典型MCU架构详解与主流MCU介绍

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1、典型MCU架构详解万主流MCU介绍在前面的介绍中，我们已经了解到MCK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，如图是典型的Mcua成框图。图 4.1 典型 MCU 的器成准国目前，虽然很多厂商采用了AR岫核体系，但是在具体的MCLT品上，各个公司集成的功能差异非常大，形成MCIM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MCM例来介绍，这些MC,LPC300OLH7A采用ARM讷核，LPC2000和LH7采用ARM衲核，LPC1000系列采用Cortex-M3或M0内核，通过这几个系列的介绍可以了解M

2、CU勺构成和差异。恩智浦LPC1000系歹UMCULPC1000系列MCO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外都宦时元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。为LPC1700系歹U和LPC1300系列，下面我们分开介绍。LPC1700系歹UMCUH召LPC1700系列ARM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

3、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MHz并包含一个支持分支预测的内部预取指单元。LPC1700系列ARMCortex-M3的外设组件： 最高配置包括512KB片内Flash程序存储器、64KB片内SRAM8通道GPDM检制器、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PWMt出、一个正交编码器接口、6路通用PWMt出、一个看门狗定时器以及一个独立供电的超低功耗RTGLPC170

4、0系列ARMCortex-M3还集成了大量的通信接口： 一个以太网MAC一个USB全速接口、4个UAR限口、2路CAN2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。系列MCU键特性：*第二代Cortex-M3内核，运行速度高达100MHz*采用纯Thumb2指令集，代码存储密度高；LPC1000系歹UMCUZ分*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；*全新的中断唤酉1控制器（WI。；*存储器保护单元（MPU；*以太网、USBHost/OTG/Device、CANI2S;*

5、快速（Fm+I2C、SPI/SSP、UART*电机控制PWMt出和正交编码器接口；* 12位ADC*低功耗实日时钟（RTQ;*第二个专用的PLL可用于US喷口，增加了主PLL设置的灵活性；* 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程序存脩器；* 64KB片内SRAMfe括：* 32KBSRAM可供高性能CPU!过本地代码/数据总线访问；* 2个16KBSRAM莫块，带独立访问路径，可进行更高吞吐量的操作。这些S

6、RAM模块可用于以太网、USBDM的储器，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DMAS制器（GPDMA,结合SSPI2S、UARTAD/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巨阵内部连接，为每个AHB主机提供独立的总线。AHB主机包括CPU通用DMAS制器、以太网MACF口USB接口。这个内部连接特性提供无仲裁延迟的通信；*实用的LQFP80/100脚封装。系列中LPC1766方框图:DEBUG.DEBUG.；- -：I.lI.lJTAQJTAQ!I!I. .R R加!丁强USBUSB,司(T*.L1(T*.L1ITAU2IT

7、AU2I I同。M MEMULA1IWTRCEMOOEMULA1IWTRCEMOOJLEJLE制试J,J,成俄口MMeoMMMeoM曰*i*iECLKEHjfTCLKEHjfT妾层AHRAHR矩阵思线,SrAGPIOw*w*APB3OK13OK1SSE11,IMIRQ1SSE11,IMIRQ1* *MOSHMOSH苜XOWTMCWXOWTMCW_ _* *U Um mMHTIMHTI以。1 1片*yTOtC?TOtC?* *9Di*WI9Di*WI , ,7 7击FlFl4 4MosiiiiiaoMosiiiiiao2乎乎MAW1MAW1小PCAPU1OPCAPU1O. .ADC(rO|ADC

8、(rO|P：TCX2,由ATATBEF1BEF1后界出ftft1 11 1F=F=一/用色模块代表可以连接到GPDMAgGPDMAg如上系列MCl数规格如下表所示:口IWIWAMBAMBIOAPB0APB0ROGROG f fSFtAUHZiMKBSFtAUHZiMKBriaahioiiigriaahioiiigi iFLASHFLASH。1313曲川神kBkBSCKOSSESCKOSSELALAMlSUCiwlSlo凡落网TXDZljM Mx xCERKCERK才耳心端I*I*TXTXMCKMCKJ?J?KFJCKFJCi ik k seisei*WDAa.X二:uJ*声中妙片期货挂一iSR

9、AM(KEjUSB20USB20GiPDMA正史CANZDBl=SK KEMEMArt)Art)DfADfATirner32btSPISSPART(40ART(405/IrDA)5/IrDA)封装LFC17513232a.DeweDeweBchBch11 13acKlZbit41 1整4LQFP80LPC1752LPC1752DeviceDeviceBchBch1 1t t- -3 3flchflchBch,l2brt4f24 4LQFPSOLPC1754LPC17541281283232-DwieDwie fHost/OTGfHost/OTGSchSch1 11 1- -3 3OdVIZbi

10、tOdVIZbitlotiT阳I4 41/21/24 4LQFPLQFP O OLPC175G3232OTOOTO8Gh8Gh1 12 21 13 3Och/lZWOch/lZW1ch/1Qbrr41/21/2A ALQFP80LQFP80LPC175B512512S41Device/Host.OTGBchBch12 2I I3 3CchCch&chT1NMtIchJlObrt41/21/24 4LQFPflO12812832321 1BchBch1 12 2- -3 3actiacti&ch-J2M&ch-J2M,4 41/21/24 4L苏中。口蜀件蟹号uijshuijsh(KB)GRMi

11、(hfGRMi(hfi)i)USH2.0GF*GF*WAAWAA正交墉码黑CANCAN广三用FWMFWMA/DDJADJA3伽SSPSSPUARTHB5,UARTHB5,1rCA1rCA封陵LPC17C5LPC17C5二脚6464-Device/Host/OTGDevice/Host/OTGSenSen1 12 21 13 3SchSchtch/10biitch/10bii4 41/21/24 4LQFF10CLPC176eZ=d的1Deice/HostOTGBch1 121 13Bchi!12btIchHObitIchHObit41/21/24LQFP10C-L7上512依1DeviceHo

12、st0T6DeviceHost0T6BenBen1 12 21 13 3OerOerBehr12bttiCh.IODlLiCh.IODlL4 41Z21Z24 4L0FP1DCLPC1300系歹UMC时绍LPC1311/13/42/43是以第二代ARMCortex-M3为内核的微控制器，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-M3MCU。LPC1300系列ARMB控制器的操彳频率高达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

13、执行速度高达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、US酸备（仅对于LPC1342/43）、一个快速模式I2C接口、一个UART四个通用定时器、42个通用I/O弓|脚。系列MCU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程序存脩器；* 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

14、）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勺USB全速设备控制器（仅对于LPC1342/43）;*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）弓I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路捕获车入和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

15、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寸钟、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最大的CPU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LQF图装和33引脚HVQFN寸装。系列MCUT框图如下表所示：( (

16、, ,值值 LPCLPC，M?M3M?M3务务(2)(2)置修举置修举 LQFELQFE 匕跑出匕跑出系列MC医数规格如下表所示:?4.2LPC13XXMCU期数规率施案件型号Flash(K&)Flash(K&)SRALfiK0SRALfiK0卜SB2.0SB2.0/CfFast+jADCADCTimer32bitil6b(tTimer32bitil6b(tSSPSSPUAFTUAFT(RS-485)菖装1LFC1311B2- -1Sch/lOtHtSch/lOtHt221 11HVQFW33LPC1313LPC131332323- -18cn/10bft8cn/10bft2J22J211HV

17、QFN33/LQFF48LPC1M2LPC1M2ffl*D*vrD*vr tfidviOtodfidviOtod2/22/211HVQFN33HVQFN33LPC1M3LPC1M33232B BCWH1ScWlOWScWlOW2/22/21 11HVQFIM33/HVQFIM33/LQFP4aLPC1100-更高效能MCU0我们走来3PIO3PIO端口科JTAsiOLnJTAsiOLn RESEIRESEIl-wwtwl-wwtw转. .GLKQUIGLKQUISCK1SSE1SCK1SSE1UI&OUI&OMOEMOE IjIjhXDhXDT Tx x口SCL9DA4M.MAT4M.MAT+

18、 +KtAP-tAP- -3U2KNUTNUTJ J1HA1HAOPOP- -TOrADCTOrADC而门席定时戊taccric:两试TlTl优或LlLl外乱白mAH以以LHQHfi包JFLASHFLASH支1,1,旧kgkgU-GMSU-GMSUHUH0 0段*rzwH；.划事仲 |总苜餐/端ttfMfMCORTFX-M3CORTFX-M3SfMSfMtif 工工 H H3uPQUARTUART3J3J 恒恒ifBTBT 事事/ /比忖署比忖署：)WBTQWBTQA AP P目BRIDGBRIDG 力比计悔制十时=31-)2009年5月，恩智浦宣布推出将于2010年初推出基于Cortex-M

19、0的LPC1100系歹U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。ARMCortex-M0处理器是市场上现有的最小、能耗最低、最节能的ARMb理器。该处理能耗非常低、门数量少、代码占用空间小，使得MCIM发人员能够以8位处理器的价位， 获彳#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MCUZ用中，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DMIPS/MHz,但功耗却仅有80uW/MHz这源

20、于所谓的“超低功耗深度睡眠架构”，是因为采用了ARM180ULL库和PMK所以相比传统8/16位MC哪有更低的静态功耗。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。ARMCortex-M0处理器关键特性：*50MHz主频*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*

21、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;JUULJLBLJLJLJL-IA4.4ARMCoHe*MO方框图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AR岫核的MCIT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*8通道10位的A/D转换器，转换率高达250K采样每秒。匚匚匚匚匚匚N/ICN/ICWICWICAMBAAHR皿樵口ADCCortexM0单元I2CGPIOSPI定时器RAMROMFlashUART时钟发生单元GPIO定时黯RAMROMFlashUART时冲发生单元图LPC1100系列方枢图电源管理单兀ADCADCFcCortexSF1