MCU及常见MCU外围电路

电子系统设计与实践
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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
在电子设计中使用单片机
输入处理
处理电路
输出驱动
电源
单片机
键盘显示
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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RISC
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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
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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：
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M0,M3,M4 ？
Cortex-M 系列针对成本和功耗敏感
的 MCU 和终端应用
软件重用，从一个 Cortex-M 处理器无缝升级到另一个
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Cortex-M 技术
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Cortex-M0
CPU
RAM ROM
外设 外设 I/O
一个典型的计算机系统
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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
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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
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嵌入式处理器（常见）

Samsung S3C2440 （ARM9）S3C6400 (ARM11) Marvell PXA27x 、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 OMAP35xx
第三讲 MCU及常见MCU外围电路
盛庆华
电子系统设计与实践
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MCU MCU分类
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单片机（Microcontroller）
MCU ： Microcontroller Unit 微控制器
电子系统设计与实践
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源自文库
MCU结构
外设 外设 I/O
电子系统设计与实践
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STM32如何编译和下载程序
编译工具： ARM MDK (Keil) IAR 下载程序： 见pdf
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JLINK驱动安装与MDK环境搭建
MDK工程建立： 见pdf
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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。
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MCU ARM Cortex-M 内核
电子系统设计与实践
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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。
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16 bits TI MSP430 Freescale S12 Microchip PIC24Cxxx Maxim MaxQ 瑞萨 Sunplus（凌阳）……
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32 bits Atmel AT91SAM系列 （ARM7内核） ST STM32 TI（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
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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。
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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
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MCS51兼容
80C51兼容/增强 Atmel AT89S51/52、AT89C51RD2 NXP P80C51、LPC76x、LPC900 STC、MegaWin TI MSC12xx ADI ADuC Silicon Labs C8051F Maxim DS80C42x ST、Cypress、SST、新唐（Winbond）……
Cortex-M核芯片
意法半导体-- STM STM32 F0xx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)
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嵌入式处理器（常见）
ADI
ADSP-BF53x/56x （Blackfin 16bits） TI OMAP2、DM64x、达芬奇 （ARM+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）
系结构 ARM1136J-S是第一个执行ARMv6架构指令的处 理器 Cortex核
电子系统设计与实践
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ARM Cortex系列
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用和性能需求。目 前ARM Cortex定义了三个系列：
Cortex-M 处理器报出的中断响应周期时间 中。
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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
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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
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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 bits Intel MCS51系列 80C51/52 很多兼容厂家 Freescale(Motorola) S08、S908 Microchip PIC16C5x/6x/7x/8x、PIC18Cxx Atmel 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）
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ARM微处理器的应用领域
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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
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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。
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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、功耗和价格的平衡。
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Cortex-M核芯片
德州仪器 – TI（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）
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Cortex-M3
电子系统设计与实践
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Cortex-M4
电子系统设计与实践
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CMSIS
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。
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NVIC
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。