MCU及常见MCU外围电路课件

1、第三讲 MCU及常见MCU外围电路盛庆华第1页，共56页。MCUMCU分类04-Aug-222电子系统设计与实践第2页，共56页。单片机（Microcontroller）MCU ： Microcontroller Unit微控制器04-Aug-223电子系统设计与实践第3页，共56页。MCU结构CPURAMROM外设外设I/O外设外设I/O一个典型的计算机系统04-Aug-224电子系统设计与实践第4页，共56页。04-Aug-225电子系统设计与实践第5页，共56页。04-Aug-226电子系统设计与实践第6页，共56页。04-Aug-227电子系统设计与实践第7页，共56页。04-Aug-

2、228电子系统设计与实践第8页，共56页。04-Aug-229电子系统设计与实践第9页，共56页。在电子设计中使用单片机04-Aug-2210电子系统设计与实践第10页，共56页。MCU的架构CISC （复杂指令集架构 ）Complex Instruction Set Computer 早期MCU采用RISC （精简指令集架构）Reduced Instruction Set Computer 新开发的MCU Core绝大多数为RISC04-Aug-2211电子系统设计与实践第11页，共56页。MCU选型（按数据总线宽度）4 bits （大量、廉价，电子设计竞赛中未见）8 bitsIntel M

3、CS51系列 80C51/52 很多兼容厂家Freescale(Motorola) S08、S908Microchip PIC16C5x/6x/7x/8x、PIC18CxxAtmel AVR系列 ATmega瑞萨、三星、现代、NEC义隆、Holtek、Sunplus国内：中颖、华荣汇、芯唐（Winbond逻辑IC事业部）04-Aug-2212电子系统设计与实践第12页，共56页。16 bitsTI MSP430Freescale S12Microchip PIC24CxxxMaxim MaxQ瑞萨Sunplus（凌阳）04-Aug-2213电子系统设计与实践第13页，共56页。32 bitsA

4、tmel AT91SAM系列 （ARM7内核）ST STM32TI（Luminary Micro） 的LM3xxxx系列 NXP(Philips) LPC2xxx系列、LPC17xx系列Samsung 44B0 （ARM7）Atmel AVR32系列 AT32xxx （AVR32内核）（ARM Cortex内核）Cortex-M3/Cortex-M4,有ST的STM32系列、NXP的LPC13xx系列和TI的LM3S系列04-Aug-2214电子系统设计与实践第14页，共56页。嵌入式处理器（常见）Samsung S3C2440 （ARM9）S3C6400 (ARM11)Marvell PXA

5、27x 、PXA3xx XScale（基于ARMv5T）Freescale I.MX31系列 （ARM11）Freescale Coolfire （68k）Freescale/IBM PPC （PowerPC）Signma Design （ARM9）AMD Au1200 （MIPS）Atmel AT91SAM926x (ARM9)CirrusLogic EP93xx (ARM9)TI OMAP35xx04-Aug-2215电子系统设计与实践第15页，共56页。嵌入式处理器（常见）ADI ADSP-BF53x/56x （Blackfin 16bits）TI OMAP2、DM64x、达芬奇 （AR

6、M+TI DSP）Intel Pentium-M C-M 、 Core-Duo （x86）Via C7 （x86）Altera NiosII （NiosII soft core）Xilinx PowerPC（硬核）/MicroBlaze 软核Magiceyes MMSP2 MP25xx （Dual ARM9）ARM Cortex内核（Cortex-A8/Cortex-A9）04-Aug-2216电子系统设计与实践第16页，共56页。MCS51兼容80C51兼容/增强Atmel AT89S51/52、AT89C51RD2NXP P80C51、LPC76x、LPC900STC、MegaWinTI

7、MSC12xxADI ADuCSilicon Labs C8051FMaxim DS80C42xST、Cypress、SST、新唐（Winbond）04-Aug-2217电子系统设计与实践第17页，共56页。MCUARM Cortex-M 内核04-Aug-2218电子系统设计与实践第18页，共56页。ARM体系结构概述ARM，英文全称为Advanced RISC Machines。 ARM首先是一个公司的名称 。其次，ARM是对一类微处理器的通称。 宽泛地说，ARM是一种技术的名字，即采用ARM处理器的控制技术。 04-Aug-2219电子系统设计与实践第19页，共56页。ARM微处理器的应

8、用领域 工业控制领域无线通讯领域网络应用智能手机消费类电子产品成像和安全产品04-Aug-2220电子系统设计与实践第20页，共56页。ARM体系结构的特点 体积小、低功耗、低成本、高性能。支持 Thumb(16 位)/ARM(32 位)双指令集，能很好的兼容8/16 位器件。大量使用寄存器，指令执行速度更快。ARM处理器共有37个寄存器，分为若干个组（BANK）。大多数数据操作都在寄存器中完成。ARM处理器有7种不同的处理器模式寻址方式灵活简单，执行效率高。指令长度固定。 04-Aug-2221电子系统设计与实践第21页，共56页。ARM处理器系列 ARM 微处理器目前种类非常丰富。 不同的

9、ARM系列具有不同的用途，每一个系列的ARM 微处理器都有各自的特点和应用领域。下面分别进行介绍。 04-Aug-2222电子系统设计与实践第22页，共56页。ARM系列微处理器 ARM7 32bits RISC 采用冯诺依曼结构 ARM9 32bits RISC 采用哈佛结构 ARM10E内核为32位RISC处理器，采用了新的体系结构ARM1136J-S是第一个执行ARMv6架构指令的处理器Cortex核04-Aug-2223电子系统设计与实践第23页，共56页。ARM Cortex发布于2005年，为各种不同性能需求的应用提供了一整套完整的优化解决方案，该系列的技术划分完全针对不同的市场应

10、用和性能需求。目前ARM Cortex定义了三个系列：ARM Cortex系列04-Aug-2224电子系统设计与实践第24页，共56页。ARM Cortex系列（续）Cortex-A系列：针对复杂OS和应用程序（如多媒体）的应用处理器。支持ARM、Thumb和Thumb-2指令集，强调高性能与合理的功耗，存储器管理支持虚拟地址。Cortex-R系列：针对实时系统的嵌入式处理器。支持ARM、Thumb和Thumb-2指令集，强调实时性，存储器管理只支持物理地址。Cortex核Cortex-M系列：针对价格敏感应用领域的嵌入式处理器，只支持Thumb-2指令集，强调操作的确定性，以及性能、功耗和

11、价格的平衡。04-Aug-2225电子系统设计与实践第25页，共56页。Cortex-M 系列针对成本和功耗敏感的MCU和终端应用M0,M3,M4 ？软件重用，从一个 Cortex-M 处理器无缝升级到另一个 04-Aug-2226电子系统设计与实践第26页，共56页。Cortex-M 技术 04-Aug-2227电子系统设计与实践第27页，共56页。Cortex-M004-Aug-2228电子系统设计与实践第28页，共56页。Cortex-M304-Aug-2229电子系统设计与实践第29页，共56页。Cortex-M404-Aug-2230电子系统设计与实践第30页，共56页。ARMCor

12、tex 微控制器软件接口标准 (CMSIS) 是Cortex-M 处理器系列的与供应商无关的硬件抽象层。使用 CMSIS，可以为接口外设、实时操作系统和中间件实现一致且简单的软件接口，从而简化软件的重用、缩短新微控制器开发人员的学习过程，并缩短新产品的上市时间。CMSIS04-Aug-2231电子系统设计与实践第31页，共56页。NVIC（嵌套矢量中断控制器）是 Cortex-M 处理器不可或缺的部分，它为处理器提供了卓越的中断处理能力。Cortex-M 处理器使用一个矢量表，其中包含要为特定中断处理程序执行的函数的地址。接受中断时，处理器会从该矢量表中提取地址。NVIC04-Aug-2232

13、电子系统设计与实践第32页，共56页。在硬件中完成对中断的响应 Cortex-M 系列处理器的中断响应是从发出中断信号到执行中断服务例程的周期数。它包括：检测中断背对背或迟到中断的最佳处理 提取矢量地址 将易损坏的寄存器入栈跳转到中断处理程序这些任务在硬件中执行，并且包含在为 Cortex-M 处理器报出的中断响应周期时间中。04-Aug-2233电子系统设计与实践第33页，共56页。NVIC 中的尾链Cortex-M 处理器通过在 NVIC 硬件中实现尾链技术简化了活动中断和挂起的中断之间的转换 04-Aug-2234电子系统设计与实践第34页，共56页。NVIC 对迟到的较高优先级中断的响

14、应如果在为上一个中断执行堆栈推送期间较高优先级的中断迟到，NVIC 会立即提取新的矢量地址来为挂起的中断提供服务 04-Aug-2235电子系统设计与实践第35页，共56页。NVIC 进行的堆栈弹出抢占如果异常到达，NVIC 将放弃堆栈弹出并立即为新的中断提供服务 04-Aug-2236电子系统设计与实践第36页，共56页。Cortex-M3微处理器 Cortex-M3微处理器采用ARMv7-M 架构 。Cortex-M3系列微处理器的主要特点如下：Thumb-2 指令集架构（ISA）的子集。哈佛处理器架构，在加载/存储数据的同时能够执行指令取指。三级流水线。32 位单周期乘法。具备硬件除法。

15、Thumb 状态和调试状态。处理模式和线程模式。ISR 的低延迟进入和退出。可中断-可继续的LDM/STM，PUSH/POP。ARMv6类型BE8/LE支持。ARMv6 非对齐访问。 04-Aug-2237电子系统设计与实践第37页，共56页。工作模式和工作状态 Cortex-M3处理器支持两种工作模式:线程模式处理模式Cortex-M3处理器有两种工作状态：Thumb状态调试状态04-Aug-2238电子系统设计与实践第38页，共56页。数据类型 Cortex-M3处理器支持以下数据类型：32 位字16 位半字8 位字节04-Aug-2239电子系统设计与实践第39页，共56页。STM32如

16、何编译和下载程序编译工具：ARM MDK (Keil) IAR下载程序：见pdf04-Aug-2240电子系统设计与实践第40页，共56页。JLINK驱动安装与MDK环境搭建MDK工程建立：见pdf04-Aug-2241电子系统设计与实践第41页，共56页。意法半导体- STMSTM32 F0 xx系列（M0 48MHZ）STM32 Lxxx系列(M3 32MHZ)STM32 F1xx系列(M3 72MHZ)STM32 F2xx系列(M3 120MHZ)STM32 F4xx系列(M4 168MHZ)Cortex-M核芯片04-Aug-2242电子系统设计与实践第42页，共56页。德州仪器 TI

17、（收购Liuminary）LM3Sxxxx系列（M3）LM4Fxxxx系列(M4)恩智浦 - NXP LPC11xx LPC12xx系列（M0）LPC13xx LPC17xx LPC18xx 系列（M3）LPC43xx 系列（M4）Cortex-M核芯片04-Aug-2243电子系统设计与实践第43页，共56页。飞思卡尔 - FreescaleKinetis L系列（M0+）Kinetis X系列、K系列（M4）爱特梅尔 - Atmel SAM3S/U/N系列（M3）SAM4S系列（M4）英飞凌 - InfineonXCM4000系列（M4）Cortex-M核芯片04-Aug-2244电子系统

18、设计与实践第44页，共56页。常用外设UART 通用异步收发器I2C 一种串行总线SMBUS 同I2CTimer 定时器A/DD/APCA 可编程计数器阵列SPI 一种同步串行总线04-Aug-2245电子系统设计与实践第45页，共56页。常用外设（续）WDT 看门狗定时器RTC 实时时钟PWM 脉宽调制发生器Comparer 比较器04-Aug-2246电子系统设计与实践第46页，共56页。MCU常见MCU外围器件04-Aug-2247电子系统设计与实践第47页，共56页。串行E2PROMI2C接口24Cxx：24C04、24C256、24LC04MicroWire接口93C46、93C56

19、04-Aug-2248电子系统设计与实践第48页，共56页。串行FlashSPI接口AT25F102404-Aug-2249电子系统设计与实践第49页，共56页。Ramtron公司I2C接口FM24系列SPI接口FM25系列铁电存储器（FRAM）04-Aug-2250电子系统设计与实践第50页，共56页。串行A/DTLC1543(10bit,11通道, 2.1M/clk)TLC1549(10bit,2.1M/clk)TLC549(8bit,1.1M/clk)04-Aug-2251电子系统设计与实践第51页，共56页。1-Wire温度检测1-Wire接口DS18B2004-Aug-2252电子系统设计与实践第52页，共56页。C51MCU软件开发的趋势可移植性易读性复杂功能C 逐渐成为主流常用编译器