MCU及常見MCU外圍電路

第三講MCU及常見MCU外圍電路盛慶華MCUMCU分類04-Feb-232電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐單片機(jī)（Microcontroller）MCU：MicrocontrollerUnit微控制器04-Feb-233電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐MCU結(jié)構(gòu)CPURAMROM外設(shè)外設(shè)I/O外設(shè)外設(shè)I/O一個(gè)典型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)04-Feb-234電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐04-Feb-235電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐04-Feb-236電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐04-Feb-237電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐04-Feb-238電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐04-Feb-239電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐在電子設(shè)計(jì)中使用單片機(jī)04-Feb-2310電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐MCU的架構(gòu)CISC（復(fù)雜指令集架構(gòu)）ComplexInstructionSetComputer早期MCU采用RISC（精簡(jiǎn)指令集架構(gòu)）ReducedInstructionSetComputer新開發(fā)的MCUCore絕大多數(shù)為RISC04-Feb-2311電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐MCU選型（按數(shù)據(jù)總線寬度）4bits（大量、廉價(jià)，電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中未見）8bitsIntelMCS51系列80C51/52很多兼容廠家Freescale(Motorola)S08、S908MicrochipPIC16C5x/6x/7x/8x、PIC18CxxAtmelAVR系列ATmega瑞薩、三星、現(xiàn)代、NEC……義隆、Holtek、Sunplus國(guó)內(nèi)：中穎、華榮匯、芯唐（Winbond邏輯IC事業(yè)部）04-Feb-2312電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐16bitsTIMSP430FreescaleS12MicrochipPIC24CxxxMaximMaxQ瑞薩Sunplus（凌陽(yáng)）……04-Feb-2313電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐32bitsAtmelAT91SAM系列（ARM7內(nèi)核）STSTM32TI（LuminaryMicro）的LM3xxxx系列NXP(Philips)LPC2xxx系列、LPC17xx系列Samsung44B0（ARM7）AtmelAVR32系列AT32xxx（AVR32內(nèi)核）（ARMCortex內(nèi)核）Cortex-M3/Cortex-M4,有ST的STM32系列、NXP的LPC13xx系列和TI的LM3S系列04-Feb-2314電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐嵌入式處理器（常見）SamsungS3C2440（ARM9）S3C6400(ARM11)MarvellPXA27x、PXA3xxXScale（基于ARMv5T）FreescaleI.MX31系列（ARM11）Freescale

Coolfire

（68k）Freescale/IBMPPC（PowerPC）SignmaDesign（ARM9）AMDAu1200（MIPS）AtmelAT91SAM926x(ARM9)CirrusLogicEP93xx(ARM9)TIOMAP35xx04-Feb-2315電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐嵌入式處理器（常見）ADIADSP-BF53x/56x（Blackfin16bits）TIOMAP2、DM64x、達(dá)芬奇（ARM+TIDSP）IntelPentium-MC-M、Core-Duo（x86）ViaC7（x86）Altera

NiosII

（NiosIIsoftcore）XilinxPowerPC（硬核）/MicroBlaze

軟核MagiceyesMMSP2MP25xx（DualARM9）ARMCortex內(nèi)核（Cortex-A8/Cortex-A9）04-Feb-2316電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐MCS51兼容80C51兼容/增強(qiáng)AtmelAT89S51/52、AT89C51RD2NXPP80C51、LPC76x、LPC900STC、MegaWinTIMSC12xxADIADuCSiliconLabsC8051FMaximDS80C42xST、Cypress、SST、新唐（Winbond）……04-Feb-2317電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐MCUARMCortex-M內(nèi)核04-Feb-2318電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐ARM體系結(jié)構(gòu)概述ARM，英文全稱為AdvancedRISCMachines。ARM首先是一個(gè)公司的名稱。其次，ARM是對(duì)一類微處理器的通稱。寬泛地說，ARM是一種技術(shù)的名字，即采用ARM處理器的控制技術(shù)。04-Feb-2319電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐ARM微處理器的應(yīng)用領(lǐng)域工業(yè)控制領(lǐng)域無(wú)線通訊領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用智能手機(jī)消費(fèi)類電子產(chǎn)品成像和安全產(chǎn)品04-Feb-2320電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐ARM體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)體積小、低功耗、低成本、高性能。支持Thumb(16位)/ARM(32位)雙指令集，能很好的兼容8/16位器件。大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快。ARM處理器共有37個(gè)寄存器，分為若干個(gè)組（BANK）。大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成。ARM處理器有7種不同的處理器模式尋址方式靈活簡(jiǎn)單，執(zhí)行效率高。指令長(zhǎng)度固定。04-Feb-2321電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐ARM處理器系列

ARM微處理器目前種類非常豐富。不同的ARM系列具有不同的用途，每一個(gè)系列的ARM微處理器都有各自的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。下面分別進(jìn)行介紹。

04-Feb-2322電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐ARM系列微處理器ARM732bitsRISC采用馮諾依曼結(jié)構(gòu)ARM932bitsRISC采用哈佛結(jié)構(gòu)ARM10E內(nèi)核為32位RISC處理器，采用了新的體系結(jié)構(gòu)ARM1136J-S是第一個(gè)執(zhí)行ARMv6架構(gòu)指令的處理器Cortex核04-Feb-2323電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

ARMCortex發(fā)布于2005年，為各種不同性能需求的應(yīng)用提供了一整套完整的優(yōu)化解決方案，該系列的技術(shù)劃分完全針對(duì)不同的市場(chǎng)應(yīng)用和性能需求。目前ARMCortex定義了三個(gè)系列：

ARMCortex系列04-Feb-2324電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐ARMCortex系列（續(xù)）Cortex-A系列：針對(duì)復(fù)雜OS和應(yīng)用程序（如多媒體）的應(yīng)用處理器。支持ARM、Thumb和Thumb-2指令集，強(qiáng)調(diào)高性能與合理的功耗，存儲(chǔ)器管理支持虛擬地址。Cortex-R系列：針對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的嵌入式處理器。支持ARM、Thumb和Thumb-2指令集，強(qiáng)調(diào)實(shí)時(shí)性，存儲(chǔ)器管理只支持物理地址。Cortex核Cortex-M系列：針對(duì)價(jià)格敏感應(yīng)用領(lǐng)域的嵌入式處理器，只支持Thumb-2指令集，強(qiáng)調(diào)操作的確定性，以及性能、功耗和價(jià)格的平衡。04-Feb-2325電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐Cortex-M系列針對(duì)成本和功耗敏感的

MCU

和終端應(yīng)用M0,M3,M4？軟件重用，從一個(gè)Cortex-M處理器無(wú)縫升級(jí)到另一個(gè)

04-Feb-2326電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐Cortex-M技術(shù)04-Feb-2327電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐Cortex-M004-Feb-2328電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐Cortex-M304-Feb-2329電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐Cortex-M404-Feb-2330電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐ARM

Cortex微控制器軟件接口標(biāo)準(zhǔn)(CMSIS)

是

Cortex-M

處理器系列的與供應(yīng)商無(wú)關(guān)的硬件抽象層。

使用CMSIS，可以為接口外設(shè)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和中間件實(shí)現(xiàn)一致且簡(jiǎn)單的軟件接口，從而簡(jiǎn)化軟件的重用、縮短新微控制器開發(fā)人員的學(xué)習(xí)過程，并縮短新產(chǎn)品的上市時(shí)間。CMSIS04-Feb-2331電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐NVIC（嵌套矢量中斷控制器）是Cortex-M處理器不可或缺的部分，它為處理器提供了卓越的中斷處理能力。Cortex-M處理器使用一個(gè)矢量表，其中包含要為特定中斷處理程序執(zhí)行的函數(shù)的地址。接受中斷時(shí)，處理器會(huì)從該矢量表中提取地址。NVIC04-Feb-2332電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐在硬件中完成對(duì)中斷的響應(yīng)Cortex-M系列處理器的中斷響應(yīng)是從發(fā)出中斷信號(hào)到執(zhí)行中斷服務(wù)例程的周期數(shù)。它包括：檢測(cè)中斷背對(duì)背或遲到中斷的最佳處理提取矢量地址將易損壞的寄存器入棧跳轉(zhuǎn)到中斷處理程序這些任務(wù)在硬件中執(zhí)行，并且包含在為Cortex-M處理器報(bào)出的中斷響應(yīng)周期時(shí)間中。04-Feb-2333電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐NVIC中的尾鏈Cortex-M處理器通過在NVIC硬件中實(shí)現(xiàn)尾鏈技術(shù)簡(jiǎn)化了活動(dòng)中斷和掛起的中斷之間的轉(zhuǎn)換04-Feb-2334電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐NVIC對(duì)遲到的較高優(yōu)先級(jí)中斷的響應(yīng)如果在為上一個(gè)中斷執(zhí)行堆棧推送期間較高優(yōu)先級(jí)的中斷遲到，NVIC會(huì)立即提取新的矢量地址來(lái)為掛起的中斷提供服務(wù)

04-Feb-2335電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐NVIC進(jìn)行的堆棧彈出搶占如果異常到達(dá)，NVIC將放棄堆棧彈出并立即為新的中斷提供服務(wù)

04-Feb-2336電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐Cortex-M3微處理器Cortex-M3微處理器采用ARMv7-M架構(gòu)。Cortex-M3系列微處理器的主要特點(diǎn)如下：Thumb-2指令集架構(gòu)（ISA）的子集。哈佛處理器架構(gòu)，在加載/存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的同時(shí)能夠執(zhí)行指令取指。三級(jí)流水線。32位單周期乘法。具備硬件除法。Thumb狀態(tài)和調(diào)試狀態(tài)。處理模式和線程模式。ISR的低延遲進(jìn)入和退出?？芍袛?可繼續(xù)的LDM/STM，PUSH/POP。ARMv6類型BE8/LE支持。ARMv6非對(duì)齊訪問。04-Feb-2337電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐工作模式和工作狀態(tài)Cortex-M3處理器支持兩種工作模式:線程模式處理模式Cortex-M3處理器有兩種工作狀態(tài)：Thumb狀態(tài)調(diào)試狀態(tài)04-Feb-2338電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐數(shù)據(jù)類型Cortex-M3處理器支持以下數(shù)據(jù)類型：32位字16位半字8位字節(jié)04-Feb-2339電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐STM32如何編譯和下載程序編譯工具：ARMMDK(Keil)IAR下載程序：見pdf04-Feb-2340電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐JLINK驅(qū)動(dòng)安裝與MDK環(huán)境搭建MDK工程建立：見pdf04-Feb-2341電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐意法半導(dǎo)體--STMSTM32F0xx系列（M048MHZ）STM32Lxxx系列(M332MHZ)STM32F1xx系列(M372MHZ)STM32F2xx系列(M3120MHZ)STM32F4xx系列(M4168MHZ)Cortex-M核芯片04-Feb-2342電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐德州儀器

–TI（收購(gòu)Liuminary）LM3Sxxxx系列（M3）LM4Fxxxx系列(M4)恩智浦

--NXP

LPC11xxLPC12xx系列（M0）LPC13xxLPC17xxLPC18xx系列（M3）LPC43xx系列（M4）Cortex-M核芯片04-Feb-2343電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐飛思卡爾

--FreescaleKinetisL系列（M0+）KinetisX系列、K系列（M4）愛特梅爾

--Atmel

SAM3S/U/N系列（M3）SAM4S系列（M4）英飛凌

--InfineonXCM4000系列（M4）Cortex-M核芯片04-Feb-2344電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐常用外設(shè)UART通用異步收發(fā)器I2C一種串行總線SMBUS同I2CTimer定時(shí)器A/DD/APCA可編程計(jì)數(shù)器陣列SPI一種同步串行總線04-Feb-2345電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐常用外設(shè)（續(xù)）WDT看門狗定時(shí)器RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘PWM脈寬調(diào)制發(fā)生器Comparer比較器04-Feb-2346電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐MCU常見MCU外圍器件04-Feb-2347電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐串行E2PROMI2C接口24Cxx：24C04、24C256、24LC04MicroWire接口93C46、93C5604-Feb-2348電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐串行FlashSPI接口AT25F102404-Feb-2349電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐Ramtron公司I2C接口FM24系列SPI接口FM25系列鐵電存儲(chǔ)器（FRAM）04-Feb-2350電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐串行A/DTLC1543(10bit,11通道,2.1M/clk)TLC1549(10bit,2.1M/clk)TLC549(8bit,1.1M/clk)04-Feb-2351電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐1-Wire溫度檢測(cè)1-Wire接口DS18B2004-Feb-2352電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐C51MCU軟件開發(fā)的趨勢(shì)可移植性易讀性復(fù)雜功能C逐漸成為主流常