NuMicro™ NUC120：32位微控制器的卓越之选

在工业控制和需要丰富通信接口的应用领域，32位微控制器发挥着至关重要的作用。今天，我们将深入探讨NuMicro™ NUC120这款基于ARM® Cortex™ - M0内核的32位微控制器，了解它的特性、功能以及电气特性等方面的内容。

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一、产品概述

NuMicro™ NUC100系列是为工业控制和需要丰富通信接口的应用而设计的32位微控制器，包含NUC100、NUC120、NUC130和NUC140等产品线。其中，NUC120 USB Line具备USB 2.0全速功能，嵌入了Cortex™ - M0内核，运行频率高达50 MHz，拥有32K/64K/128K - byte的嵌入式闪存、4K/8K/16K - byte的嵌入式SRAM，以及4K - byte的ISP加载器ROM。同时，它还配备了丰富的外设，如定时器、看门狗定时器、RTC、PDMA、UART、SPI、I2C、I2S、PWM定时器、GPIO、PS/2、USB 2.0 FS设备、12位ADC、模拟比较器、低压复位控制器和欠压检测器等。

二、产品特性

（一）核心特性

• 高性能内核：ARM® Cortex™ - M0内核运行频率高达50 MHz，具备单周期32位硬件乘法器，支持低功耗睡眠模式，拥有24位系统定时器和NVIC（嵌套向量中断控制器），可处理32个中断输入，每个中断有4级优先级。
• 调试功能：支持串行线调试，具备2个观察点和4个断点。

（二）存储器特性

• 闪存：提供32K/64K/128K字节的程序代码闪存（128KB仅在中密度型号中支持），4KB的ISP加载器闪存，支持系统内编程（ISP）更新应用代码，具备512字节页面擦除功能，可配置数据闪存地址和大小（128KB系统），32KB和64KB系统固定为4KB数据闪存，支持通过SWD/ICE接口进行2线ICP更新，支持外部编程器的快速并行编程模式。
• SRAM：4K/8K/16K字节的嵌入式SRAM（16KB仅在中密度型号中支持），支持PDMA模式。

（三）时钟控制特性

• 灵活的时钟源：内置22.1184 MHz高速振荡器，在+25 °C和(V{DD}=5 V)时精度为±1 %，在 - 40 °C ~ +85 °C和(V{DD}=2.5 V ~ 5.5 V)时精度为±3 %；内置10 KHz低速振荡器，用于看门狗定时器和唤醒操作；支持一个PLL，最高可达50 MHz，用于高性能系统操作；支持外部4 ~ 24 MHz高速晶体输入，用于USB和精确计时操作；支持外部32.768 kHz低速晶体输入，用于RTC功能和低功耗系统操作。

（四）外设特性

• GPIO：具有四种I/O模式（准双向、推挽输出、开漏输出、高阻抗输入），可选择TTL/施密特触发器输入，I/O引脚可配置为中断源，支持高驱动和高灌电流IO模式。
• 定时器：支持4组32位定时器，每个定时器有独立的时钟源，提供单触发、周期性、Toggle和连续计数操作模式（中密度型号仅支持单触发和周期性模式），低密度型号支持事件计数功能。
• 看门狗定时器：具有多个时钟源，8个可选的超时周期（1.6ms ~ 26.0sec，取决于时钟源），可从掉电或空闲模式唤醒，超时可选择中断或复位。
• RTC：支持软件补偿，提供时间计数器（秒、分、小时）和日历计数器（日、月、年），支持闹钟寄存器，可选择12小时或24小时模式，自动识别闰年，支持周期性时间滴答中断，支持唤醒功能。
• PWM/捕获：内置最多四个16位PWM发生器，提供八个PWM输出或四个互补PWM输出对；最多八个16位数字捕获定时器（与PWM定时器共享），支持捕获中断。
• UART：最多三个UART控制器（低密度型号仅支持2个），UART端口具有流控制，UART0具有63字节FIFO，用于高速通信，UART1/2（可选）具有15字节FIFO，用于标准设备，支持IrDA（SIR）功能，支持RS - 485 9位模式和方向控制（低密度型号），可编程波特率发生器，支持PDMA模式。
• SPI：最多四组SPI控制器（低密度型号仅支持2个），主模式最高可达16 MHz，从模式最高可达10 MHz（芯片工作在5V时），支持SPI主/从模式，全双工同步串行数据传输，可变传输数据长度（1 - 32位），支持MSB或LSB先传输，支持字节暂停模式，支持PDMA模式。
• I2C：最多两组I2C设备，支持主/从模式，双向数据传输，多主总线，仲裁功能，串行时钟同步，可编程时钟，支持多地址识别。
• I2S：可与外部音频编解码器接口，支持主/从模式，可处理8、16、24和32位字长，支持单声道和立体声音频数据，支持I2S和MSB对齐数据格式，提供两个8字FIFO数据缓冲区，支持两个DMA请求。
• PS/2设备控制器：支持主机通信禁止和请求发送检测，接收帧错误检测，可编程1 - 16字节发送缓冲区，双数据接收缓冲区，软件覆盖总线。
• USB 2.0全速设备：一组USB 2.0 FS设备，速率为12Mbps，片上USB收发器，提供1个中断源和4个中断事件，支持控制、批量输入/输出、中断和同步传输，无总线信号3 ms时自动挂起，提供6个可编程端点，包含512字节内部SRAM作为USB缓冲区，提供远程唤醒功能。
• EBI（外部总线接口）：仅低密度64引脚封装支持，可访问空间为64KB（8位模式）或128KB（16位模式），支持8/16位数据宽度，支持16位数据宽度模式下的字节写入。
• ADC：12位SAR ADC，采样率高达600K SPS，最多8通道单端输入或4通道差分输入，支持单扫描/单周期扫描/连续扫描，每个通道有独立的结果寄存器，支持阈值电压检测，可通过软件编程或外部输入启动转换，支持PDMA模式。
• 模拟比较器：最多两个模拟比较器，负节点可选择外部输入或内部带隙电压，比较结果变化时产生中断，支持掉电唤醒。
• 其他特性：内置温度传感器，分辨率为1℃；欠压检测器具有4个级别（4.5 V/3.8 V/2.7 V/2.2 V），支持欠压中断和复位选项；低压复位阈值电压为2.0 V；工作温度范围为 - 40℃ ~ 85℃；采用全绿色封装（RoHS），提供LQFP 100引脚/64引脚/48引脚封装（100引脚仅中密度型号支持）。

三、产品选型与引脚配置

（一）产品选型

文档提供了中密度和低密度USB线路的产品选型指南，包括不同型号的APROM、RAM、数据闪存、连接性、加载器、ISP、ICP、封装、I/O、定时器、I2S、比较器、PWM、ADC、RTC、EBI等信息，工程师可以根据实际需求选择合适的型号。

（二）引脚配置

文档给出了中密度和低密度不同封装（LQFP 100引脚、64引脚、48引脚）的引脚图，方便工程师进行硬件设计时参考。

四、功能描述

（一）ARM® Cortex™ - M0核心

Cortex™ - M0处理器是一个可配置的多级32位RISC处理器，具有AMBA AHB - Lite接口和NVIC组件，支持Thumb代码，与其他Cortex - M系列处理器兼容，支持线程模式和处理模式，具备低功耗睡眠模式、NVIC中断控制、调试支持等功能。

（二）系统管理器

• 系统复位：可由上电复位、/RESET引脚低电平、看门狗超时复位、低压复位、欠压检测器复位、CPU复位和系统复位等事件触发。
• 系统电源分配：分为模拟电源、数字电源和USB收发器电源三个部分，内部电压调节器输出需要外部电容。
• 系统内存映射：提供4G字节的寻址空间，详细列出了各个片上控制器的内存地址分配。
• 系统定时器（SysTick）：提供一个简单的24位递减计数器，可作为实时操作系统（RTOS）的滴答定时器。
• 嵌套向量中断控制器（NVIC）：支持嵌套和向量中断，自动保存和恢复处理器状态，减少中断延迟，支持32个离散中断，具有4级优先级，支持尾链和晚到功能。

（三）时钟控制器

• 时钟生成：由5个时钟源组成，包括外部32.768 kHz低速晶体、外部4 ~ 24 MHz高速晶体、可编程PLL、内部22.1184 MHz高速振荡器和内部10 kHz低速振荡器。
• 系统时钟和SysTick时钟：系统时钟有5个时钟源，SysTick时钟可使用CPU时钟或外部时钟。
• 外设时钟：不同外设的时钟源开关设置不同。
• 掉电模式时钟：掉电模式下，部分时钟源和外设时钟仍保持活动。
• 频率分频器输出：配备2的幂次方频率分频器，可输出16种不同频率的时钟。

（四）其他功能模块

文档还详细介绍了USB设备控制器、通用I/O、I2C串行接口控制器、PWM发生器和捕获定时器、RTC、SPI、定时器控制器、看门狗定时器、UART接口控制器、PS/2设备控制器、I2S控制器、ADC、模拟比较器、PDMA控制器和外部总线接口等功能模块的工作原理和特性。

五、电气特性

（一）绝对最大额定值

包括直流电源、输入电压、振荡器频率、工作温度、存储温度、最大电流等参数的限制，超出这些范围可能会影响设备的寿命和可靠性。

（二）直流电气特性

分别给出了中密度和低密度型号的直流电气特性，包括工作电压、电源地、LDO输出电压、模拟工作电压、模拟参考电压、工作电流、空闲电流、待机电流、输入电流、输入泄漏电流、逻辑转换电流、输入低电压、输入高电压、源电流、灌电流、欠压电压等参数。

（三）交流电气特性

包括时钟高时间、时钟低时间、时钟上升时间、时钟下降时间等参数，以及外部4 ~ 24 MHz高速晶体、外部32.768 kHz低速晶体、内部22.1184 MHz高速振荡器和内部10 kHz低速振荡器的相关特性。

（四）模拟特性

详细介绍了12位SARADC、LDO和电源管理、低压复位、欠压检测器、上电复位、温度传感器、比较器和USB PHY的特性。

（五）闪存直流电气特性

包括闪存的耐久性、保留时间、页面擦除时间、整体擦除时间、编程时间、供电电压、读取电流、编程/擦除电流和掉电电流等参数。

（六）SPI动态特性

给出了SPI主模式和从模式在不同电压和负载电容下的数据设置时间、数据保持时间和数据输出有效时间等参数。

六、封装尺寸

文档提供了三种封装（100L LQFP、64L LQFP、48L LQFP）的详细尺寸信息，包括各个尺寸的最小值、标称值和最大值，方便工程师进行PCB设计。

七、总结

NuMicro™ NUC120微控制器以其丰富的特性、高性能的内核和多样化的外设，为工业控制和通信接口应用提供了强大的支持。在实际设计中，工程师可以根据具体需求选择合适的型号和封装，合理配置时钟和外设，以实现最佳的性能和功能。同时，要注意其电气特性的限制，确保设备的稳定运行。你在使用NuMicro™ NUC120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。