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【深入浅出Cortex M4-SWM320 第一章】 SWM320控制器简介

2019-11-26 16:47:29 2937

0 本帖最后由韬仔a 于 2019-11-27 09:22 编辑单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用缩写MCU表示。单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成，相当于一个微型的计算机（最小系统）。与计算机相比，单片机缺少了外围设备等，概括的讲：一块芯片就成了一台计算机，它的体积小、质量轻、价格便宜，从而为学习、应用和开发提供了便利条件。 INTEL的8080是最早按照这种思想设计出的处理器，当时的单片机都是4位或8位的。其中最成功的是INTEL的8051，此后发展出了MCS51系列单片机系统，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。可2000年以后ARM公司先后推出了32、64位，主频从几十MHz到上GHz。在很多方面单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了广泛的应用。事实上单片机是世界上数量最多处理器，随着单片机家族的发展壮大，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。几乎现代人类生活中的每件有电子器件的产品中都会集成有单片机。例如手机、智能穿戴、智能家居、掌上电脑等电子产品。汽车上一般配备几十片单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百、上千片单片机在协同工作！单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算机的总和。截止17年末，据官方统计，基于ARM核的芯片出货量达到了600多亿，是世界人口的10倍之多。可见单片机应用之广，前景之大，随着物联网、人工智能、区块链等新兴技术的兴起，加之对速度、功耗、性能等方面的严格要求，基于ARM核的控制器以优越的性价比取代8位机，是大势所趋，设计所向，那么学习基于ARM核的单片机也迫在眉睫。 1.1 ARM知多少一、ARM公司简介 ARM（Advanced RISC Machine）有三种含义，它是一家公司的名称；是一种技术的名称；是一类处理器的通称。 ARM公司是微处理器行业的一家知名企业，提供基于ARM体系的知识产权。ARM公司并不生产芯片，也不出售芯片；转让设计方案给半导体厂商，由半导体厂商生产SOC，并销售；同时提供一些其他的技术服务，比如物理IP、图像内核、开发工具、实时操作系统。二、ARM处理器家族 ARM处理器家族现阶段有四大类，具体如下： u 早先经典处理器，包括ARM7、ARM9、ARM11，称之为Classic系列； u Cortex-M系列，该系列为单片机驱动的系统提供了低成本优化方案，应用于传统的微控制器市场，蓝牙、WiFi设备，智能传感器，汽车周边部件等。具体分类有Cortex-M0、Cortex-M1、Cortex-M3、Cortex-M4、Cortex-M7。 u Cortex-A系列，主要针对开放式操作系统的高性能处理器。应用于智能手机、数字电视、智能本等高端领域。按性能可分为Cortex-A5、Cortex-A7、Cortex-A8、Cortex-A9、Cortex-A15、Cortex-A53、Cortex-A57。 u Cortex-R系列，主要针对实时系统、满足实时性的控制需求，应用于汽车控制系统、动力系统等。分类有Cortex-R4、Cortex-R5、Cortex-R7。三、ARM处理器指令集所谓指令集就是处理器能够识别并执行的指令集合，每条指令可处理一个简单或复杂操作（加、加乘…）,并且每一条指令对应一条或几条汇编指令。常见指令集分两大类，复杂指令集（CISC），包括处理复杂操作的特定指令，指令长度不固定，执行需要多个周期；精简指令集（RISC），指令简单有效，格式和长度通常是固定的，大多数指令在一个周期内可以执行完毕。其中ARM的内核是基于RISC体系结构的。四、片上系统-SOC 片上系统是指在单个芯片上集成一个完整的计算机系统，所谓完整的系统一般包括中央处理器（CPU）、存储器、外围电路等。我们入门的51单片机同样是一个片上系统，只是他的资源没有基于ARM的这么丰富，运行主频么有那么快，功耗等方面没有那么有优势。既然ARM公司不出芯片，那我们用的IC是有哪些厂商制造了？世界上能制造芯片的厂商很多，这里不一一列举，其中以Cortex-M为核心的有欧美的Microchip、Silicon Labs、NXP、ST等，*的新唐、松翰、合泰，大陆的上海灵动、北京兆易、佛山华芯微特。这里我们着重以华芯微特的SWM320(M4核)为主，来讲述SWM320的学习和应用。 1.2 SWM320简述 SWM320是一款基于ARM公司CortexTM-M4的32位微控制器。具有高性能、低功耗、代码密度大等突出特点，适用于工业控制、白色家电、电机驱动等诸多应用领域。 SWM320内嵌CortexTM-M4控制器，片上包含精度为1%以内的20MHz、40MHz时钟，可通过PLL倍频到120MHz时钟，提供多种内置FLASH/SRAM大小可供选择，支持ISP（在系统编程）操作及IAP（在应用编程）。外设串行总线包括1个CAN接口，多个UART接口、SPI通信接口（支持主/从选择）及I2C接口（支持主/从选择）。此外还包括1个32位看门狗定时器，6组32位通用定时器，1组32位专用脉冲宽度测量定时器，12通道16位的PWM发生器，2个8通道12位、 1MSPS的逐次逼近型ADC模块，1 SDIO接口模块，TFT-LCD液晶驱动模块以及RTC实时时钟、SRAMC、SDRAMC、NORFLC接口控制模块，同时提供欠压检测及低电压复位功能。同时外设可通过编程，自由分配到各个GPIO口上，这样极大简化了PCB的设计。 1.3 SWM320的特性** u 内核 F 32位CortexTM-M4内核 F 24位系统定时器 F 工作频率最高120MHz F 硬件单周期乘法 F 集成嵌套向量中断控制器（NVIC），提供最多240个、8级可配置优先级的中断 F 通过SWD接口烧录 u 内置LDO，供电电压范围为2.0V~3.6V u 128KB的片上SRAM存储器 u 256/512KB的片上FLASH存储器，支持用户定制ISP（在系统编程）更新用户程序 u 串行接口 F UART模块，具有独立8字节FIFO，最高支持主时钟16分频 F SPI模块，具有8字节独立FIFO，支持SPI、SSI协议，支持master/slave模式 F I2C模块，支持7位、10位地址方式,支持master模式 F CAN模块，支持协议2.0A(11Bit标识符)和2.0B（29Bit标识符） u PWM控制模块 F 12通道16位PWM产生器 F 可设置高电平结束或周期开始两种条件触发中断 F 具有普通、互补、中心对称等多种输出模式 F 支持死区控制 F ADC采用触发 u 定时器模块 F 6路32位通用定时器 F 可做计数器使用 F 支持输入单脉冲捕获功能 F 32位看门狗定时器，溢出后可配置触发中断或复位芯片 u RTC 模块 F 使用支持自校正功能的内部32KHz时钟 F 可自由设置日期（年、月、周、日）和时间（时、分、秒 F 可自由设置闹钟（周、时、分、秒） F 自动识别当前设置年份是否为闰年 F 支持RTC中断从Sleep模式下唤醒芯片 u DMA 模块,支持存储器到存储器之间的数据搬运 u SRAMC模块，支持8位数据位宽和16位数据位宽的外部SRAM存储颗粒，最大支持24位地址线 u SDRAMC模块支持16Bit位宽的SDRAM 支持兼容PC133标准的SDRAM颗粒支持2MB到64MB的外部SDRAM颗粒 u NORFLC模块支持并行NOR FLASH接口支持8位数据位宽和16位数据位宽的外部NORFLASH存储颗粒最大支持24位地址线 u SDIO接口模块，支持标准SDIO接口协议 u TFT-LCD 驱动模块 F 支持MPU/SYNC两种接口的外部LCD扩展 F 支持最高分辨率1024768，实际分辨率可以配置 F 输出数据宽度16Bit F 支持横屏和竖屏模式 u GPIO F 可配置成4种IO模式（上拉输入、下拉输入、推挽输出、开漏输出） F 灵活的中断配置 F 触发类型设置（边沿检测、电平检测） F 触发电平设置（高电平、低电平、双电平） F GPIO可配置灵活配置为I2C、UART、SPI、CAN等接口 u 模拟外设 F 12位8通道高精度SAR ADC F 采样率高达3M SPS F 内建7档参考电压，最低至100mV F 支持single、scan两种模式 F 独立的结果寄存器 F 提供独立 FIFO F 可由软件、PWM、tiMER 触发 F 支持 DMA u 欠压检测（ BOD） F 支持欠压检测 F 支持欠压中断和复位选择 u 时钟源 F 20MHz/40MHz 精度可达1%的片内时钟源 F 32KHz精度可达5‰的片内时钟源 F 2～32MHz片外晶振 u 环境 F 工作温度：-40℃～105℃ F 保存温度：-40℃～150℃ F 湿度等级：MSL3 u 可定制 ISP 程序，可定制96BIT独立ID 1.4 SWM320功能框图及其封装实物* 前面了解到，每个单片机实质是一个片上系统，这里我们看看SWM320的片上系统结构框图，具体如图1-1所示。图1-1SWM320结构框图具体资源在特性里有详细介绍这里，这里不再赘述。其封装形式有LQFP64（图1-2左）、LQFP100（图1-2右）,其示意图见图1-2。图1-2SWM320封装示意图 1.5SWM320应用领域基于以上丰富的特性和惠民的价格，可广泛应用于各行各业。 l 音频系统：专业麦克风、吉他控制板 l 工业计算设计：EBS、PLC、测量和测试、工厂自动化、HMI控制系统 l 消费类产品：智能家电、LCD、数码产品 l 楼宇和家庭自动化：物联网关、照明控制、温湿度控制 l 电机控制和电源转换：3D打印机、无人自动驾驶、机器人大家有任何问题都可以留言哦，我们会邀请二十年从业经验的工程师来解答哦。 0
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