LPC1111/12/13/14 32位 ARM Cortex - M0 微控制器全方位剖析

在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，微控制器的選擇至關(guān)重要，它直接影響著產(chǎn)品的性能、功耗、成本等多個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。今天我們要深入探討的是 NXP 公司的 LPC1111/12/13/14 32 位 ARM Cortex - M0 微控制器，它具有高性能、低功耗等諸多優(yōu)點(diǎn)，適用于多種應(yīng)用場景。

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一、產(chǎn)品概述

LPC1111/12/13/14 是基于 ARM Cortex - M0 內(nèi)核的低成本微控制器系列。它專為現(xiàn)有的 8 位/16 位應(yīng)用而設(shè)計(jì)，能為用戶提供高性能、低功耗的解決方案。該系列微控制器工作頻率高達(dá) 50MHz，擁有高達(dá) 32kB 的 Flash 和 8kB 的 SRAM，還集成了豐富的外設(shè)，如 Fast - mode Plus 的 I2C 總線接口、RS - 485/EIA - 485 通用異步收發(fā)器 (UART)、支持 SSP 功能的 SPI 接口、通用定時(shí)器、10 位 ADC 以及多達(dá) 42 個(gè)通用 I/O 引腳等。

需要注意的是，LPC1111/12/13/14 系列包含 LPC1100 系列（器件尾綴是 LPC111x/101/201/301）和 LPC1100L 系列（器件尾綴是 LPC111x/102/202/302），其中 LPC1100L 包含了對(duì)系統(tǒng)功耗進(jìn)行優(yōu)化的 Power Profile 功能。

二、功能特性詳解

1. 系統(tǒng)核心

• ARM Cortex - M0 處理器：這是一款通用的 32 位微處理器，具有高性能和低功耗的特點(diǎn)，內(nèi)置嵌套向量中斷控制器 (NVIC)，能有效降低中斷延時(shí)，處理即將到來的中斷。它還支持串行線調(diào)試 (SWD) 和系統(tǒng)節(jié)拍定時(shí)器 (System tick timer)，方便開發(fā)和調(diào)試。
• 時(shí)鐘系統(tǒng)：芯片含有 3 個(gè)獨(dú)立的振蕩器，分別是系統(tǒng)振蕩器、內(nèi)部 RC 振蕩器 (IRC) 和看門狗振蕩器。復(fù)位后，LPC1100 系列自動(dòng)選擇內(nèi)部 RC 振蕩器作為系統(tǒng)的時(shí)鐘源，其標(biāo)稱頻率為 12MHz，精度為±1%。系統(tǒng)振蕩器工作在 1MHz 到 25MHz 下，可作為 CPU 的時(shí)鐘源。看門狗振蕩器頻率可編程，范圍是 7.8kHz ~ 1.7MHz。此外，還配備了系統(tǒng)鎖相環(huán) (PLL)，可將輸入時(shí)鐘頻率倍頻，輸出頻率必須在 100MHz 以下。

2. 存儲(chǔ)器

• Flash 程序存儲(chǔ)器：LPC1111/12/13/14 擁有不同容量的片上 Flash 存儲(chǔ)器，LPC1114 為 32kB，LPC1113 為 24kB，LPC1112 為 16kB，LPC1111 為 8kB。
• SRAM：共計(jì) 2kB、4kB 或 8kB 的片上靜態(tài) RAM 存儲(chǔ)器，滿足不同應(yīng)用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求。

3. 外設(shè)功能

• 數(shù)字外圍設(shè)備：多達(dá) 42 個(gè)通用 I/O 引腳 (GPIO)，帶可配置的上拉和下拉電阻，可作為邊沿或電平觸發(fā)的中斷源。一個(gè)引腳的最大電流輸出驅(qū)動(dòng)能力為 20mA，F(xiàn)ast - mode plus 模式下，I2C 總線引腳的最大灌電流為 20mA。此外，還有 4 個(gè)通用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和可編程的看門狗定時(shí)器 (WDT)。
• 模擬外圍設(shè)備：內(nèi)置 10 位 ADC，可在 8 個(gè)引腳之間實(shí)現(xiàn)輸入多路復(fù)用，測量范圍為 0V ~ VDD，10 位轉(zhuǎn)換時(shí)間 ≥2.44μs。
• 串行接口：
  • UART：帶小數(shù)波特率生成器，支持 RS - 485 模式，最大數(shù)據(jù)位傳輸率為 3.125 MBit/s，具有 16 字節(jié)接收和發(fā)送 FIFO。
  • SPI 控制器：LQFP48/PLCC44 封裝的器件擁有兩個(gè) SPI 控制器，HVQFN33 封裝的器件只有一個(gè) SPI 控制器 (SPI0)，都支持 SSP 功能，在 SSP 模式下，最大 SPI 速率為 25Mbit/s（主機(jī)模式）或 4.17Mbit/s（從機(jī)模式）。
  • I2C 總線接口：支持完整的 I2C 總線規(guī)范和 Fast - mode Plus 模式，數(shù)據(jù)速率高達(dá) 1Mbit/s，具有多地址識(shí)別和監(jiān)控模式。

4. 功率控制

• 節(jié)能模式：支持睡眠、深度睡眠和深度掉電三種節(jié)能模式。在睡眠模式下，內(nèi)核時(shí)鐘停止，外設(shè)功能繼續(xù)運(yùn)行；深度睡眠模式中，芯片進(jìn)入睡眠且各種模擬模塊掉電；深度掉電模式下，整個(gè)芯片的電源都關(guān)閉（WAKEUP 引腳除外）。
• 功率優(yōu)化：LPC1100L 系列可通過 Power Profile 功能優(yōu)化正常運(yùn)行模式和睡眠模式的功耗，可選擇默認(rèn)模式、CPU 性能模式、效能模式和低電流模式。

三、引腳信息與配置

該系列微控制器提供 LQFP48、PLCC44 和 HVQFN33 幾種封裝形式，不同封裝的引腳配置和功能有所差異。每個(gè)引腳都有其特定的功能，如 RESET 引腳用于外部復(fù)位輸入，PIO 引腳可作為通用數(shù)字輸入/輸出引腳，還可配置為各種外設(shè)功能。在使用時(shí)，需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求進(jìn)行合理的引腳配置。

例如，對(duì)于 LQFP48 封裝的 LPC1113/14，PIO0_0 至 PIO0_11 是 12 位的 IO 口，可單獨(dú)控制每一位的方向和功能，其功能選擇是通過 IOCONFIG 寄存器實(shí)現(xiàn)的。RESET/PIO0_0 引腳既可以作為外部復(fù)位輸入，也可作為通用數(shù)字輸入/輸出引腳。

四、應(yīng)用領(lǐng)域

LPC1111/12/13/14 微控制器適用于多種應(yīng)用場景，如電子測量、照明、警報(bào)系統(tǒng)、白色家電等。在電子測量領(lǐng)域，其高精度的 ADC 模塊可用于采集各種模擬信號(hào)；在照明應(yīng)用中，可通過 GPIO 引腳控制燈光的亮度和顏色；在警報(bào)系統(tǒng)中，利用其豐富的中斷功能和通信接口實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測和報(bào)警；在白色家電中，憑借低功耗和高性能的特點(diǎn)，可提高家電的智能化程度和節(jié)能效果。

五、使用注意事項(xiàng)

1. ADC 使用

在充滿干擾的環(huán)境中使用 ADC 時(shí)，為提高其性能，應(yīng)使 ADC 的輸入線盡量靠近芯片，避免靠近快速開關(guān)的數(shù)字信號(hào)和帶噪聲干擾的電源線，同時(shí)對(duì)電源線進(jìn)行充分濾波。還可在 ADC 轉(zhuǎn)換時(shí)使器件進(jìn)入睡眠模式。

2. XTAL 輸入

片上振蕩器的輸入電壓限制為 1.8V。在從模式下，時(shí)鐘輸入應(yīng)連接一個(gè) (C{i}=100pF) 的電容，并選擇一個(gè)連接到地的附加電阻 (C{g}) 來限制輸入電壓。輸入時(shí)鐘信號(hào)的幅值應(yīng)在 200mV (RMS) 到 1000mV (RMS) 之間。

3. PCB 布板

PCB 板上的晶振應(yīng)盡量靠近芯片振蕩器的輸入和輸出引腳，負(fù)載電容 (C{x1})、(C{x2}) 和使用第三泛音晶振時(shí)用到的 (C_{x3}) 要有共同的地，外部器件也需連接到這個(gè)地，以減小噪聲耦合。

六、總結(jié)

LPC1111/12/13/14 32 位 ARM Cortex - M0 微控制器以其高性能、低功耗、豐富的外設(shè)功能和靈活的引腳配置，為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。無論是在成本控制還是性能需求方面，都能滿足多種應(yīng)用場景的要求。電子工程師在設(shè)計(jì)相關(guān)產(chǎn)品時(shí)，可以充分利用其特點(diǎn)，開發(fā)出更具競爭力的產(chǎn)品。但在使用過程中，也需要注意一些細(xì)節(jié)問題，以確保微控制器的性能得到充分發(fā)揮。大家在使用這款微控制器的過程中，有沒有遇到什么特別的問題或者有什么獨(dú)特的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)兀繗g迎在評(píng)論區(qū)分享交流。