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让更多人知道“ 中国芯 ” 第 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。 INTEL 的 8080 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 INTEL 的 8051 ，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 32 、 64 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 ARM （ Advanced 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 Microchip 、 Silicon Labs 、 NXP 、 ST 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 核 ) 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-M4 的 32 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 20MHz 、 40MHz 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 1 个 CAN 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 1 个 32 位看门狗定时器， 6 组 32 位通用定时器， 1 组 32 位专用脉冲宽度测量定时器， 12 通道 16 位的 PWM 发生器， 2 个 8 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、 SRAMC 、 SDRAMC 、 NORFLC 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。 图 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 。 图 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