探索LPC1311/13/42/43：32位ARM Cortex - M3微控制器的卓越性能

在嵌入式应用领域，高性能、低功耗的微控制器一直是工程师们追求的目标。NXP的LPC1311/13/42/43系列32位ARM Cortex - M3微控制器，凭借其高度集成和低功耗的特性，成为了众多嵌入式项目的理想选择。今天，我们就来深入了解一下这款微控制器的特点、功能以及应用场景。

文件下载：LPC1343FHN33,518.pdf

一、概述

LPC1311/13/42/43系列微控制器基于ARM Cortex - M3内核，专为嵌入式应用设计，具有高度集成和低功耗的特点。该系列微控制器的CPU频率最高可达72 MHz，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条总线。此外，它还包含一个内部预取单元，支持推测分支。

该系列由LPC1300系列（LPC1311/13/42/43）和LPC1300L系列（LPC1311/01和LPC1313/01）组成。LPC1300L系列在LPC1300系列的基础上进行了一些增强，如更低的功耗模式、四级BOD强制复位、第二个SSP控制器（仅LPC1313FBD48/01）、窗口看门狗定时器（WWDT）等。

二、特性与优势

1. 强大的处理器

• 高性能内核：采用ARM Cortex - M3处理器，运行频率最高可达72 MHz，具备Thumb - 2指令集、低中断延迟、硬件乘除等特性，能够提供高效的处理能力。
• 嵌套向量中断控制器（NVIC）：集成了NVIC，支持多达17个向量中断，并且多达40个GPIO输入可作为NVIC向量，提供了灵活的中断处理能力。

2. 丰富的存储资源

• 闪存：拥有32 kB（LPC1343/13）、16 kB（LPC1342）或8 kB（LPC1311）的片上闪存编程内存，可满足不同应用的代码存储需求。
• SRAM：配备8 kB（LPC1343/13）或4 kB（LPC1342/11）的SRAM，为数据处理提供了足够的空间。

3. 灵活的编程方式

支持系统内编程（ISP）和应用内编程（IAP），可通过片上引导加载程序软件实现。启动方式可选择UART或USB（仅LPC1342/43支持USB），并且LPC1342/43还具备USB MSC和HID片上驱动。

4. 多样的串行接口

• USB 2.0：仅LPC1342/43支持，具备全速设备控制器和片上PHY，支持12 Mbit/s的数据交换。
• UART：具有分数波特率生成、调制解调器、内部FIFO和RS - 485/EIA - 485支持，最高数据比特率可达4.5 MBit/s。
• SSP：支持SSP、4线SSI或Microwire总线，最高速度可达36 Mbit/s（主模式）或6 Mbit/s（从模式）。LPC1313FBD48/01还额外配备一个SSP控制器。
• I2C：支持完整的I2C总线规范和Fast - mode Plus，数据速率可达1 Mbit/s，具备多地址识别和监控模式。

5. 其他外设

• GPIO：多达42个通用I/O引脚，可配置上拉/下拉电阻，支持边缘和电平敏感中断。
• 定时器：包含四个通用计数器/定时器，共有四个捕获输入和13个匹配输出。
• 看门狗定时器：标准看门狗定时器（WDT）和窗口看门狗定时器（WWDT，仅LPC1311/01和LPC1313/01），可确保系统的可靠性。
• 系统滴答定时器：用于产生固定时间间隔的中断。
• ADC：10位逐次逼近型ADC，具有8个通道，输入范围为0 V至VDD。

6. 低功耗设计

支持睡眠、深度睡眠和深度掉电三种低功耗模式，通过集成的电源管理单元（PMU）和电源配置文件，可根据应用需求优化性能和功耗。

三、应用领域

LPC1311/13/42/43系列微控制器适用于多种应用领域，如电表、照明、报警系统和白色家电等。其高性能、低功耗和丰富的外设接口，能够满足不同应用的需求。

四、订购信息

该系列微控制器提供48引脚LQFP封装和33引脚HVQFN封装，用户可根据具体需求选择不同的型号和封装。

五、功能描述

1. 架构概述

ARM Cortex - M3包含三条AHB - Lite总线：系统总线、I - code总线和D - code总线。I - code和D - code核心总线比系统总线更快，可实现并发操作，提高系统性能。

2. 内存映射

微控制器包含多个不同的内存区域，包括AHB外设区域、APB外设区域、闪存、SRAM等。中断向量区域支持地址重映射，方便用户进行内存管理。

3. 嵌套向量中断控制器（NVIC）

NVIC是Cortex - M3的重要组成部分，可控制系统异常和外设中断，支持8个可编程中断优先级级别，具备可重定位向量表和软件中断生成功能。

4. IOCONFIG块

IOCONFIG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。

5. 快速通用并行I/O

未连接到特定外设功能的引脚由GPIO寄存器控制，可动态配置为输入或输出。GPIO块是专用的AHB外设，可实现最快的I/O时序。

6. USB接口（仅LPC1342/43）

USB接口是设备控制器，具备片上PHY，支持全速USB设备功能，可实现12 Mbit/s的数据交换。

7. 时钟和电源控制

• 集成振荡器：包含系统振荡器、内部RC振荡器（IRC）和看门狗振荡器，可根据应用需求选择不同的时钟源。
• PLL：LPC1342/43包含系统PLL和专用的USB PLL，可将输入时钟频率倍频至所需的输出频率。
• 电源模式：支持睡眠、深度睡眠和深度掉电三种低功耗模式，可通过软件控制时钟源和PLL，优化功耗。

8. 系统控制

• 启动逻辑：将外部引脚连接到NVIC中的相应中断，可作为外部中断引脚，也可用于从深度睡眠模式唤醒芯片。
• 复位：有RESET引脚、看门狗复位、上电复位（POR）和欠压检测（BOD）电路四种复位源。
• 欠压检测：可监测VDD引脚的电压，当电压低于选定的阈值时，可产生中断信号或强制复位。
• 代码安全：支持不同级别的代码读取保护（CRP），可限制对片上闪存和串行线调试器（SWD）、系统内编程（ISP）的访问。
• 引导加载程序：控制复位后的初始操作，可执行ISP命令处理程序或用户应用代码，也可通过USB对闪存进行编程。

六、电气特性

1. 限制值

包括电源电压、输入电压、供应电流等参数的限制范围，确保微控制器在安全的工作条件下运行。

2. 静态特性

详细描述了不同工作模式下的电源消耗、输入输出电流和电压等参数，为电路设计提供了参考。

3. 动态特性

包括电源上升斜坡条件、闪存特性、外部时钟、内部振荡器、I/O引脚、I2C总线、SSP接口和USB接口等的动态特性，有助于工程师进行时序设计和性能优化。

七、应用信息

1. USB接口解决方案

提供了自供电设备和总线供电设备的USB接口建议解决方案，方便用户进行USB接口设计。

2. 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，以及在不同模式下的操作建议。

3. PCB布局指南

给出了晶体连接和负载电容的布局建议，以减少噪声和寄生效应。

4. 标准I/O垫配置

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（上拉/下拉/中继模式）和模拟输入。

5. 复位垫配置

介绍了复位引脚的配置，包括ESD保护和20 ns RC引脚毛刺滤波器。

6. ADC使用注意事项

提供了在噪声环境中提高ADC性能的建议，如缩短ADC输入走线、屏蔽数字信号和滤波电源等。

7. 电磁兼容性（EMC）

给出了LPC1343FBD48的辐射发射测量结果，帮助工程师评估微控制器的电磁兼容性。

八、封装与焊接

1. 封装

提供了LQFP48和HVQFN33两种封装的详细尺寸和引脚信息。

2. 焊接

给出了LQFP48和HVQFN33封装的回流焊接脚印信息，方便工程师进行焊接设计。

九、总结

LPC1311/13/42/43系列32位ARM Cortex - M3微控制器以其高性能、低功耗、丰富的外设接口和灵活的编程方式，为嵌入式应用提供了强大的支持。无论是在电表、照明、报警系统还是白色家电等领域，都能发挥出其卓越的性能。作为电子工程师，我们可以根据具体的应用需求，充分利用该系列微控制器的特性，设计出更加高效、可靠的嵌入式系统。你在使用这款微控制器的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。