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LPC1100 系列_2.架构与硬件特性

时间：2024-11-05 20:46:58浏览次数：8  
标签：架构 示例 void 配置 硬件 LPC1100 LPC 2.5 时钟

2. 架构与硬件特性

在这里插入图片描述

2.1 架构概述

LPC1100 系列是 NXP 公司基于 ARM Cortex-M0 内核的微控制器系列。ARM Cortex-M0 是 ARM 公司推出的一款低功耗、高性能的 32 位 RISC 处理器内核，适用于嵌入式系统和微控制器应用。LPC1100 系列微控制器采用了 Cortex-M0 内核，具有以下主要特点：

  • 低功耗：Cortex-M0 内核的低功耗特性使得 LPC1100 系列适用于电池供电的设备。
  • 高性能：尽管是低功耗内核，Cortex-M0 仍然提供了较高的处理性能，适用于多种嵌入式应用。
  • 小尺寸：Cortex-M0 内核的代码密度较高，使得 LPC1100 系列的芯片尺寸较小，适合紧凑型设计。
  • 丰富的外设：LPC1100 系列集成了多种外设，如 UART、SPI、I2C、ADC、DAC 等，满足各种应用需求。

2.1.1 ARM Cortex-M0 内核概述

ARM Cortex-M0 内核是一个高度优化的 32 位 RISC 处理器，具有以下特点：

  • 哈佛架构：Cortex-M0 采用哈佛架构，分别有独立的指令和数据总线，提高了数据处理的效率。
  • 32 位指令集：支持 32 位指令集，提供了丰富的指令操作，提高了代码的执行效率。
  • 16 位 Thumb-2 指令集：支持 16 位 Thumb-2 指令集，进一步提高了代码密度和执行效率。
  • 中断系统：Cortex-M0 具有高效的中断处理机制，支持快速中断响应和低中断延迟。
  • 调试支持：内核支持多种调试接口，如 JTAG 和 SWD，便于开发和调试。

2.1.2 LPC1100 系列架构特点

LPC1100 系列微控制器在 ARM Cortex-M0 内核的基础上，集成了多种硬件特性，以满足不同应用需求。主要特点包括：

  • 嵌入式闪存：LPC1100 系列通常配备 32KB 到 256KB 的嵌入式闪存，支持多次编程和擦除。
  • SRAM：提供 8KB 到 32KB 的 SRAM，用于数据存储和程序运行。
  • 时钟系统：支持多种时钟源，包括内部 RC 振荡器、外部晶振和 PLL（锁相环）。
  • 电源管理：具有低功耗模式，如睡眠模式和深度睡眠模式，以延长电池寿命。
  • 丰富的外设：集成了多种常用的外设，如 UART、SPI、I2C、ADC、DAC、GPIO 等。

2.2 时钟系统

2.2.1 时钟源

LPC1100 系列微控制器支持多种时钟源，包括：

  • 内部 RC 振荡器：提供 12MHz 的内部时钟源，无需外部组件，适合快速启动和简单应用。
  • 外部晶振：支持外部晶体振荡器，提供更精确的时钟源，适用于需要高精度时钟的应用。
  • PLL（锁相环）：通过 PLL 可以将外部时钟源倍频到更高的频率，以提高处理性能。

2.2.2 时钟配置

时钟配置通常通过寄存器进行，以下是一个配置外部晶振和 PLL 的示例代码：

// 配置外部晶振和 PLL
void configure_clock(void) {
    // 使能外部晶振
    LPC_SYSCON->SYSOSCCTRL |= (1 << 0); // SYSOSCCTRL[0]: Enable external oscillator
    LPC_SYSCON->SYSPLLCLKSEL = 0;       // 选择外部晶振作为 PLL 输入源
    LPC_SYSCON->PDRUNCFGCLR |= (1 << 4); // 清除 PLL 电源运行配置，使能 PLL

    // 配置 PLL
    LPC_SYSCON->SYSPLLCTRL = (1 << 0) | (1 << 1); // 设置 PLL 倍频因子
    while ((LPC_SYSPLLCLKUEN & (1 << 1)) == 0);    // 等待 PLL 锁定

    // 选择 PLL 作为系统时钟源
    LPC_SYSCON->SYSAHBCLKSEL = 1; // SYSAHBCLKSEL[0]: Select PLL as system clock source
    LPC_SYSCON->SYSAHBCLKDIV = 1; // 设置系统时钟分频因子
}

2.2.3 低功耗模式

LPC1100 系列支持多种低功耗模式，包括睡眠模式和深度睡眠模式。这些模式通过关闭不必要的时钟和电源，降低功耗。

  • 睡眠模式：在睡眠模式下，CPU 停止运行，但外设和时钟源仍然保持运行。
  • 深度睡眠模式：在深度睡眠模式下，CPU 和大部分外设停止运行，只保留最基本的时钟源和电源管理功能。

以下是一个进入睡眠模式的示例代码：

// 进入睡眠模式
void enter_sleep_mode(void) {
    // 禁用所有外设时钟
    LPC_SYSCON->SYSAHBCLKDIV = 0;
    LPC_SYSCON->SYSAHBCLKSEL = 0;

    // 进入睡眠模式
    __WFI(); // Wait For Interrupt
}

2.3 电源管理

2.3.1 供电模式

LPC1100 系列微控制器支持多种供电模式，包括：

  • 正常模式：CPU 和所有外设正常运行。
  • 睡眠模式：CPU 停止运行，外设保持运行。
  • 深度睡眠模式：CPU 和大部分外设停止运行，只有最基本的时钟源和电源管理功能保持运行。
  • 掉电模式：所有组件停止运行，只保留最基本的掉电检测功能。

2.3.2 电源管理寄存器

电源管理主要通过以下寄存器进行配置：

  • PDRUNCFG：电源运行配置寄存器，用于控制各个模块的电源状态。
  • SYSAHBCLKDIV 和 SYSAHBCLKSEL：系统时钟分频和选择寄存器，用于配置系统时钟。

以下是一个配置电源管理的示例代码：

// 配置电源管理
void configure_power_management(void) {
    // 使能内部 RC 振荡器
    LPC_SYSCON->SYSOSCCTRL |= (1 << 0); // SYSOSCCTRL[0]: Enable internal RC oscillator

    // 关闭 PLL
    LPC_SYSCON->PDRUNCFGSET |= (1 << 4); // 设置 PLL 电源运行配置，关闭 PLL

    // 选择内部 RC 振荡器作为系统时钟源
    LPC_SYSCON->SYSAHBCLKSEL = 0; // SYSAHBCLKSEL[0]: Select internal RC oscillator as system clock source
    LPC_SYSCON->SYSAHBCLKDIV = 1; // 设置系统时钟分频因子
}

2.4 存储器

2.4.1 闪存

LPC1100 系列微控制器通常配备 32KB 到 256KB 的嵌入式闪存，用于存储程序代码和常量数据。闪存的读写操作通过 Flash Memory Controller (FLM) 进行控制。

2.4.2 SRAM

LPC1100 系列提供 8KB 到 32KB 的 SRAM，用于数据存储和程序运行。SRAM 的访问速度较快，适合频繁读写的数据。

2.4.3 存储器映射

LPC1100 系列的存储器映射如下：

  • 0x0000_0000 - 0x0000_FFFF：闪存
  • 0x1000_0000 - 0x1000_FFFF：SRAM
  • 0x4000_0000 - 0x400F_FFFF：系统外设寄存器
  • 0xE000_E000 - 0xE000_EFFF：嵌入式外设寄存器（如 NVIC）

以下是一个简单的存储器访问示例代码：

// 存储器访问示例
void memory_access_example(void) {
    // 定义 SRAM 地址
    uint32_t *sram_address = (uint32_t *)0x10000000;

    // 写入数据到 SRAM
    *sram_address = 0x12345678;

    // 读取数据从 SRAM
    uint32_t data = *sram_address;

    // 输出读取的数据
    printf("Data from SRAM: 0x%08X\n", data);
}

2.5 外设

2.5.1 UART

LPC1100 系列集成了一个或多个 UART 接口，用于串行通信。UART 的配置和使用通常通过寄存器进行。

2.5.1.1 UART 配置

以下是一个配置 UART 的示例代码：

// 配置 UART
void configure_uart(void) {
    // 使能 UART 时钟
    LPC_SYSCON->SYSAHBCLKDIV = 1; // 设置分频因子
    LPC_SYSCON->SYSAHBCLKSEL = 1; // 选择 PLL 作为系统时钟源
    LPC_SYSCON->SYSAHBCLKCTRL |= (1 << 12); // 使能 UART0 时钟

    // 配置 UART 波特率
    LPC_UART0->LCR = (1 << 7); // DLAB = 1，允许访问 DLL 和 DLM 寄存器
    LPC_UART0->DLL = 12;      // 设置低 8 位波特率
    LPC_UART0->DLM = 0;       // 设置高 8 位波特率
    LPC_UART0->LCR = 0x03;    // 8 位数据，无校验位，1 位停止位

    // 使能 UART 发送和接收
    LPC_UART0->IER = (1 << 0) | (1 << 1); // 使能接收和发送中断
    LPC_UART0->FCR = 0x07;               // 清除 FIFO，使能 FIFO，设置触发级别
}
2.5.1.2 UART 数据发送

以下是一个通过 UART 发送数据的示例代码：

// 发送数据通过 UART
void uart_send_data(uint8_t data) {
    // 等待发送缓冲区为空
    while (!(LPC_UART0->LSR & (1 << 5))); // 检查 LSR[5]: THRE

    // 发送数据
    LPC_UART0->THR = data;
}

2.5.2 SPI

LPC1100 系列集成了 SPI 接口，用于同步串行通信。SPI 的配置和使用通常通过寄存器进行。

2.5.2.1 SPI 配置

以下是一个配置 SPI 的示例代码：

// 配置 SPI
void configure_spi(void) {
    // 使能 SPI 时钟
    LPC_SYSCON->SYSAHBCLKCTRL |= (1 << 10); // 使能 SPI 时钟

    // 配置 SPI 模式
    LPC_SPI->CR1 = 0x03; // 主模式，时钟源为 PCLK
    LPC_SPI->CR0 = 0x0F; // 设置时钟分频因子为 16，波特率为 PCLK/16

    // 配置 SPI 数据格式
    LPC_SPI->CPSR = 0x01; // 设置时钟预分频因子
    LPC_SPI->DCR = 0x08;  // 设置数据位长度为 8 位

    // 使能 SPI
    LPC_SPI->CR1 |= (1 << 1); // 使能 SPI
}
2.5.2.2 SPI 数据发送

以下是一个通过 SPI 发送数据的示例代码：

// 发送数据通过 SPI
void spi_send_data(uint8_t data) {
    // 等待发送缓冲区为空
    while (!(LPC_SPI->SR & (1 << 5))); // 检查 SR[5]: TX FIFO 空

    // 发送数据
    LPC_SPI->DR = data;

    // 等待发送完成
    while (!(LPC_SPI->SR & (1 << 3))); // 检查 SR[3]: 传输完成
}

2.5.3 I2C

LPC1100 系列集成了 I2C 接口，用于同步串行通信。I2C 的配置和使用通常通过寄存器进行。

2.5.3.1 I2C 配置

以下是一个配置 I2C 的示例代码：

// 配置 I2C
void configure_i2c(void) {
    // 使能 I2C 时钟
    LPC_SYSCON->SYSAHBCLKCTRL |= (1 << 7); // 使能 I2C 时钟

    // 配置 I2C 波特率
    LPC_I2C->SCL = 100000; // 设置 SCL 时钟频率为 100kHz

    // 使能 I2C
    LPC_I2C->CONSET = (1 << 6); // 使能 I2C
}
2.5.3.2 I2C 数据发送

以下是一个通过 I2C 发送数据的示例代码：

// 发送数据通过 I2C
void i2c_send_data(uint8_t slave_address, uint8_t *data, uint8_t length) {
    // 发送起始信号
    LPC_I2C->CONSET |= (1 << 0); // 发送起始信号

    // 等待起始信号发送完成
    while (LPC_I2C->STAT != 0x08); // 检查状态寄存器

    // 发送从设备地址和写操作
    LPC_I2C->DAT = (slave_address << 1) | 0; // 从设备地址和写操作
    while (LPC_I2C->STAT != 0x18); // 检查状态寄存器

    // 发送数据
    for (uint8_t i = 0; i < length; i++) {
        LPC_I2C->DAT = data[i];
        while (LPC_I2C->STAT != 0x28); // 检查状态寄存器
    }

    // 发送停止信号
    LPC_I2C->CONCLR = (1 << 0); // 发送停止信号
}

2.5.4 ADC

LPC1100 系列集成了 ADC（模数转换器），用于将模拟信号转换为数字信号。ADC 的配置和使用通常通过寄存器进行。

2.5.4.1 ADC 配置

以下是一个配置 ADC 的示例代码：

// 配置 ADC
void configure_adc(void) {
    // 使能 ADC 时钟
    LPC_SYSCON->SYSAHBCLKCTRL |= (1 << 12); // 使能 ADC 时钟

    // 配置 ADC 分辨率和时钟源
    LPC_ADC->CR = (1 << 24) | (1 << 21); // 10 位分辨率，PCLK/4 作为时钟源

    // 选择 ADC 通道
    LPC_ADC->CR |= (1 << 0); // 选择通道 0
}
2.5.4.2 ADC 数据读取

以下是一个读取 ADC 数据的示例代码：

// 读取 ADC 数据
uint16_t read_adc_data(void) {
    // 开始转换
    LPC_ADC->CR |= (1 << 24); // 设置 START 位

    // 等待转换完成
    while (!(LPC_ADC->DR[0] & (1 << 31))); // 检查 DR[31]: DATAVALID

    // 读取转换结果
    uint16_t result = (LPC_ADC->DR[0] & 0x3FF); // 读取 10 位结果

    return result;
}

2.5.5 DAC

LPC1100 系列集成了 DAC（数模转换器），用于将数字信号转换为模拟信号。DAC 的配置和使用通常通过寄存器进行。

2.5.5.1 DAC 配置

以下是一个配置 DAC 的示例代码：

// 配置 DAC
void configure_dac(void) {
    // 使能 DAC 时钟
    LPC_SYSCON->SYSAHBCLKCTRL |= (1 << 13); // 使能 DAC 时钟

    // 配置 DAC 分辨率和时钟源
    LPC_DAC->CR = (1 << 16); // 12 位分辨率
}
2.5.5.2 DAC 数据发送

以下是一个通过 DAC 发送数据的示例代码：

// 发送数据通过 DAC
void dac_send_data(uint16_t data) {
    // 设置 DAC 输出值
    LPC_DAC->CR = (data &当然，我会继续前文内容并确保前后连贯。以下是续写的内容：

## 2.5 外设

### 2.5.5 DAC

LPC1100 系列集成了 DAC（数模转换器），用于将数字信号转换为模拟信号。DAC 的配置和使用通常通过寄存器进行。

#### 2.5.5.1 DAC 配置

以下是一个配置 DAC 的示例代码：

```c
// 配置 DAC
void configure_dac(void) {
    // 使能 DAC 时钟
    LPC_SYSCON->SYSAHBCLKCTRL |= (1 << 13); // 使能 DAC 时钟

    // 配置 DAC 分辨率和时钟源
    LPC_DAC->CR = (1 << 16); // 12 位分辨率
}
2.5.5.2 DAC 数据发送

以下是一个通过 DAC 发送数据的示例代码：

// 发送数据通过 DAC
void dac_send_data(uint16_t data) {
    // 设置 DAC 输出值
    LPC_DAC->CR = (data & 0x0FFF) | (1 << 24); // 设置 12 位输出值并启动转换
}

2.5.6 GPIO

LPC1100 系列集成了通用输入输出（GPIO）端口，用于控制外部设备和接收外部信号。GPIO 的配置和使用通常通过寄存器进行。

2.5.6.1 GPIO 配置

以下是一个配置 GPIO 的示例代码：

// 配置 GPIO
void configure_gpio(void) {
    // 使能 GPIO 时钟
    LPC_SYSCON->SYSAHBCLKCTRL |= (1 << 6); // 使能 GPIO 时钟

    // 配置 GPIO 为输出模式
    LPC_GPIO->DIR = (1 << 0); // 设置 P0.0 为输出模式

    // 配置 GPIO 为输入模式
    LPC_GPIO->DIR &= ~(1 << 1); // 设置 P0.1 为输入模式
}
2.5.6.2 GPIO 数据读写

以下是一个读取和设置 GPIO 数据的示例代码：

// 设置 GPIO 输出
void set_gpio_output(uint8_t pin, uint8_t value) {
    if (value) {
        LPC_GPIO->SET = (1 << pin); // 设置 P0.pin 为高电平
    } else {
        LPC_GPIO->CLR = (1 << pin); // 设置 P0.pin 为低电平
    }
}

// 读取 GPIO 输入
uint8_t read_gpio_input(uint8_t pin) {
    return (LPC_GPIO->PIN & (1 << pin)) ? 1 : 0; // 读取 P0.pin 的状态
}

2.5.7 定时器

LPC1100 系列集成了多个定时器，用于产生定时中断和延时功能。定时器的配置和使用通常通过寄存器进行。

2.5.7.1 定时器配置

以下是一个配置定时器的示例代码：

// 配置定时器
void configure_timer(void) {
    // 使能定时器时钟
    LPC_SYSCON->SYSAHBCLKCTRL |= (1 << 8); // 使能 TMR16B1 时钟

    // 选择定时器时钟源
    LPC_SYSCON->TMR16BCLKSEL = 0; // 选择 PCLK 作为定时器时钟源

    // 配置定时器预分频器和匹配值
    LPC_TMR16B1->PR = 0; // 预分频器设置为 0
    LPC_TMR16B1->MR0 = 10000; // 设置匹配值为 10000

    // 配置定时器中断
    LPC_TMR16B1->MCR = (1 << 0) | (1 << 1); // 在匹配值 0 时产生中断并复位定时器

    // 使能定时器
    LPC_TMR16B1->TCR = (1 << 0); // 使能定时器
    LPC_TMR16B1->TCR |= (1 << 1); // 启动定时器
}
2.5.7.2 定时器中断处理

以下是一个处理定时器中断的示例代码：

// 定时器中断处理函数
void TIMER16B1_IRQHandler(void) {
    // 清除中断标志
    LPC_TMR16B1->IR = (1 << 0); // 清除 MR0 匹配中断标志

    // 处理定时器中断事件
    // 例如，切换一个 LED 的状态
    if (LPC_GPIO->PIN & (1 << 0)) {
        LPC_GPIO->CLR = (1 << 0); // 关闭 P0.0
    } else {
        LPC_GPIO->SET = (1 << 0); // 打开 P0.0
    }
}

2.5.8 看门狗定时器

LPC1100 系列集成了看门狗定时器（WDT），用于在系统出现异常时复位微控制器。看门狗定时器的配置和使用通常通过寄存器进行。

2.5.8.1 看门狗定时器配置

以下是一个配置看门狗定时器的示例代码：

// 配置看门狗定时器
void configure_wdt(void) {
    // 使能看门狗定时器时钟
    LPC_SYSCON->SYSAHBCLKCTRL |= (1 << 9); // 使能 WDT 时钟

    // 配置看门狗定时器时钟源
    LPC_WDT->TC = 0x00000000; // 选择外部 RC 振荡器作为时钟源

    // 配置看门狗定时器时钟分频因子
    LPC_WDT->PC = 0x000000FF; // 设置分频因子为 256

    // 配置看门狗定时器超时周期
    LPC_WDT->TV = 0x0000FFFF; // 设置超时周期为 65535 * 256 / 12MHz = 1.39 秒

    // 使能看门狗定时器
    LPC_WDT->TCR = 0x00000001; // 使能看门狗定时器
}
2.5.8.2 看门狗定时器喂狗

以下是一个喂狗的示例代码：

// 喂狗
void feed_wdt(void) {
    LPC_WDT->TCR = 0x00000002; // 喂狗
}

2.6 中断系统

2.6.1 中断控制器

LPC1100 系列集成了嵌套向量中断控制器（NVIC），用于管理和处理中断。NVIC 支持多个中断源，并且可以配置中断优先级。

2.6.1.1 中断配置

以下是一个配置中断的示例代码：

// 配置中断
void configure_interrupt(void) {
    // 使能外部中断
    LPC_SC->EXTINT = (1 << 0); // 使能外部中断 0
    LPC_SC->EXTMODE = (1 << 0); // 设置外部中断 0 为边沿触发
    LPC_SC->EXTPOLAR = (1 << 0); // 设置外部中断 0 为上升沿触发

    // 使能定时器中断
    NVIC_EnableIRQ(TIMER16B1_IRQn); // 使能定时器 16B1 中断

    // 配置中断优先级
    NVIC_SetPriority(TIMER16B1_IRQn, 1); // 设置定时器 16B1 中断优先级为 1
}

2.6.2 中断服务例程

以下是一个中断服务例程（ISR）的示例代码：

// 定时器中断处理函数
void TIMER16B1_IRQHandler(void) {
    // 清除中断标志
    LPC_TMR16B1->IR = (1 << 0); // 清除 MR0 匹配中断标志

    // 处理定时器中断事件
    // 例如，切换一个 LED 的状态
    if (LPC_GPIO->PIN & (1 << 0)) {
        LPC_GPIO->CLR = (1 << 0); // 关闭 P0.0
    } else {
        LPC_GPIO->SET = (1 << 0); // 打开 P0.0
    }
}

// 外部中断处理函数
void EINT0_IRQHandler(void) {
    // 清除中断标志
    LPC_SC->EXTINT = (1 << 0); // 清除外部中断 0 标志

    // 处理外部中断事件
    // 例如，点亮一个 LED
    LPC_GPIO->SET = (1 << 1); // 打开 P0.1
}

2.7 调试支持

2.7.1 调试接口

LPC1100 系列微控制器支持多种调试接口，如 JTAG 和 SWD（单线调试）。这些接口用于开发和调试过程中的程序下载和运行状态监控。

2.7.1.1 JTAG 接口

JTAG 接口是一种标准的调试接口，支持多线调试和边界扫描。以下是一个启用 JTAG 接口的示例代码：

// 启用 JTAG 接口
void enable_jtag(void) {
    // 使能 JTAG 接口
    LPC_SC->EXTMODE = (1 << 4); // 使能 JTAG 接口
}
2.7.1.2 SWD 接口

SWD 接口是一种单线调试接口，适用于资源受限的应用。以下是一个启用 SWD 接口的示例代码：

// 启用 SWD 接口
void enable_swd(void) {
    // 使能 SWD 接口
    LPC_SC->EXTMODE &= ~(1 << 4); // 禁用 JTAG 接口
    LPC_SC->EXTMODE |= (1 << 5); // 使能 SWD 接口
}

2.7.2 调试寄存器

调试寄存器用于控制调试接口和调试功能。以下是一些常用的调试寄存器：

  • DHCSR：调试硬件控制状态寄存器，用于控制调试状态。
  • DEMCR：调试事件控制寄存器，用于配置调试事件。
  • DSCR：调试状态控制寄存器，用于读取调试状态。

以下是一个配置调试寄存器的示例代码：

// 配置调试寄存器
void configure_debug_registers(void) {
    // 使能调试
    LPC_SC->DHCSR |= (1 << 0); // 使能调试

    // 配置调试事件
    LPC_SC->DEMCR |= (1 << 24); // 使能核心调试事件

    // 读取调试状态
    uint32_t debug_status = LPC_SC->DSCR;
}

2.8 总结

LPC1100 系列微控制器基于 ARM Cortex-M0 内核，具有低功耗、高性能、小尺寸和丰富的外设等特点。时钟系统、电源管理、存储器和外设的配置和使用通过寄存器进行控制。中断系统和调试支持使得开发和调试过程更加便捷。通过本文档的介绍，开发者可以更好地理解和使用 LPC1100 系列微控制器的各项功能。

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From： https://blog.csdn.net/chenlz2007/article/details/143417483

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