研制了配合本教材的高性价比实验装置PSoC Start Kit(p)，它由学习板和MiniPROG组成，非常适合自己“玩”单片机，体验作者倡导的DIY理念：随时随地随兴学习，而不受实验室开放时间的限制，同时也为参加全国大学生电子竞赛做准备。
本书由戴国骏统稿，其中第1、7章由戴国骏编写，第2章由冯建文编写，第3章由章复嘉编写，第4、8章由曾虹、李二涛编写，第5章由张翔编写，第6章由高申勇编写。非常感谢杭州电子科技大学计算机应用技术研究所开拓者（GIDE）团队杨昆、韦学辉、高志刚、张建辉、何秀育、张颖、张芹、刘世杰、薛刚及各位研究生为本书的插图、校对、网站建设及实验装置研制所做的贡献。感谢杭州电子科技大学计算机应用技术研究所计算机体系结构实验室主任申兴发和感知计算实验室主任周文晖的认真校稿。
本书承浙江大学计算机学院陈天洲教授认真审阅，提出了许多非常宝贵的意见，在此对陈教授的大力支持和帮助深表感谢！
尽管作者在编写的过程中，主观上尽了最大努力，但因水平有限和时间紧迫，加上PSoC单片机可参考的资料很少，书中可能仍有不少疏漏，甚至错误，恳请广大师生、读者批评指正。

作者
2008.10

本书特点
　　详细描述了PSoC单片机的硬件体系和模拟系统，指令系统，汇编语言、C语言的编程，以及具有软硬件协同设计能力的集成开发环境。
　　倡导DIY理念，突出实验环节，给出了丰富的实验例子，每个例子详细说明了实验目的、原理、电路原理、接口配置和编程方法，让读者通过实践来体会使用PSoC单片机的乐趣。
　　每章配有适量的思考题，帮助读者巩固所学知识。
　　单片机的诞生使数字系统的设计经历了一次革命，它在我们生活中无处不在。但随着需求的复杂性和多样性变化，导致数字系统功能向复杂、多样甚至定制化方向发展，传统单片机在接口功能多样性、引脚的适配性和混合信号处理能力上越来越不能满足需求，设计人员迫切需要一种全新观念的单片机。本书介绍的系统可置单片机（PSoC）是业界第一款具有混合信号处理能力、接口部件功能和引脚可配置的单片机，广泛应用于计算机、消费电子产品、工业、汽车和通信领域。
　　PSoC是单片机的发展趋势，全世界将会有越来越多的设计人员使用PSoC及其具有软硬件协同设计能力的开发环境，从而使设计人员将大部分时间花在设计与调试上，从底层的实现细节中解脱出来，最大限度地缩短产品的开发时间。
　　本书为教师提供免费电子课件，需要的老师请登录机工新阅读网站（www.cmpreading.com）下载。

戴国骏 张翔 曾虹 等编著：暂无简介

前言
第1章　绪论 1
1.1　单片机的诞生、发展及应用 1
1.1.1　单片机的诞生 1
1.1.2　单片机的广泛应用 2
1.1.3　单片机的发展趋势 3
1.2　采用单片机的数字系统设计 5
1.2.1　数字系统 5
1.2.2　传统数字系统设计 7
1.2.3　采用单片机的数字系统设计 8
1.3　现代数字系统的设计 11
1.3.1　SoC设计方法 11
1.3.2　SoPC设计方法 13
1.3.3　系统可配置单片机 14
1.4　PSoC的结构 16
1.4.1　PSoC总体结构 16
1.4.2　PSoC特点 18
1.5　PSoC系列芯片介绍 19
1.5.1　PSoC系列芯片 19
1.5.2　PSoC典型应用 19
1.6　小结 21
思考题 21
第2章　PSoC的体系结构 22
2.1　PSoC的总体结构 22
2.1.1　PSoC内核 22
2.1.2　可配置数字接口系统 23
2.1.3　可配置模拟接口系统 24
2.1.4　系统资源 24
2.2　PSoC内核系统 24
2.2.1　M8C CPU内核 24
2.2.2　SRAM 26
2.2.3　SROM 30
2.2.4　中断控制器 35
2.2.5　通用输入输出端口 39
2.2.6　模拟输出驱动 43
2.2.7　PSoC内核的时钟系统 45
2.2.8　睡眠和看门狗 48
2.3　PSoC系统资源 49
2.3.1　数字时钟 50
2.3.2　乘法加法器 53
2.3.3　采样抽取器 55
2.3.4　I2C单元 59
2.3.5　内部参考电压 62
2.3.6　系统复位 62
2.3.7　开关式升压泵 63
2.3.8　上电复位和低电压检测 63
2.3.9　I/O模拟多路复用器 64
2.3.10　全速USB 67
2.4　小结 70
思考题 71
第3章　PSoC的指令系统和汇编程序
设计 72
3.1　寻址方式 72
3.2　算术运算类指令 74
3.3　逻辑运算类指令 78
3.4　移位类指令 81
3.5　数据传送类指令 85
3.6　转移控制类指令 89
3.7　处理器类指令 95
3.8　PSoC汇编语言程序设计基础 96
3.8.1　汇编语言文件分类 96
3.8.2　编译器伪指令系统 105
3.8.3　汇编编程 111
3.9　小结 112
思考题 112
第4章　PSoC集成开发环境 114
4.1　PSoC应用系统设计流程 114
4.2　集成开发环境PSoC Designer 116
4.2.1　PSoC Designer的安装 116
4.2.2　PSoC Designer简介 116
4.2.3　PSoC Designer的使用 118
4.3　简单人机接口应用系统的设计实例 133
4.4　小结 136
思考题 136
第5章　PSoC的C语言程序设计基础 137
5.1　简介 137
5.2　PSoC程序结构 137
5.2.1　顺序结构 138
5.2.2　分支结构 138
5.2.3　循环结构 141
5.3　PSoC C语法 143
5.3.1　数据类型和运算符 144
5.3.2　C语言的指针 146
5.4　PSoC C程序设计 148
5.4.1　预处理命令 148
5.4.2　PSoC应用程序举例 149
5.5　小结 152
思考题 153
第6章　PSoC可配置数字接口系统 154
6.1　PSoC数字接口系统体系结构 154
6.1.1　全局数字接口系统互连 154
6.1.2　行间数字阵列互连 158
6.1.3　行内数字模块互连 158
6.1.4　基本数字单元 164
6.2　定时器和计数器用户模块 165
6.2.1　定时器和计数器简介 165
6.2.2　TIMER8用户模块结构特性 167
6.2.3　TIMER8用户模块配置和API
函数 167
6.2.4　COUNTER8用户模块配置和
API函数 171
6.2.5　TIMER8用户模块应用举例 172
6.3　数字脉宽调制模块 172
6.3.1　脉宽调制模块简介 172
6.3.2　PWM8用户模块结构特性 173
6.3.3　PWM8用户模块配置与API函数 174
6.3.4　PWM8用户模块应用举例 175
6.4　数字通信用户模块 176
6.4.1　串行通信概述 176
6.4.2　SPI串行通信用户模块 178
6.4.3　UART串行通信用户模块 182
6.4.4　串行IrDA通信用户模块 186
6.4.5　循环冗余校验用户模块 190
6.5　其他数字用户模块 193
6.5.1　伪随机序列发生器用户模块 193
6.5.2　E2PROM用户模块 194
6.5.3　数字缓冲器用户模块 195
6.5.4　数字反相器用户模块 196
6.5.5　LCD工具箱用户模块 196
6.5.6　7段式LED控制器用户模块 197
6.5.7　LED用户模块 198
6.5.8　休眠定时器用户模块 199
6.5.9　SDCard用户模块 200
6.6　小结 201
思考题 201
第7章　PSoC可配置模拟接口系统 202
7.1　PSoC模拟接口系统体系结构 202
7.1.1　模拟接口 202
7.1.2　模拟阵列 203
7.1.3　模拟接口系统输入及选择 203
7.1.4　模拟输出驱动 205
7.1.5　模拟信号基准电压发生器 208
7.1.6　基本模拟单元 208
7.2　数模转换器用户模块 212
7.2.1　数模转换器用户模块简介 212
7.2.2　基本电压输出数模转换器用户
模块 212
7.2.3　四象限乘法电压输出数模转换器
用户模块 216
7.3　模数转换器用户模块 219
7.3.1　模数转换器用户模块简介 219
7.3.2　逐次逼近模数转换器用户模块 220
7.3.3　积分式模数转换器用户模块 222
7.3.4　△-∑模数转换器用户模块 228
7.4　放大器和比较器用户模块 234
7.4.1　可编程增益放大器用户模块 234
7.4.2　可编程增益反向放大器用户模块 236
7.4.3　仪器放大器用户模块 238
7.4.4　比较器用户模块 242
7.5　有源滤波器用户模块 245
7.5.1　有源滤波器概述 245
7.5.2　双极点带通滤波器用户模块 248
7.5.3　双极点低通滤波器用户模块 250
7.6　小结 253
思考题 253
第8章　PSoC实验 255
8.1　PSoC StartKit学习板简介 255
8.2　八段数码管动态显示实验 256
8.2.1　目的 256
8.2.2　要求 256
8.2.3　八段数码管扫描显示原理 256
8.2.4　PSoC接口配置 257
8.2.5　PSoC软件设计 258
8.2.6　拓展实验 260
8.3　4×3矩阵数字键盘设计实验 260
8.3.1　目的 260
8.3.2　要求 260
8.3.3　矩阵数字键盘扫描原理 260
8.3.4　PSoC接口配置 261
8.3.5　PSoC软件设计 263
8.3.6　拓展实验 264
8.4　模数转换实验 264
8.4.1　目的 264
8.4.2　要求 264
8.4.3　A/D转换原理 264
8.4.4　PSoC接口配置 265
8.4.5　PSoC软件设计 267
8.4.6　拓展实验 267
8.5　PWM控制蜂鸣器实验 268
8.5.1　目的 268
8.5.2　要求 268
8.5.3　PWM控制蜂鸣器音量原理 268
8.5.4　PSoC接口配置 269
8.5.5　PSoC软件设计 270
8.5.6　拓展实验 271
8.6　UART通信实验 271
8.6.1　目的 271
8.6.2　要求 271
8.6.3　UART串口通信原理 271
8.6.4　PSoC接口配置 272
8.6.5　PSoC软件设计 273
8.6.6　拓展实验 273
8.7　USB通信实验 274
8.7.1　目的 274
8.7.2　要求 274
8.7.3　USB通信原理 274
8.7.4　PSoC接口配置 275
8.7.5　PSoC软件设计 276
8.7.6　拓展实验 276
8.8　小结 276
思考题 277
参考文献 278