周立功教授新書《面向AMetal框架與接口的編程（上）》，對AMetal框架進(jìn)行了詳細(xì)介紹，通過閱讀這本書，你可以學(xué)到高度復(fù)用的軟件設(shè)計原則和面向接口編程的開發(fā)思想，聚焦自己的“核心域”，改變自己的編程思維，實現(xiàn)企業(yè)和個人的共同進(jìn)步。經(jīng)周立功教授授權(quán)，即日起，致遠(yuǎn)電子公眾號將對該書內(nèi)容進(jìn)行連載，愿共勉之。

第一章為AM824-Core 開發(fā)套件，本文為 1.1 LPC824 微控制器和1.2 LPC84x 微控制器。

本章導(dǎo)讀：

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，MCU 處理器的能力日益強大，如今的MCU 與微處理器的界線越來越模糊，將會進(jìn)一步融合成為嵌入式處理器。由于AMetal 已經(jīng)完全屏蔽了底層的復(fù)雜細(xì)節(jié)，因此開發(fā)者僅需了解MCU 的基本功能就可以了。

1.1 LPC824 微控制器

>>> 1.1.1 特性

• 系統(tǒng)：

  －ARM Cortex-M0+嵌入式處理器，內(nèi)置可嵌套中斷向量控制器（NVIC），系統(tǒng)節(jié)拍定時器，運行時頻率高達(dá)30 MHz；

  －支持串行線調(diào)試（SWD）模式與JTAG 邊界掃描（BSDL）模式。

• 最高32kB 片內(nèi)Flash 和8kB SRAM，帶64 字節(jié)頁面寫入和擦除功能。

• 數(shù)字外設(shè)：

  －集成了多達(dá)32 個通用I/O 引腳，并具備可配置上拉/下拉電阻、可編程開漏模式、輸入反相器和干擾濾波器，GPIO 方向控制支持各個位的獨立置位/清零/觸發(fā)；

  －4 個引腳具備20mA 的輸出驅(qū)動能力，2 個開漏引腳具備20mA 灌入驅(qū)動能力；

  －GPIO 中斷生成能力，8 個GPIO 輸入具有布爾模式匹配特性；

  －開關(guān)矩陣，用于靈活配置每個I/O 引腳功能；

  －CRC 引擎，帶18 個通道和9 個觸發(fā)輸入的DMA。

• 定時器：

  －狀態(tài)可配置定時器（SCTimer/PWM），輸入和輸出功能（包括捕獲和匹配）用于定時和PWM 應(yīng)用；

  －四通道多速率定時器（MRT），以多達(dá)4 種可編程固定速率生成可重復(fù)中斷；

  －自喚醒定時器（WKT），采用IRC、低功耗、低頻率內(nèi)部振蕩器作為時鐘，或always-on 電源域的外部時鐘輸入作為時鐘；

  －窗口看門狗定時器（WWDT）。

• 模擬外設(shè)：

  －一個12-位ADC，多達(dá)12 個輸入通道，帶有多個內(nèi)部和外部觸發(fā)輸入，采樣速率高達(dá)1.2Msamples/s，ADC 支持兩個獨立的轉(zhuǎn)換順序；

  －比較器，帶有4 個輸入引腳以及外部或內(nèi)部基準(zhǔn)電壓。

• 串行接口：

  －3 個USART 接口，引腳功能通過開關(guān)矩陣和一個共用小數(shù)波特率發(fā)生器分配；

  －2 個SPI 控制器，引腳功能通過開關(guān)矩陣分配；

  －4 個I²C 總線接口。一個I²C支持高速模式plus，在兩個真開漏引腳和監(jiān)聽模式上數(shù)據(jù)率為1Mbit/s，三個I²C 支持標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字引腳的數(shù)據(jù)率高達(dá)400kbit/s。

• 時鐘生成：

  －調(diào)整到1.5%精度的12MHz 內(nèi)部RC 振蕩器，可選擇性地用作系統(tǒng)時鐘；

  －晶體振蕩器，工作頻率范圍為1MHz 至25MHz；

  －可編程看門狗振蕩器，頻率范圍為9.4kHz 至2.3MHz；

  －用于WKT 的10 kHz 低功耗振蕩器；

  －PLL 使CPU 無需使用高頻晶體即可生成最高CPU 主頻，可從系統(tǒng)振蕩器、外部時鐘輸入或內(nèi)部RC 振蕩器運行；

  －帶分頻器的時鐘輸出功能，可反映所有內(nèi)部時鐘源。

• 功率控制：

  －可最大程度降低功耗的集成式PMU（電源管理單元）；

  －節(jié)能模式：睡眠模式、深度睡眠模式、掉電模式和深度掉電模式；

  －深度睡眠模式和掉電模式可由USART 、SPI 和I²C 外設(shè)喚醒；

  －深度掉電模式可由定時器控制進(jìn)行自喚醒；

  －上電復(fù)位（POR），掉電檢測（BOD）。

• 單電源（1.8V～3.6V），工作溫度范圍-40℃～+105℃。

>>> 1.1.2 概述

如圖1.1 所示的LPC824 系列微控制器（MCU）具有豐富的片上外設(shè)，除GPIO 外，還支持開關(guān)矩陣、狀態(tài)可配置定時器、多速率定時器、窗口看門狗定時器和DMA 控制器等。模擬外設(shè)包括12 位高速ADC 和模擬比較器，支持3 路UART、2 路SPI 和4 路I²C。此外芯片內(nèi)部還集成了12MHz 的RC 振蕩器，可以作為系統(tǒng)的時鐘源。

圖1.1 LPC824 功能框圖

LPC824 系列MCU 具有得天獨厚的低功耗優(yōu)勢，擁有業(yè)界領(lǐng)先的超低功耗（90uA/MHz）。此外還支持4種低功耗模式，用戶可以根據(jù)應(yīng)用需求，靈活地選擇合適的功耗模式，最低功耗模式下功耗不到1uA。

雖然這些概念對于初學(xué)者來說可能會感到非常陌生，但也不要害怕，如同你使用的計算機一樣，盡管也很復(fù)雜，但毫不影響你使用計算機編程和上網(wǎng)。

LPC812/824 同屬于LPC800 系列MCU，LPC824 是LPC812 系列的增強版本，外設(shè)資源更加豐富，可以更好地滿足不同場合的應(yīng)用需求。因為兩者相同外設(shè)的寄存器保持一致，在軟件設(shè)計上可以做到完全兼容，大大降低了平臺建設(shè)的難度，可以根據(jù)不同需求進(jìn)行合理選擇，詳見表1.1。

表1.1 LPC800 系列MCU 選型表

LPC824 系列MCU 有兩種封裝，分別為TSSOP20 和HVQFN33，其引腳分布詳見圖1.2。

圖1.2 封裝示意圖

LPC824 系列MCU 的引腳描述及主要功能詳見表1.2。

表1.2 LPC824 系列的引腳描述

1.2 LPC84x 微控制器

>>> 1.2.1 特性

• 系統(tǒng)：

  －ARM Cortex-M0+處理器，運行時頻率高達(dá)30 MHz，支持單周期乘法和快速的單周期I/O 口；

  －內(nèi)置可嵌套中斷向量控制器（NVIC）；

  －系統(tǒng)節(jié)拍定時器；

  AHB 總線矩陣：

  －支持串行線調(diào)試（SWD）模式與JTAG 邊界掃描（BSDL）模式；

  －微跟蹤緩沖（MTB）。

• 存儲

  －最高64kB 片內(nèi)Flash，支持 64 字節(jié)頁面寫入和擦除功能；

  －FAIM 內(nèi)存允許用戶配置芯片上電時的行為；

  －代碼讀保護(hù)(CRP)

  －最高可到16 KB 的SRAM，包括2 塊8 KB 連續(xù)的SRAM，其中一塊8 KB 的SRAM 可被MTB 使用；

  －支持位帶操作，用于支持單個位的原子操作。

• ROM API 支持

  －Bootloader；

  －支持應(yīng)用程序Flash 編程(IAP)；

  －支持片上系統(tǒng)編程(ISP)，通信接口可以是USART、SPI 和I²C；

  －整數(shù)除法API 接口。

• 數(shù)字外設(shè)：

  －集成了多達(dá)32 個通用I/O 引腳，并具備可配置上拉/下拉電阻、可編程開漏模式、輸入反相器和干擾濾波器，GPIO 方向控制支持各個位的獨立置位/清零/翻轉(zhuǎn)；

  －4 個引腳具備20mA 的輸出驅(qū)動能力；

  －2 個開漏引腳具備20mA 灌入驅(qū)動能力；

  －GPIO 中斷生成能力，8 個GPIO 輸入具有布爾模式匹配特性；

  －開關(guān)矩陣，用于靈活配置每個I/O 引腳功能；

  －CRC 引擎；

  －帶25 個通道和13 個觸發(fā)輸入的DMA；

  －電容觸摸屏接口。

• 定時器：

  －狀態(tài)可配置定時器（SCTimer/PWM），輸入和輸出功能（包括捕獲和匹配）用于定時和PWM 應(yīng)用，支持8 個匹配/捕獲、8 個事件、8 個狀態(tài)；

  －1 個通用定時器，帶有4 個匹配輸出、3 個輸入捕獲，支持PWM 模式，外部計數(shù)和DMA；

  －四通道多速率定時器（MRT），以多達(dá)4 種可編程固定速率生成可重復(fù)中斷；

  －自喚醒定時器（WKT），采用IRC、低功耗、低頻率內(nèi)部振蕩器作為時鐘，或always-on 電源域的外部時鐘輸入作為時鐘；

  －窗口看門狗定時器（WWDT）。

• 模擬外設(shè)：

  －一個12-位ADC，多達(dá)12 個輸入通道，帶有多個內(nèi)部和外部觸發(fā)輸入，采樣速率高達(dá)1.2Msamples/s，ADC 支持兩個獨立的轉(zhuǎn)換序列；

  －比較器，帶有4 個輸入引腳以及外部或內(nèi)部基準(zhǔn)電壓；

  －2 個10 位DAC。

• 串行接口：

  －5 個USART 接口，引腳功能通過開關(guān)矩陣和一個共用小數(shù)波特率發(fā)生器分配；

  －2 個SPI 控制器，引腳功能通過開關(guān)矩陣分配；

  －4 個I²C 總線接口。一個I²C 支持高速模式plus，在兩個真開漏引腳和監(jiān)聽模式上數(shù)據(jù)率為1Mbit/s，三個I²C支持標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字引腳的數(shù)據(jù)率高達(dá)400kbit/s。

• 時鐘生成：

  －自由運行的振蕩器（FRO），精度位±1%，可以提供18MHz、24MHz 或者30MHz 的時鐘，也可以分頻到9MHz、12MHz 或者15MHz 作為系統(tǒng)時鐘；

  －使用FAIM 內(nèi)存完成低功耗啟動，運行頻率3MHz；

  －晶體振蕩器，工作頻率范圍為1MHz 至25MHz；

  －低功耗振蕩器可做看門狗時鐘；

  －可編程看門狗振蕩器，頻率范圍為9.4kHz 至2.3MHz；

  －PLL 使CPU 無需使用高頻晶體即可生成最高CPU 主頻，可從系統(tǒng)振蕩器、外部時鐘輸入或內(nèi)部RC 振蕩器運行；

  －帶分頻器的時鐘輸出功能，可反映所有內(nèi)部時鐘源。

• 功率控制：

  －運行模式下功耗最低可至90uA/MHz；

  －內(nèi)部集成可最大程度降低功耗的PMU（電源管理單元）；

  －節(jié)能模式：睡眠模式、深度睡眠模式、掉電模式和深度掉電模式；

  －深度睡眠模式和掉電模式可由USART 、SPI 和I²C 外設(shè)喚醒；

  －深度掉電模式可由定時器控制進(jìn)行自喚醒；

  －上電復(fù)位（POR），掉電檢測（BOD）。

• 單電源（1.8V～3.6V），工作溫度范圍-40℃～+105℃；

• 可選封裝有 LQFP64、LQFP48、HVQFN48、HVQFN33。

>>> 1.2.2 概述

如圖1.3 所示的LPC84x 系列微控制器（MCU）具有豐富的片上外設(shè)，除GPIO外，還支持開關(guān)矩陣、狀態(tài)可配置定時器、多速率定時器、窗口看門狗定時器和DMA控制器等。模擬外設(shè)包括12 位高速ADC和2 個10 位DAC，支持5 路UART、2 路SPI 和4 路I2C。此外芯片內(nèi)部還集成了自由運行振蕩器，可以作為系統(tǒng)的時鐘源。

圖1.3 LPC84x 功能框圖

LPC84x 系列MCU 具有得天獨厚的低功耗優(yōu)勢， 擁有業(yè)界領(lǐng)先的超低功耗（90uA/MHz）。此外還支持4 種低功耗模式，用戶可以根據(jù)應(yīng)用需求，靈活地選擇合適的功耗模式，最低功耗模式下功耗不到1uA。雖然這些概念對于初學(xué)者來說可能會感到非常陌生，但也不要害怕，如同你使用的計算機一樣，盡管也很復(fù)雜，但毫不影響你使用計算機編程和上網(wǎng)。

LPC84x 系列MCU 提供4 中不同的封裝，可以根據(jù)不同需求進(jìn)行合理選擇，詳見表1.3。

表1.3 LPC84x 系列MCU 選型表

LPC84x 系列MCU 的引腳描述及主要功能詳見表1.4。

表1.4 引腳描述