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1、.典型 MCU 架构详解与主流MCU 介绍在前面的介绍中，我们已经了解到 MCU 就是基于一定的内核体系，集成了存储、并行或串行 I/O 、定时器、中断系统以及其他控制功能的微型计算机系统，如图4.1 是典型的MCU 组成框图。目前，虽然很多厂商采用了ARM 内核体系，但是在具体的MCU 产品上，各个公司集成的功能差异非常大，形成MCU 百花齐放的格局，由于本书的重点是介绍32 位 MCU，所以我们将重点以恩智浦公司的MCU 为例来介绍，这些MCU 中，LPC3000 、 LH7A 采用 ARM9 内核， LPC2000 和 LH7 采用 ARM7 内核， LPC1000系列采用Cortex-
2、M3 或 M0 内核，通过这几个系列的介绍可以了解MCU 的构成和差异。4.1恩智浦 LPC1000系列 MCULPC1000 系列 MCU 是以第二代Cortex-M3 为内核的微控制器， 用于处理要求高度集成和低功耗的嵌入式应用。采用3 级流水线和哈佛结构，其运行速度高达100MHz ，带独立的本地指令和数据总线以及用于外设的第三条总线，使得代码执行速度高达1.25MIPS/MHz ，并包含一个支持分支预测的内部预取指单元，特别适用于静电设计、照明设备、工业网络、报警系统、白色家电、电机控制等领域。LPC1000 系列 MCU 又分为 LPC1700 系列和 LPC1300 系列，下面我们
3、分开介绍。系列 MCU 介绍LPC1700 系列 ARM 是以第二代的 Cortex-M3 为内核，是为嵌入式系统应用而设计的高性能、低功耗的 32 位微处理器，适用于仪器仪表、工业通讯、电机控制、灯光控制、报警系统等领域。其操作频率高达 100MHz ，采用 3 级流水线和哈佛结构，带独立的本地指令和数据总线以及用于外设的高性能的第三条总线，使得代;.码执行速度高达 1.25MIPS/MHz ，并包含一个支持分支预测的内部预取指单元。 LPC1700 系列 ARM Cortex-M3 的外设组件： 最高配置包括 512KB 片内 Flash 程序存储器、 64KB 片内 SRAM、8 通道
4、GPDMA 控制器、 4 个 32 位通用定时器、 一个 8 通道 12 位 ADC、一个 10 位 DAC、一路电机控制 PWM 输出、 一个正交编码器接口、 6 路通用 PWM输出、一个看门狗定时器以及一个独立供电的超低功耗RTC。LPC1700 系列 ARM Cortex-M3 还集成了大量的通信接口： 一个以太网 MAC、一个 USB 2.0 全速接口、 4 个 UART 接口、 2 路 CAN、2 个 SSP 接口、 1 个 SPI 接口、 3个 I2C 接口、 2 路 I2S 输入和 2 路 I2S 输出。1.LPC1700系列 MCU 关键特性：*第二代 Cortex-M3 内核
5、，运行速度高达100MHz ；* 采用纯 Thumb2 指令集，代码存储密度高；* 内置嵌套向量中断控制器（ NVIC），极大程度的降低了中断延迟；* 不可屏蔽中断（ NMI ）输入；* 具有存储器保护单元，内嵌系统时钟；* 全新的中断唤醒控制器（ WIC ）；* 存储器保护单元（ MPU）；* 以太网、 USB Host/OTG/Device 、CAN、 I2S ；* 快速（ Fm+ ） I2C 、 SPI/SSP、 UART；* 电机控制 PWM 输出和正交编码器接口；* 12 位 ADC；* 低功耗实时时钟（ RTC）；*第二个专用的PLL 可用于 USB 接口，增加了主PLL 设置的灵
6、活性；* 4 个低功率模式：睡眠、深度睡眠、掉电、深度掉电，可通过外部中断、RTC中断、 USB 活动中断 、以太网唤醒中断、CAN 总线活动中断、 NMI 等中断唤醒；* 具有在系统编程（ ISP）和在应用编程（ IAP ）功能的 512KB 片上 Flash 程序存储器；* 64KB 片内 SRAM 包括：* 32KB SRAM可供高性能CPU 通过本地代码 / 数据总线访问；* 2 个 16KB SRAM 模块，带独立访问路径，可进行更高吞吐量的操作。这些 SRAM模块可用于以太网、 USB、 DMA 存储器，以及通用指令和数据存储；* AHB 多层矩阵上具有 8 通道的通用 DMA 控
7、制器（ GPDMA），结合 SSP、 I2S 、UART、 AD/DA 转 换、定时器匹配信号和 GPIO 使用，并可用于存储器到存储器的传输；* 多层 AHB 矩阵内部连接， 为每个 AHB 主机提供独立的总线。 AHB 主机包括 CPU、通用 DMA 控 制器、以太网 MAC 和 USB 接口。这个内部连接特性提供无仲裁延迟的通信；* 实用的 LQFP 80/100 脚封装。2.LPC1700系列中 LPC1766方框图：;.3.LPC1700系列 MCU 参数规格如下表所示：;.系列 MCU 介绍LPC1311/13/42/43 是以第二代 ARM Cortex-M3 为内核的微控制器，
8、其系统性能大大提高，增强了调试特性，令所支持模块的集成级别更高。其最大亮点在于具有极高的代码集成度和极低的功耗，是业界功耗最低的32 位 Cortex-M3 MCU 。LPC1300 系列 ARM 微控制器的操作频率高达 70MHz ，具有 3 级流水线功能，并采用支持独立本地指令和数据总线以及用于外设的第三条总线的哈佛架构，使得代码执行速度高达 1.25MIPS/MHz ，还包括了一个内部预取单元， 支持分支预测操作。LPC1311/13/42/43 的外设组件：最高配置有 32KB 的 Flash 存储器、 8KB 的数据存储器、 USB 设备（仅对于 LPC1342/43 ）、一个快速模
9、式 I2C 接口、 一个 UART、四个通用定时器、42 个通用 I/O 引脚。1.LPC13XX系列 MCU 关键特性* 第二代 Cortex-M3 内核，高达 70MHz 的运行速度；* 内置有嵌套向量中断控制器（ NVIC）；* 具有 32KB（ LPC1343/13 ） /16KB （ LPC1342） /8KB （ LPC1311）片上 Flash 程序存储器；* 10 位 ADC，在 8 个引脚中实现输入多路复用；* 在系统编程（ ISP）和在应用编程（ IAP ）可通过片内引导装载程序软件来实现；串行接口*带有用于设备的片内PHY 的 USB 2.0 全速设备控制器（仅对于LPC
10、1342/43 ）；*可产生小数波特率、具有调制解调器、内部FIFO 和支持 RS-485/EIA-485标准的 UART；* SSP 控制器，带 FIFO 和多协议功能；* I2C总线接口，完全支持I2C 总线规范和快速模式，数据速率为1Mbit/s ，具有多个地址识别功能和监控模式；其它外设*多达 42 个通用 I/O （GPIO）引脚，带可配置的上拉/ 下拉电阻，并有新的、可配置的开漏操作模式；* 4 个通用定时器/ 计数器，共有4 路捕获输入和13 路匹配输出；* 可编程的看门狗定时器（ WDT ）；* 具有系统定时器；* 每个外设都具有其自身的时钟分频器，以进一步降低功耗；* 集成了
11、 PMU（电源管理单元），可在睡眠、深度睡眠和深度掉电模式中极大限;.度减少功耗；* 具有三种低功耗模式：睡眠模式、深度睡眠模式和深度掉电模式；*带驱动的时钟输出功能可以反映主振荡器时钟、IRC 时钟、 CPU 时钟、看门狗时钟和 USB 时 钟；* 掉电检测，具有 4 个独立的阀值，用于中断和强制的复位；* 12MHz内部 RC 振荡器可调节到1的精度，可将其选择为系统时钟；* PLL 允许 CPU 在最大的 CPU 速率下操作，而无需高频晶振，可从主振荡器、内部 RC 振荡器或 看门狗振荡器中运行；* 可采用 48 脚 LQFP 封装和 33 引脚 HVQFN 封装。2.LPC13XX系列
12、 MCU 方框图如下表所示：3.LPC13XX系列 MCU 参数规格如下表所示：;.更高效能MCU 向我们走来2009 年 5 月，恩智浦宣布推出将于2010 年初推出基于Cortex-M0 的 LPC1100 系列产品。 LPC1100 非常适合那些电池供电、电子计量、消费电子外围设备、远程传感器以及所有的 16 位应用。ARM Cortex-M0处理器是市场上现有的最小、能耗最低、最节能的ARM 处理器。该处理能耗非常低、门数量少、代码占用空间小，使得MCU 开发人员能够以8 位处理器的价位， 获得 32 位处理器的性能。 超低门数还使其能够用于模拟信号设备和混合信号设备及 MCU 应用中
13、，可望明显节约系统成本，同时保留功能强大的 Coretex-M0 处理器的工具和二进制兼容能力。Cortex-M0 最大的优势在于能效。 数据显示，其运算能力可以达到 0.9 DMIPS/MHz ，但功耗却仅有 80uW/MHz 。这源于所谓的 “超低功耗深度睡眠架构 ”，是因为采用了 ARM 180ULL 库和 PMK，所以相比传统 8/16 位 MCU 拥有更低的静态功耗。另外，尽管动态功耗与眼下的 16 位处理器相当，但是由于运算性能的提高，实际上处理器在执行同样的任务时所耗费的时间降低了，这就大幅降低了处理器的动态功耗。ARM Cortex-M0处理器关键特性：* 50MHz 主频*
14、紧密耦合的巢状向量中断控制器快速确定性中断；* 唤醒中断控制器允许从优先级中断中自动唤醒；* 3 个低功耗模式：睡眠，深度睡眠和深度掉电；存储器；* 128KB 的 FLASH 存储器；* 16KB 的 SRAM；串行外围设备；* 带有分数波特率，内部 FIFO ，支持 RS-485 的 UART；*带有 FIFO 和多重协定能力的SPI 控制器；* I2C总线接口支持全速I2C 总线规格和快速模式的波特率为1Mbps 带有多样的地址识别和监控模式；*模拟外围设备；* 8 通道 10 位的 A/D 转换器，转换率高达250K 采样每秒。;.LPC1100 系列是世界首款基于 Cortex-M0 内核的 MCU，性价比高， LPC1100 的代码和工具与恩智浦其他基于 ARM 内核的 MCU 产品相兼容， 32 位性能与多重电源模式和非常低的深度睡眠模式相结合。 LPC1100 提供业界领先的能源效率大大延长电池的使用寿命。 LPC1100 的性能效率结合了新标准，代码密度有了显著的改进，可使电池寿命更长也降低了成本。LPC1100系列方框图如下所示：电源管理单元ADCCortex M0 单元I2CGPIOSPI定时器RAMROMFlashUART时钟发生单元;.;.