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[经验] LPC800系列LPC824介绍

2019-9-23 09:05:04  202 LPC800 MCU
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LPC800 系列是 NXP 推出的以 ARM Cortex-M0+ 为核心的 32 位 MCU,为基本微控制器应用提供了一系列低功耗、节省空间、低引脚数的选项。同时,LPC800系列MCU包含了差异化的产品特性,目前已有 LPC80X,LPC81X,LPC82X,LPC83X,LPC84X五个子系列,以及带有 NFC 接口的 LPC8N04。另外,LPC800 系列延续了所有 LPC 微控制器的传统,每个型号都配置了一个 ROM 区,内置常用外设的底层驱动,如 ADC、SPI、I2C、USART 等,还内置了通过串口 UART 烧写 Flash 的 ISP(在系统中编程 In-System Programming)程序,和 IAP(在应用中编程 In-Application Programming)程序,方便用户烧录和升级片内程序。
下表列出了 LPC800 系列之间的主要差别:


图1. LPC800 Feature Comparison


  • LPC8N04 是一个带 NFC 接口的 MCU,适合于带集成 NFC 连接的嵌入式应用,是一款入门级数据连接解决方案。 LPC8N04 具有 32K Flash、8K RAM、一个 I2C 和一个 SPI 接口,以及 12 个 GPIO 端口。
  • LPC80x最高主频为 15 MHz,其程序存储器为 EEPROM 工艺,可以方便的作为数据 EEPROM 使用。同时 LPC80X 具有单独的外设电源域,在部分 GPIO 上支持电平转换。另外 LPC804还带有电容触控接口和可编程逻辑单元 (PLU),可取代部分片外逻辑。
  • LPC81x系列均衡了多种多样的定时、连接和模拟外设,同时采用低引脚、易于使用的封装来进行交付。为了简化串行通信要求,可配置模式匹配引擎,在8个引脚上生成用户可配置的布尔运算的中断。
  • LPC82x 系列提供了比 LPC81x 系列更高的集成度,具有更大的存储器空间、双倍的最大闪存和 SRAM 大小、一个 18 通道 DMA,并增加了更多的 I2C 串行接口和一个 12 位 ADC。
  • LPC83x 系列基于 LPC81x 的功能,增加了其闪存大小和添加了一个 12 位 ADC,采样率可高达 1.2 Msps。
  • LPC84x 系列运行频率高达 30 MHz,同时支持高达 64 KB 的闪存和 16 KB的 SRAM。该系列在将 FRO 用作时钟源的低电流模式下具备卓越的功率效率。其外设也更为丰富,包括 1 个 CRC 引擎,4 个 I2C 总线接口,多达 5 个 UART,多达 2 个 SPI 接口,电容触摸界面,两个 10 位 DAC,一个模拟比较器, 1 个输入模式匹配引擎,以及多达 54 个通用 I/O 引脚。LPC84X 还具有 FAIM 模块,用于在启动时快速配置其它模块的初始状态。

下面我们以市场上的明星产品 LPC824 为例来介绍 LPC800 系列的相关特性:

图 2. LPC824 框图 & 特性

LPC824 的特性
  • 系统
    • 30-MHz Cortex-M0+ ARM 内核
    • 32 kB Flash, 每页大小低至 64 B
    • 8 kB RAM
    • 18 通道 DMA
  • 优异的能效控制
    • 工作模式下能耗低至 90 µA/MHz
    • 5 种功耗模式
    • 功率分布 API 可以使能耗优化变得更加简单
    • 集成 PMU
  • 丰富的串行接口
    • 4 I2C (1 Fm+, 3 Fm), 2 SPI, 3 UART
    • 29 个局哟与匹配功能的GPIO
  • 开关矩阵(SWM)可以灵活的分配各 GPIO 的数字功能
  • 模拟部分
    • 2 M 采样速率的 ADC: 12 通道, 12位
    • power use
    • 比较器:4 个输入引脚,可使用外部参考电压或者内部的 VREF
  • 定时器: SCTimer/PWM, MRT, 窗口式看门狗, 自动唤醒定时器
  • 单电源供电: 1.8 to 3.6V
  • 温度范围: -40 to +105 °C
  • 封装: TSSOP20, HVQFN33

状态可配置定时器 SCT
  • 可以作为普通 Timer,硬件有限状态机引擎或两者功能的组合
  • 普通 Timer
  • 向上/向下计数,计数值重载,计数匹配,中断产生,DMA 触发
  • 硬件有限状态机引擎
  • 可以灵活定义计数器,输出信号,中断,DMA 行为
  • 组合功能
  • Timer & I/O 产生事件,事件控制 Timer

多速率定时器 MRT
  • 31 位中断定时器
  • 4 个独立通道的向下计数器,计数值独立设置
  • 3 种可配置工作模式
  • 重复中断触发
  • 单次总线停止
  • 单次中断触发

开关矩阵(Switch Matrix):用于灵活地配置外部输入输出引脚
  • 开关矩阵可分配的引脚和功能
  • 除了电源和地管脚以外,任意外部管脚均可被 SWM 分配功能
  • 可分配的功能包括 UART、SPI、I2C、SCT、比较器输出、CLKOUT、逻辑匹配输出
  • 特定功能引脚仅可被管理(不能被分配)
  • 如外部晶振引脚、比较器输入口、ADC 采样、复位口、SWD 调试接口、GPIO口

图 3. 开关矩阵功能示意图





图 4. 开关矩阵功能框图

低功耗模式
  • LPC824 支持 4 种低功耗模式
  • 睡眠模式
  • 深度睡眠模式
  • 掉电模式
  • 深度掉电模式

图 5. 低功耗典型值


根据以上介绍总结一下 LPC800 特点如下:
  • 简单
  • 低价位的高性能
  • 性能比 8/16 位 MCU 高 2-10 倍
  • 与 8/16 位 MCU 相比,功耗节省 2-3 倍
  • 代码尺寸比 8/16 位 MCU 小 40-50%
  • 单周期 IO 访问
  • 易于使用和灵活的外设: SCTimer / PWM,多速率定时器,开关矩阵,USART,I2C,SPI

那么我们可以使用 LPC800 应用于哪些场景呢?
  • 功耗和尺寸敏感的控制和连接任务,例如:
  • 传感器网关连接并集中来自模拟和/或数字传感器的数据
  • 终端节点连接,例如 NFC,BT
  • HMI的电容式触摸,滑动和手势感应
  • 基本电机控制(例如风扇控制)
  • 简单的8/16位替换
  • 在消费,工业,可穿戴和游戏市场的广泛入门级产品中,例如:
  • 恒温器和家庭环境监测设备
  • 玩具,模特,动作人物
  • 家庭和楼宇自动化
  • 工业控制
  • 灯光
  • 服务器/机架监控
  • 便携/可穿戴健身产品
还有更多的场景等待着我们想象开发!

最后,给大家介绍 LPC824 典型应用案列之一:电池包管理

图 6. 基于 LPC824 的电池包管理应用框图

该方案特点:
  • 低功耗和快速唤醒
  • 低功耗的要求是保证电池在不使用时,尽量减少电量的消耗,延长电池的待机寿命。
  • 快速唤醒的要求则是保证电池从待机到全力输出电量的时间间隔尽可能地短。
  • 多个ADC的测量通道
  • 在充电时需要监测和控制电池的充电电压和充电电流;
  • 为了均衡串并联的单体电池间的个体差异,可能需要监测施加到每个单体电池的状况,并实现分别控制;
  • 在实际使用中,需要监视电池放电的电压和电流,防止超大电流放电或短路时损坏电池;
  • 在充放电时监视电池的温度,防止过热甚至爆炸;
  • 对于某些电池,可能需要在充电前,需要把电池残存的电量放空,此时也需要进行有效地监控。
  • 多个PWM的输出通道:
  • 有效地控制充电的电压和电流;
  • 有效地控制实际使用过程中的电流,防止过载;
  • 寒冷地区,有时需要适当加热以保持电池的正常体温;
  • 有时需要控制指示灯的视觉效果等。
  • 多个通信通道
  • 需要和其它设备通信,例如蓝牙模块(UART或SPI),其它电池包(I2C或UART);
  • 实现用于电池管理的SMBus;
  • 扩展其它模组的通道等。
  • 多个GPIO控制引脚等。
  • 一些高档的电池包,本身还会配有显示屏,以显示各种参数。

更多 LPC800 系列资料,请参考 NXP 官网链接:
https://www.nxp.com/products/processors-and-microcontrollers/arm-microcontrollers/general-purpose-mcus/lpc800-cortex-m0-plus-:MC_71785

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