MCU及常见MCU外围电路资料
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MCU及常见MCU外围电路解读
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
电子系统设计与实践
10
2019/2/27
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
CPU
RAM ROM
外设 外设 I/O
一个典型的计算机系统
电子系统设计与实践 4 2019/2/27
电子系统设计与实践
5
2019/2/27
电子系统设计与实践
6
2019/2/27
电子系统设计与实践
7பைடு நூலகம்
2019/2/27
电子系统设计与实践
8
2019/2/27
电子系统设计与实践
9
2019/2/27
–
电子系统设计与实践
19
2019/2/27
ARM微处理器的应用领域
– – – – – –
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
电子系统设计与实践
20
2019/2/27
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。
单片机的外围电路
键盘电路设计要点
1 2
去抖处理
消除按键按下时的抖动，确保一次只识别一个按 键。
独立按键与矩阵按键的选择
根据按键数量和单片机I/O口资源选择合适的键 盘形式。
3
接口类型
根据单片机和键盘的接口类型选择合适的连接方 式，如直接连接或通过I2C、SPI等通信协议连接。
05
通信接口电路
通信接口电路的作用与类型
寻址方式
每个设备具有唯一的地址，通过地址码进行访问。
数据传输速率
最高可达400kHz。
06
外围电路的干扰与防护
外围电路的干扰来源与影响
01
02
03
04
电源噪声
由于电源线路上的电压波动和 电流脉冲，可能导致单片机工
作异常。
信号线耦合
信号线之间的电磁场相互作用 ，可能导致信号的畸变或噪声
。
接地回路
不同电路之间的地线连接可能 形成地线回路，导致噪声和干
扰。
空间辐射
来自其他电子设备或自然界的 电磁波可能对单片机产生干扰
。
干扰的防护措施
电源滤波
在电源入口处加入滤波 器，减少电源噪声的干
扰。
隔离与屏蔽
对容易受到干扰的信号 线进行隔离或屏蔽，降 低信号线耦合的影响。
合理的接地
采用单点接地、多点接 地或混合接地方式，减
少地线回路的干扰。
空间滤波
在单片机周围加装电磁 屏蔽材料，减少空间辐
单片机外围电路
• 单片机外围电路概述 • 电源电路 • 输入输出接口电路 • 显示与键盘电路 • 通信接口电路 • 外围电路的干扰与防护
01
单片机外围电路概述
定义与作用
定义
MCU及常见MCU外围电路
电子系统设计与实践
33
2020/3/21
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
电子系统设计与实践
34
2020/3/21
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
电子系统设计与实践
43
2020/3/21
Cortex-M核芯片
飞思卡尔 -- Freescale
➢ Kinetis L系列（M0+） ➢ Kinetis X系列、K系列（M4）
第三讲 MCU及常见MCU外围电路
盛庆华
电子系统设计与实践
1
2020/3/21
MCU MCU分类
电子系统设计与实践
2
2020/3/21
单片机（Microcontroller）
MCU ： Microcontroller Unit 微控制器
电子系统设计与实践
3
2020/3/21
MCU结构
外设 外设
电子系统设计与实践
17
2020/3/21
MCU ARM Cortex-M 内核
电子系统设计与实践
18
2020/3/21
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
➢ 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
MCU及常见MCU外围电路
电子系统设计与实践
28
2013/5/12
Cortex-M3
电子系统设计与实践
29
2013/5/12
Cortex-M4
电子系统设计与实践
30
2013/5/12
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。
电子系统设计与实践
15
2013/5/12
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）
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)
电子系统设计与实践
17
2013/5/12
单片机与常用外围设备接口电路
整理课件
10.1.2 发光原理
50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二 极管产生于1960年。LED是英文light emitting diode（发光二极管）的缩 写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子 上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗 震性能好。
单片机与常用外围设备接口电路
10.1 LED发光二极管
发光二极管是半导体二极管的一种，可以把电能转化成 光能；常简写为LED。发光二极管与普通二极管一样是由一 个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正 向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电 子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复 合，产生自发辐射的荧光。
2）按其外形尺寸有多种形式，使用较多的是0.5"和0.8"；
3）按显示颜色也有多种形式，主要有红色和绿色；
4）按亮度强弱可分为超亮、高亮和普亮。
5）正向压降一般为1.5～2V，额定电流为10mA，最大电流为40mA。
2. 数码管工作原理
共阳极数码管的8个发光二极管的阳极（二极管正端）连接在一起。 通常，公共阳极接高电平（一般接电源），其它管脚接段驱动电路输出 端。当某段驱动电路的输出端为低电平时，则该端所连接的字段导通并 点亮。根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。此时，要求 段驱动电路能吸收额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通 电流来确定相应的限流电阻。
不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。 当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量 越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄 光的二极管。发光二极管的外形如图10-1所示。
10.1.2 发光原理
50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二 极管产生于1960年。LED是英文light emitting diode（发光二极管）的缩 写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子 上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗 震性能好。
单片机与常用外围设备接口电路
10.1 LED发光二极管
发光二极管是半导体二极管的一种，可以把电能转化成 光能；常简写为LED。发光二极管与普通二极管一样是由一 个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正 向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电 子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复 合，产生自发辐射的荧光。
2）按其外形尺寸有多种形式，使用较多的是0.5"和0.8"；
3）按显示颜色也有多种形式，主要有红色和绿色；
4）按亮度强弱可分为超亮、高亮和普亮。
5）正向压降一般为1.5～2V，额定电流为10mA，最大电流为40mA。
2. 数码管工作原理
共阳极数码管的8个发光二极管的阳极（二极管正端）连接在一起。 通常，公共阳极接高电平（一般接电源），其它管脚接段驱动电路输出 端。当某段驱动电路的输出端为低电平时，则该端所连接的字段导通并 点亮。根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。此时，要求 段驱动电路能吸收额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通 电流来确定相应的限流电阻。
不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。 当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量 越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄 光的二极管。发光二极管的外形如图10-1所示。
单片机常用外围设备接口电路资料
LED数码管动态显示举例
工作原理：从P0口送段代码,P1口送位选信号。段码虽同时 到达 6个LED，但一次仅一个LED被选中。利用“视觉暂 留”，每送一个字符并选中相应位线，延时一会儿,再送/ 选下一个……循环扫描即可。
段 代 码
P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0
利用4511实现静态显示与一般静态显示电路
不同，一是节省I／0端线，段码输出只需4根；二
是不需专用驱动电路，可直接输出；三是不需译 码，直接输出二进制数，编程简单；缺点是只能 显示数字，不能显示各种符号。
四、动态显示方式 及其典型应用电路
动态显示电路 连结形式： ① 显示各位的所有 相同字段线连在一起， 共8段，由一个8位 I/O口控制； ② 每一位的公共端 （共阳或共阴COM） 由另一个I/O口控制。
DSPLY:MOV DPTR, #TABLE ;共阳LED数码管译码表首址 MOV R0，#30H ;待显数据缓冲区的个位地址 REDO：MOV A， @R0 ;通过R0实现寄存器间接寻址 MOVC A, @A+DPTR ;查表 MOV SBUF, A ;经串行口发送到74LS164 JNB TI, $ ;查询送完一个字节的第8位？ CLR TI ;为下一字节发送作准备 INC R0 ;R0指向下一个数据缓冲单元 CJNE R0，#36H，REDO ;判断是否发完6个数？ RET ;发完6个数就返回 TABLE：DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H ;共阳LED译码表 DB 92H, 82H, 0F8H, 80H,90H
2、硬件电路设计
3、片内可编程功能
⑴ 片内寄存器
符号 装载内容 片内地址 COM 00H D7 — COM 控制命令 00H D6 C6 data1 显示段码1 01H D5 C5 D4 C4 data2 显示段码2 02H D3 C3 data3 显示段码3 03H D2 C2 D1 C1 data4 显示段码4 04H D0 C0
mcu原理
mcu原理MCU（单片机）是指微型控制器单元（Microcontroller Unit）的缩写，是一种集成电路芯片，集成了微处理器、存储器和外围设备接口等功能。
它是一种专用的计算机系统，常用于各种嵌入式系统中。
MCU的工作原理可以简单概括为以下几个方面：1. 微处理器核心：MCU的核心是一个微处理器，通常为8位、16位或32位结构，如常见的51系列、AVR系列、ARM系列等。
微处理器负责指令的解码和执行，完成各种算术、逻辑和控制操作。
2. 存储器：MCU内部有多种类型的存储器，包括程序存储器（Flash）和数据存储器（RAM）。
程序存储器用来存储程序代码，数据存储器用来存储运行时的数据。
MCU可以通过加载程序代码到程序存储器中，实现不同的功能。
3. 外设接口：MCU通常集成了多种外设接口，如通用输入输出口（GPIO）、模拟至数字转换器（ADC）、串行通信接口（UART、SPI、I2C）等。
这些接口可以与外部设备进行数据交换，实现与外界的通信。
4. 时钟系统：MCU需要一个稳定的时钟来驱动其各个模块的工作。
一般情况下，MCU内部集成了一个或多个时钟源，并通过时钟分频器将时钟信号分频得到不同的工作频率。
5. 中断系统：MCU具有中断功能，可以在特定的情况下主动中断当前程序的执行，转而去执行中断服务程序。
中断可以来自外部的事件触发，也可以是内部的定时器、计数器等触发。
MCU的工作原理可以简单概括为：根据程序存储器中的指令，微处理器核心进行指令的解码与执行，通过读写数据存储器来完成各种计算和操作，并通过外设接口与外部设备进行数据交换，同时通过中断系统响应特定事件。
整个过程需要一个稳定的时钟来调度和同步各个模块的工作。
通过程序的编写和存储器的加载，实现不同的功能和任务。
mcu io的电路原理
mcu io的电路原理
MCU IO的电路原理主要涉及以下几个部分：
1. IO口：MCU的IO口是微控制器与外部设备进行数据交换的接口。
根据其功能，IO口既可以作为输入口，也可以作为输出口。
当作为输入口时，它可以接收外部设备的信号；当作为输出口时，它可以向外部设备发送信号。
2. 内部电路：MCU的IO内部电路通常包括输入缓冲器、输出驱动器和控制电路。
输入缓冲器用于接收外部信号，并将其转换为MCU可以识别的电平信号；输出驱动器用于将MCU输出的电平信号转换为外部设备可以识别的信号；控制电路用于控制输入/输出缓冲器的状态，以实现IO口的双向切换。
3. 引脚：MCU的IO口通过引脚与外部设备连接。
引脚可以是单向的，也可以是双向的。
单向引脚只能作为输入或输出使用，而双向引脚则可以根据需要切换输入或输出模式。
4. 驱动能力：MCU的IO口具有一定的驱动能力，可以驱动一定负载的外部设备。
根据需要，MCU的IO口可以配置为不同的驱动模式，以适应不同的外部设备需求。
总之，MCU IO的电路原理主要基于内部电路、引脚和驱动能力等方面，通过这些原理的实现，MCU可以实现与外部设备的通信和控制。
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电子系统设计与实践
17
2018/11/20
MCU ARM Cortex-M 内核
电子系统设计与实践
18
2018/11/20
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。
–
电子系统设计与实践
19
2018/11/20
ARM微处理器的应用领域
– – – – – –
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
电子系统设计与实践
20
2018/11/20
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。
第三讲 MCU及常见MCU外围电路
盛庆华
电子系统设计与实践
1
2018/11/20
MCU MCU分类
电子系统设计与实践
2
2018/11/20
单片机（Microcontroller）
MCU ： Microcontroller Unit 微控制器
电子系统设计与实践
3
2018/11/20ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
MCU结构
9
2018/11/20
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
电子系统设计与实践
10
2018/11/20
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
电子系统设计与实践
16
2018/11/20
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）……
电子系统设计与实践
11
2018/11/20
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）
电子系统设计与实践 12 2018/11/20
16 bits TI MSP430 Freescale S12 Microchip PIC24Cxxx Maxim MaxQ 瑞萨 Sunplus（凌阳）……
电子系统设计与实践
13
2018/11/20
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
外设 外设 I/O
CPU
RAM ROM
外设 外设 I/O
一个典型的计算机系统
电子系统设计与实践 4 2018/11/20
电子系统设计与实践
5
2018/11/20
电子系统设计与实践
6
2018/11/20
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7
2018/11/20
电子系统设计与实践
8
2018/11/20
电子系统设计与实践
电子系统设计与实践
14
2018/11/20
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
电子系统设计与实践
15
2018/11/20
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）
–
电子系统设计与实践
21
2018/11/20
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。