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【博客大赛】国产SWM32单片机学习连载(一)

2018-11-29 18:36 464 7 3 分类: MCU/ 嵌入式 文集: SWM320

让更多人知道“中国芯


1章 SWM320控制器简介


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。


INTEL8080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INTEL8051,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3264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


ARMAdvanced 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:


早先经典处理器,包括ARM7、ARM9、ARM11,称之为Classic系列;


·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。


·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。


·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MicrochipSilicon LabsNXPST等,台湾的新唐、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)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-M432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20MHz40MHz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1CAN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132位看门狗定时器,632位通用定时器,132位专用脉冲宽度测量定时器,12通道16位的PWM发生器,28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、SRAMCSDRAMCNORFLC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


内核

  • 32位CortexTM-M4内核
  • 24位系统定时器
  • 工作频率最高120MHz
  • 硬件单周期乘法
  • 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
  • 通过SWD接口烧录


内置LDO,供电电压范围为2.0V~3.6V

128KB的片上SRAM存储器

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


串行接口

  • UART模块,具有独立8字节FIFO,最高支持主时钟16分频
  • SPI模块,具有8字节独立FIFO,支持SPI、SSI协议,支持master/slave模式
  • I2C模块,支持7位、10位地址方式,支持master模式
  • CAN模块,支持协议2.0A(11Bit标识符)和2.0B(29Bit标识符)


PWM控制模块

  • 12通道16位PWM产生器
  • 可设置高电平结束或周期开始两种条件触发中断
  • 具有普通、互补、中心对称等多种输出模式
  • 支持死区控制
  • ADC采用触发


定时器模块

  • 6路32位通用定时器
  • 可做计数器使用
  • 支持输入单脉冲捕获功能
  • 32位看门狗定时器,溢出后可配置触发中断或复位芯片


RTC 模块

  • 使用支持自校正功能的内部32KHz时钟
  • 可自由设置日期(年、月、周、日)和时间(时、分、秒
  • 可自由设置闹钟(周、时、分、秒)
  • 自动识别当前设置年份是否为闰年
  • 支持RTC中断从Sleep模式下唤醒芯片


DMA 模块,支持存储器到存储器之间的数据搬运

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


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


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NOR FLASH存储颗粒
  • 最大支持24位地址线


SDIO接口模块,支持标准SDIO接口协议


TFT-LCD 驱动模块

  • 支持MPU/SYNC两种接口的外部LCD扩展
  • 支持最高分辨率1024*768,实际分辨率可以配置
  • 输出数据宽度16Bit
  • 支持横屏和竖屏模式


GPIO

  • 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)
  • 灵活的中断配置
  • 触发类型设置(边沿检测、电平检测)
  • 触发电平设置(高电平、低电平、双电平)
  • GPIO可配置灵活配置为I2C、UART、SPI、CAN等接口


模拟外设

  • 12位8通道高精度SAR ADC
  • 采样率高达3M SPS
  • 内建7档参考电压,最低至100mV
  • 支持single、scan两种模式
  • 独立的结果寄存器
  • 提供独立 FIFO
  • 可由软件、PWM、TIMER 触发
  • 支持 DMA


欠压检测( BOD)

  • 支持欠压检测
  • 支持欠压中断和复位选择


时钟源

  • 20MHz/40MHz 精度可达1%的片内时钟源
  • 32KHz精度可达5‰的片内时钟源
  • 2~32MHz片外晶振


环境

  • 工作温度:-40℃~105℃
  • 保存温度:-40℃~150℃
  • 湿度等级:MSL3


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。

1-1 SWM320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

1-2 SWM320封装示意图


     1.5 SWM320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。


音频系统:专业麦克风、吉他控制板

工业计算设计:EBS、PLC、测量和测试、工厂自动化、HMI控制系统

消费类产品:智能家电、LCD、数码产品

楼宇和家庭自动化:物联网关、照明控制、温湿度控制

电机控制和电源转换:3D打印机、无人自动驾驶、机器人

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