MCU及常见MCU外围电路

第三讲MCU及常见MCU外围电路盛庆华MCUMCU分类04-Feb-232电子系统设计与实践单片机（Microcontroller）MCU：MicrocontrollerUnit微控制器04-Feb-233电子系统设计与实践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-Feb-234电子系统设计与实践04-Feb-235电子系统设计与实践04-Feb-236电子系统设计与实践04-Feb-237电子系统设计与实践04-Feb-238电子系统设计与实践04-Feb-239电子系统设计与实践在电子设计中使用单片机04-Feb-2310电子系统设计与实践MCU的架构CISC（复杂指令集架构）ComplexInstructionSetComputer早期MCU采用RISC（精简指令集架构）ReducedInstructionSetComputer新开发的MCUCore绝大多数为RISC04-Feb-2311电子系统设计与实践MCU选型（按数据总线宽度）4bits（大量、廉价，电子设计竞赛中未见）8bitsIntelMCS51系列80C51/52很多兼容厂家Freescale(Motorola)S08、S908MicrochipPIC16C5x/6x/7x/8x、PIC18CxxAtmelAVR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-Feb-2312电子系统设计与实践16bitsTIMSP430FreescaleS12MicrochipPIC24CxxxMaximMaxQ瑞萨Sunplus（凌阳）……04-Feb-2313电子系统设计与实践32bitsAtmelAT91SAM系列（ARM7内核）STSTM32TI（LuminaryMicro）的LM3xxxx系列NXP(Philips)LPC2xxx系列、LPC17xx系列Samsung44B0（ARM7）AtmelAVR32系列AT32xxx（AVR32内核）（ARMCortex内核）Cortex-M3/Cortex-M4,有ST的STM32系列、NXP的LPC13xx系列和TI的LM3S系列04-Feb-2314电子系统设计与实践嵌入式处理器（常见）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电子系统设计与实践嵌入式处理器（常见）ADIADSP-BF53x/56x（Blackfin16bits）TIOMAP2、DM64x、达芬奇（ARM+TIDSP）IntelPentium-MC-M、Core-Duo（x86）ViaC7（x86）Altera

NiosII

（NiosIIsoftcore）XilinxPowerPC（硬核）/MicroBlaze

软核MagiceyesMMSP2MP25xx（DualARM9）ARMCortex内核（Cortex-A8/Cortex-A9）04-Feb-2316电子系统设计与实践MCS51兼容80C51兼容/增强AtmelAT89S51/52、AT89C51RD2NXPP80C51、LPC76x、LPC900STC、MegaWinTIMSC12xxADIADuCSiliconLabsC8051FMaximDS80C42xST、Cypress、SST、新唐（Winbond）……04-Feb-2317电子系统设计与实践MCUARMCortex-M内核04-Feb-2318电子系统设计与实践ARM体系结构概述ARM，英文全称为AdvancedRISCMachines。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-Feb-2319电子系统设计与实践ARM微处理器的应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-Feb-2320电子系统设计与实践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-Feb-2321电子系统设计与实践ARM处理器系列

ARM微处理器目前种类非常丰富。不同的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-Feb-2322电子系统设计与实践ARM系列微处理器ARM732bitsRISC采用冯诺依曼结构ARM932bitsRISC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-Feb-2323电子系统设计与实践

ARMCortex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用和性能需求。目前ARMCortex定义了三个系列：

ARMCortex系列04-Feb-2324电子系统设计与实践ARMCortex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、功耗和价格的平衡。04-Feb-2325电子系统设计与实践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-Feb-2326电子系统设计与实践Cortex-M技术04-Feb-2327电子系统设计与实践Cortex-M004-Feb-2328电子系统设计与实践Cortex-M304-Feb-2329电子系统设计与实践Cortex-M404-Feb-2330电子系统设计与实践ARM

Cortex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-Feb-2331电子系统设计与实践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-Feb-2332电子系统设计与实践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-Feb-2333电子系统设计与实践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-Feb-2334电子系统设计与实践NVIC对迟到的较高优先级中断的响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-Feb-2335电子系统设计与实践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-Feb-2336电子系统设计与实践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。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-Feb-2337电子系统设计与实践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-Feb-2338电子系统设计与实践数据类型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-Feb-2339电子系统设计与实践STM32如何编译和下载程序编译工具：ARMMDK(Keil)IAR下载程序：见pdf04-Feb-2340电子系统设计与实践JLINK驱动安装与MDK环境搭建MDK工程建立：见pdf04-Feb-2341电子系统设计与实践意法半导体--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电子系统设计与实践德州仪器

–TI（收购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电子系统设计与实践飞思卡尔

--FreescaleKinetisL系列（M0+）KinetisX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-Feb-2344电子系统设计与实践常用外设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-Feb-2345电子系统设计与实践常用外设（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-Feb-2346电子系统设计与实践MCU常见MCU外围器件04-Feb-2347电子系统设计与实践串行E2PROMI2C接口24Cxx：24C04、24C256、24LC04MicroWire接口93C46、93C5604-Feb-2348电子系统设计与实践串行FlashSPI接口AT25F102404-Feb-2349电子系统设计与实践Ramtron公司I2C接口FM24系列SPI接口FM25系列铁电存储器（FRAM）04-Feb-2350电子系统设计与实践串行A/DTLC1543(10bit,11通道,2.1M/clk)TLC1549(10bit,2.1M/clk)TLC549(8bit,1.1M/clk)04-Feb-2351电子系统设计与实践1-Wire温度检测1-Wire接口DS18B2004-Feb-2352电子系统设计与实践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