深入剖析LPC1315/16/17/45/46/47：32位ARM Cortex - M3微控制器的卓越之选

在嵌入式应用领域，一款性能优越、功能丰富且功耗低的微控制器至关重要。NXP的LPC1315/16/17/45/46/47系列32位ARM Cortex - M3微控制器就是这样的佼佼者，下面我们就来深入了解一下它。

文件下载：LPC1315FHN33,551.pdf

一、总体概述

LPC1315/16/17/45/46/47专为嵌入式应用设计，具有高度集成和低功耗的特点。其采用的ARM Cortex - M3内核是下一代核心，具备增强的调试功能和更高水平的支持块集成，最高可运行在72MHz的CPU频率下。该内核采用3级流水线和哈佛架构，拥有独立的本地指令和数据总线以及用于外设的第三总线，还包含支持推测分支的内部预取单元。此外，LPC1345/46/47还配备了高度灵活且可配置的全速USB 2.0设备控制器，为当今对连接性要求苛刻的解决方案带来了无与伦比的设计灵活性和无缝集成能力。

二、特性与优势

（一）系统方面

• 高性能处理器：采用ARM Cortex - M3 r2p1处理器，最高运行频率可达72MHz，能满足大多数嵌入式应用的处理需求。
• 高效中断控制：内置嵌套向量中断控制器（NVIC），支持多达32个向量中断，具有8个可编程中断优先级级别和硬件优先级级别屏蔽功能，还支持软件中断生成，可实现低中断延迟和高效的后期中断处理。
• 多样化中断源：非屏蔽中断（NMI）输入可从多个输入源中选择，系统滴答定时器提供稳定的时间基准。

（二）存储方面

• 大容量闪存：片上闪存程序存储器最高可达64kB，采用256字节页擦除功能，支持通过片上引导加载程序软件进行系统内编程（ISP）和应用内编程（IAP），还支持通过USB进行闪存更新。
• 可靠EEPROM：片上EEPROM数据存储器为2kB或4kB，可通过IAP进行编程，提供可靠的数据存储。
• 灵活SRAM：片上静态RAM存储器总量为8kB、10kB或12kB，满足不同应用的数据存储需求。
• 丰富ROM功能：片上ROM包含引导加载程序和多种应用编程接口（API），如ISP和IAP支持、EEPROM支持、USB API（仅LPC1345/46/47）、电源配置文件以及通过USB进行闪存更新支持（仅LPC1345/46/47）。

（三）调试方面

提供标准JTAG测试接口、串行线调试（SWD）以及对ETM ARM Cortex - M3调试时间戳的支持，方便开发人员进行调试工作。

（四）数字外设方面

• 多功能GPIO：多达51个通用输入/输出（GPIO）引脚，具有可配置的上拉/下拉电阻、中继器模式、输入反相器和伪开漏模式。其中8个引脚支持可编程毛刺滤波器，8个GPIO引脚可选择作为边沿和电平敏感中断源，两个GPIO分组中断模块可根据一组GPIO引脚的可编程输入状态模式产生中断。此外，P0_7引脚具有20mA的高电流源输出驱动能力，P0_4和P0_5引脚具有20mA的高电流灌电流驱动能力。
• 强大定时器：四个通用计数器/定时器，共有多达8个捕获输入和13个匹配输出，可用于精确的定时和计数操作。
• 可靠看门狗：可编程窗口看门狗定时器（WWDT）带有内部低功耗看门狗振荡器（WDO），可在软件出现故障时及时复位控制器。
• 重复中断定时器：重复中断定时器（RI Timer）提供一个自由运行的48位计数器，可在达到设定值时产生中断，用于创建预定间隔的中断。

（五）模拟外设方面

12位ADC具有8个输入通道，采样率最高可达500kSamples/s，可满足多种模拟信号采集需求。

（六）串行接口方面

• USB接口：仅LPC1345/46/47具备全速USB 2.0设备控制器，带有片上基于ROM的USB驱动库，支持12Mbit/s的数据交换，具有专用USB PLL，完全符合USB 2.0规范，支持10个物理（5个逻辑）端点，包括一个控制端点，支持单缓冲和双缓冲，每个非控制端点支持批量、中断或等时端点类型，支持从深度睡眠模式和掉电模式唤醒以及远程唤醒，还支持SoftConnect和链路电源管理（LPM）。
• USART接口：包含一个USART，具有全调制解调器控制、同步模式支持和智能卡接口，采用分数波特率发生器，标准波特率如115200Bd可在任何高于2MHz的晶体频率下实现，最大数据比特率可达3.125Mbit/s，具有16字节的接收和发送FIFO，寄存器位置符合16C550行业标准，支持RS - 485/9位模式和同步模式，还包括异步智能卡接口（ISO 7816 - 3）。
• SSP接口：两个SSP控制器，能够在SSP、4线SSI或Microwire总线上运行，支持全双工传输，帧数据长度为4位到16位，最大SSP速度在主模式下可达25Mbit/s，从模式下可达4.17Mbit/s，兼容Motorola SPI、4线Texas Instruments SSI和National Semiconductor Microwire总线。
• I2C接口：一个I2C总线控制器，支持I2C总线规范，包括标准模式、快速模式和快速模式Plus，数据速率最高可达1Mbit/s，支持多地址识别和总线监控模式，易于配置为主机、从机或主/从模式，可编程时钟允许灵活的速率控制，支持双向数据传输和多主机总线操作，具有仲裁和串行时钟同步功能。

（七）时钟生成方面

• 多振荡器支持：包含系统振荡器、内部RC振荡器（IRC）和看门狗振荡器三个独立振荡器。IRC标称频率为12MHz，在整个电压和温度范围内精度为1%，可作为WDT和系统PLL的时钟源；系统振荡器工作频率为1MHz至25MHz，可用于CPU时钟，LPC1345/46/47的USB时钟必须由系统振荡器提供；看门狗振荡器标称频率可编程在9.4kHz至2.3MHz之间，可直接驱动CPU、看门狗定时器或CLKOUT引脚。
• PLL功能：包含一个系统PLL和一个专用的USB PLL，用于生成48MHz的USB时钟。PLL输入时钟频率范围为10MHz至25MHz，通过电流控制振荡器（CCO）将输入频率倍频，输出频率可通过输出分频器设置为2、4、8或16分频，输出频率必须低于100MHz，PLL在芯片复位后关闭并旁路，可通过软件启用。
• 时钟输出功能：具有时钟输出功能，可将IRC振荡器、系统振荡器、看门狗振荡器或主时钟路由到输出引脚。

（八）电源控制方面

支持四种特殊的处理器功耗降低模式：睡眠模式、深度睡眠模式、掉电模式和深度掉电模式。可通过改变时钟源、重新配置PLL值和/或改变CPU时钟分频值来控制CPU时钟速率，以实现功耗与处理速度的权衡。还提供一个寄存器用于关闭单个片上外设的时钟，实现精细的功耗调整。此外，通过简单调用电源配置文件，可针对应用优化活动和睡眠模式下的功耗，包括默认模式、CPU性能模式、效率模式和低电流模式。

三、应用领域

该系列微控制器适用于多种应用领域，如消费外设、医疗设备、工业控制、手持扫描仪和USB音频设备等。

四、订购信息

提供多种封装类型，包括HVQFN33、LQFP48和LQFP64，不同型号在闪存、SRAM、EEPROM容量以及是否具备USB设备功能等方面存在差异，工程师可根据具体需求进行选择。

五、引脚信息

详细介绍了不同封装类型下各引脚的功能和描述，包括复位引脚、通用I/O引脚、时钟引脚、通信引脚等，为硬件设计提供了明确的指导。

六、功能描述

（一）片上闪存编程存储器

闪存可通过ISP或IAP进行编程，支持通过USB进行更新，闪存被划分为4kB的扇区，每个扇区包含16个256字节的页面，可使用IAP擦除页面命令擦除单个页面。

（二）EEPROM

可通过IAP进行编程，提供可靠的数据存储。

（三）SRAM

为系统运行提供数据存储空间。

（四）片上ROM

包含引导加载程序和多种API，为系统开发提供支持。

（五）内存映射

具有多个不同的内存区域，包括AHB外设区域和APB外设区域，每个外设分配16kB的空间，简化了地址解码。

（六）嵌套向量中断控制器（NVIC）

控制系统异常和外设中断，支持多达32个向量中断，具有8个可编程中断优先级级别和硬件优先级级别屏蔽功能，支持软件中断生成。

（七）IOCON块

允许微控制器的选定引脚具有多种功能，通过配置寄存器控制多路复用器，实现引脚与片上外设的连接。

（八）通用输入/输出GPIO

未连接到特定外设功能的设备引脚由GPIO寄存器控制，引脚可动态配置为输入或输出，多个输出可在一次写操作中设置或清除，支持加速GPIO功能，整个端口值可在一条指令中写入，任何提供数字功能的GPIO引脚都可编程为在电平、上升沿、下降沿或两者上产生中断。

（九）USB接口

仅LPC1345/46/47具备，为设备提供了强大的USB通信能力。

（十）USART

具有丰富的功能，可满足多种通信需求。

（十一）SSP串行I/O控制器

支持多种总线协议，实现与多个主设备和从设备的通信。

（十二）I2C - 总线串行I/O控制器

支持I2C总线的多种模式，实现设备间的高效通信。

（十三）12位ADC

具有高精度和高采样率，可用于模拟信号采集。

（十四）通用外部事件计数器/定时器

可用于精确的定时和计数操作。

（十五）重复中断（RI）定时器

提供预定间隔的中断。

（十六）系统滴答定时器

为系统提供稳定的时间基准。

（十七）窗口看门狗定时器（WWDT）

确保系统在软件出现故障时能及时复位。

（十八）时钟和电源控制

提供多种时钟源和电源控制模式，实现系统的高效运行和低功耗。

七、限制值和特性

（一）限制值

规定了电源电压、输入电压、电流、温度等参数的限制范围，确保设备在安全的工作条件下运行。

（二）静态特性

详细描述了电源电压、电源电流、输入输出电压和电流等静态参数，为电路设计提供了重要参考。

（三）BOD静态特性

介绍了欠压检测（BOD）的阈值电压和中断级别，可用于监测电源电压并在电压异常时采取相应措施。

（四）功耗

给出了不同工作模式下的功耗数据，帮助工程师优化系统功耗。

（五）电气引脚特性

描述了引脚的电气特性，如输出电压、电流、上升时间、下降时间等。

（六）动态特性

包括闪存/EEPROM存储器、外部时钟、内部振荡器、I/O引脚、I2C - 总线、SSP接口等的动态特性，为系统的时序设计提供了依据。

（七）ADC电气特性

详细说明了ADC的各项参数，如模拟输入电压、电容、误差等，确保ADC的高精度采集。

八、应用信息

（一）建议的USB接口解决方案

提供了自供电设备和总线供电设备的USB接口电路示例，为USB接口设计提供了参考。

（二）XTAL输入

介绍了片上振荡器的输入电压限制和外部组件的选择，确保振荡器的稳定运行。

（三）XTAL印刷电路板（PCB）布局指南

强调了晶体与芯片引脚的连接距离、负载电容的接地方式以及PCB布局的噪声控制等要点，提高系统的稳定性。

（四）标准I/O焊盘配置

展示了标准I/O引脚的可能模式，包括数字输出驱动、数字输入的上拉/下拉配置、模拟输入等。

（五）复位焊盘配置

说明了复位引脚的配置方式，确保系统的可靠复位。

（六）ADC使用注意事项

提供了在嘈杂环境中提高ADC性能的指导，如缩短ADC输入走线、屏蔽数字信号和电源噪声、滤波电源等。

九、封装和焊接

（一）封装概述

介绍了HVQFN33、LQFP48和LQFP64三种封装的尺寸和特点。

（二）焊接信息

提供了不同封装的回流焊接脚印信息，为焊接工艺提供了指导。

十、总结

LPC1315/16/17/45/46/47系列32位ARM Cortex - M3微控制器以其丰富的功能、高性能和低功耗的特点，为嵌入式应用提供了一个优秀的解决方案。无论是在消费电子、工业控制还是医疗设备等领域，都能发挥其优势。工程师在设计过程中，可根据具体需求合理选择型号和封装，充分利用其特性，开发出高效、稳定的嵌入式系统。同时，在实际应用中，还需注意各项参数和特性的细节，确保系统的可靠性和性能。大家在使用这款微控制器的过程中，有没有遇到过一些有趣的问题或者独特的应用场景呢？欢迎在评论区分享交流。