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)設計與實踐單片機（Microcontroller）MCU：MicrocontrollerUnit微控制器04-Feb-233電子系統(tǒng)設計與實踐MCU結(jié)構(gòu)CPURAMROM外設外設I/O外設外設I/O一個典型的計算機系統(tǒng)04-Feb-234電子系統(tǒng)設計與實踐04-Feb-235電子系統(tǒng)設計與實踐04-Feb-236電子系統(tǒng)設計與實踐04-Feb-237電子系統(tǒng)設計與實踐04-Feb-238電子系統(tǒng)設計與實踐04-Feb-239電子系統(tǒng)設計與實踐在電子設計中使用單片機04-Feb-2310電子系統(tǒng)設計與實踐MCU的架構(gòu)CISC（復雜指令集架構(gòu)）ComplexInstructionSetComputer早期MCU采用RISC（精簡指令集架構(gòu)）ReducedInstructionSetComputer新開發(fā)的MCUCore絕大多數(shù)為RISC04-Feb-2311電子系統(tǒng)設計與實踐MCU選型（按數(shù)據(jù)總線寬度）4bits（大量、廉價，電子設計競賽中未見）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)設計與實踐16bitsTIMSP430FreescaleS12MicrochipPIC24CxxxMaximMaxQ瑞薩Sunplus（凌陽）……04-Feb-2313電子系統(tǒng)設計與實踐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)設計與實踐嵌入式處理器（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)設計與實踐嵌入式處理器（常見）ADIADSP-BF53x/56x（Blackfin16bits）TIOMAP2、DM64x、達芬奇（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)設計與實踐MCS51兼容80C51兼容/增強AtmelAT89S51/52、AT89C51RD2NXPP80C51、LPC76x、LPC900STC、MegaWinTIMSC12xxADIADuCSiliconLabsC8051FMaximDS80C42xST、Cypress、SST、新唐（Winbond）……04-Feb-2317電子系統(tǒng)設計與實踐MCUARMCortex-M內(nèi)核04-Feb-2318電子系統(tǒng)設計與實踐ARM體系結(jié)構(gòu)概述ARM，英文全稱為AdvancedRISCMachines。ARM首先是一個公司的名稱。其次，ARM是對一類微處理器的通稱。寬泛地說，ARM是一種技術的名字，即采用ARM處理器的控制技術。04-Feb-2319電子系統(tǒng)設計與實踐ARM微處理器的應用領域工業(yè)控制領域無線通訊領域網(wǎng)絡應用智能手機消費類電子產(chǎn)品成像和安全產(chǎn)品04-Feb-2320電子系統(tǒng)設計與實踐ARM體系結(jié)構(gòu)的特點體積小、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個寄存器，分為若干個組（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單，執(zhí)行效率高。指令長度固定。04-Feb-2321電子系統(tǒng)設計與實踐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，每一個系列的ARM微處理器都有各自的特點和應用領域。下面分別進行介紹。

04-Feb-2322電子系統(tǒng)設計與實踐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是第一個執(zhí)行ARMv6架構(gòu)指令的處理器Cortex核04-Feb-2323電子系統(tǒng)設計與實踐

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

ARMCortex系列04-Feb-2324電子系統(tǒng)設計與實踐ARMCortex系列（續(xù)）Cortex-A系列：針對復雜OS和應用程序（如多媒體）的應用處理器。支持ARM、Thumb和Thumb-2指令集，強調(diào)高性能與合理的功耗，存儲器管理支持虛擬地址。Cortex-R系列：針對實時系統(tǒng)的嵌入式處理器。支持ARM、Thumb和Thumb-2指令集，強調(diào)實時性，存儲器管理只支持物理地址。Cortex核Cortex-M系列：針對價格敏感應用領域的嵌入式處理器，只支持Thumb-2指令集，強調(diào)操作的確定性，以及性能、功耗和價格的平衡。04-Feb-2325電子系統(tǒng)設計與實踐Cortex-M系列針對成本和功耗敏感的

MCU

和終端應用M0,M3,M4？軟件重用，從一個Cortex-M處理器無縫升級到另一個

04-Feb-2326電子系統(tǒng)設計與實踐Cortex-M技術04-Feb-2327電子系統(tǒng)設計與實踐Cortex-M004-Feb-2328電子系統(tǒng)設計與實踐Cortex-M304-Feb-2329電子系統(tǒng)設計與實踐Cortex-M404-Feb-2330電子系統(tǒng)設計與實踐ARM

Cortex微控制器軟件接口標準(CMSIS)

是

Cortex-M

處理器系列的與供應商無關的硬件抽象層。

使用CMSIS，可以為接口外設、實時操作系統(tǒng)和中間件實現(xiàn)一致且簡單的軟件接口，從而簡化軟件的重用、縮短新微控制器開發(fā)人員的學習過程，并縮短新產(chǎn)品的上市時間。CMSIS04-Feb-2331電子系統(tǒng)設計與實踐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，處理器會從該矢量表中提取地址。NVIC04-Feb-2332電子系統(tǒng)設計與實踐在硬件中完成對中斷的響應Cortex-M系列處理器的中斷響應是從發(fā)出中斷信號到執(zhí)行中斷服務例程的周期數(shù)。它包括：檢測中斷背對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在硬件中執(zhí)行，并且包含在為Cortex-M處理器報出的中斷響應周期時間中。04-Feb-2333電子系統(tǒng)設計與實踐NVIC中的尾鏈Cortex-M處理器通過在NVIC硬件中實現(xiàn)尾鏈技術簡化了活動中斷和掛起的中斷之間的轉(zhuǎn)換04-Feb-2334電子系統(tǒng)設計與實踐NVIC對遲到的較高優(yōu)先級中斷的響應如果在為上一個中斷執(zhí)行堆棧推送期間較高優(yōu)先級的中斷遲到，NVIC會立即提取新的矢量地址來為掛起的中斷提供服務

04-Feb-2335電子系統(tǒng)設計與實踐NVIC進行的堆棧彈出搶占如果異常到達，NVIC將放棄堆棧彈出并立即為新的中斷提供服務

04-Feb-2336電子系統(tǒng)設計與實踐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/存儲數(shù)據(jù)的同時能夠執(zhí)行指令取指。三級流水線。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的低延遲進入和退出。可中斷-可繼續(xù)的LDM/STM，PUSH/POP。ARMv6類型BE8/LE支持。ARMv6非對齊訪問。04-Feb-2337電子系統(tǒng)設計與實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)設計與實踐數(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)設計與實踐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)設計與實踐JLINK驅(qū)動安裝與MDK環(huán)境搭建MDK工程建立：見pdf04-Feb-2341電子系統(tǒng)設計與實踐意法半導體--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)設計與實踐德州儀器

–TI（收購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)設計與實踐飛思卡爾

--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)設計與實踐常用外設UART通用異步收發(fā)器I2C一種串行總線SMBUS同I2CTimer定時器A/DD/APCA可編程計數(shù)器陣列SPI一種同步串行總線04-Feb-2345電子系統(tǒng)設計與實踐常用外設（續(xù)）WDT看門狗定時器RTC實時時鐘PWM脈寬調(diào)制發(fā)生器Comparer比較器04-Feb-2346電子系統(tǒng)設計與實踐MCU常見MCU外圍器件04-Feb-2347電子系統(tǒng)設計與實踐串行E2PROMI2C接口24Cxx：24C04、24C256、24LC04MicroWire接口93C46、93C5604-Feb-2348電子系統(tǒng)設計與實踐串行FlashSPI接口AT25F102404-Feb-2349電子系統(tǒng)設計與實踐Ramtron公司I2C接口FM24系列SPI接口FM25系列鐵電存儲器（FRAM）04-Feb-2350電子系統(tǒng)設計與實踐串行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)設計與實踐1-Wire溫度檢測1-Wire接口DS18B2004-Feb-2352電子系統(tǒng)設計與實踐C51MCU軟件開發(fā)的趨勢可移植性易讀性復雜功能C逐漸成為主流常