NuMicro-M051技术参考资料-中文版

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2016-4-30 14:25 上传

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NuMicro M051™ 系列
技术参考手册

NuMicro M051™ 系列是以ARM®
Cortex™-M0为内核的32位微控制器，应用于工业控制和需要丰富通信
接口的领域. Cortex™-M0是ARM最新的32位嵌入式处理器，成本仅相当于传统的8位微控制器。
NuMicro M051™ 系列包括M052, M054, M058 和 M0516.
NuMicro M051™系列运行频率最高可达50MHz，因此M051系列可应用于各种各样的工业控制和需要高
性能CPU的领域. NuMicro M051™ 系列内嵌有 8K/16K/32K/64K-字节的flash存储器, 4K字节数据flash存
储器，用于在系统编程（ISP）的4K字节 flash存储器，及 4K字节SRAM存储器.
许多系统级外设功能，如I/O端口、 EBI (外部总线接口)、Timer、UART、 SPI、I2C、PWM、ADC，
看门狗定时器和欠压检测，都已经被集成在NuMicro M051™ 系列，以减少系统外围元器件数量，节省
电路板空间和系统成本. 这些功能使NuMicro M051™ 系列适用于广泛应用。
此外，NuMicro M051™系列带有ISP（在系统编程）和ICP（在电路编程）功能，允许用户无需取下芯
片，直接在电路板上对程序存储器进行升级。

内核
„ ARM®
Cortex™-M0内核运行频率可达50MHz.
„  一个 24位系统定时器。
„  支持低功耗睡眠模式.
„  单指令周期32位硬件乘法器.
„  嵌套向量中断控制器NVIC支持32个中断输入，每个中断有4个优先级。
„  支持串行调试（SWD）接口，2 个观察点/4 断点。
内建一组 LDO支持宽工作电压范围：2.5V~5.5V  
存储器
„ 8KB/16KB/32KB/64KB Flash用于存储程序代码(APROM)
„ 4KB Flash用于存储数据(DataFlash)
„ 4KB Flash用于存储ISP引导代码 (LDROM)
„ 4KB字节SRAM用作内部高速暂存存储器
时钟控制
„  可编程的系统时钟源
„ 4~24 MHz外部高速晶振输入
„ 22.1184MHz内部高速振荡器（精度可达1%）
„  低功耗10KHz 的低速振荡器用于看门狗及睡眠模式唤醒
„ PLL支持CPU最高运行在50MHz

z I/O 端口
„  在LQFP48管脚封低装中，最多支持40个通用I/O端口（GPIO）
„ 4种I/O工作模式：
‹  准双向模式
‹  推挽输出模式
‹  开漏输出模式
‹  高阻抗输入模式
„  可选择TTL输入或施密特触发输入
„ I/O管脚可被配置为边沿/电平触发模式的中断源
„  较强的拉电流驱动能力和灌电流承受能力
定时器
„ 4组32位定时器，每组定时器均带有24位向上计数定时器和8位预分频计数器
„  每个定时器有独立的时钟源
„ 24位定时器值可由定时器数据寄存器（TDR）读出
„  提供3种工作模式：单脉冲模式，周期模式，开关模式。
看门狗定时器
„  多路时钟源
„  支持在掉电模式和休眠模式下的唤醒功能
„  可选择在看门狗定时溢出时产生看门狗定时器中断/系统复位

z PWM
„  内建4个16位PWM发生器，提供8路PWM或4对互补配对PWM输出  
„  每个PWM发生器配有单独的时钟源选择器，时钟分频器，8位时钟预分频器，和死区发生器
„ PWM中断与PWM周期同步
„ 16位捕捉定时器(共享PWM定时器)提供输入的上升/下降沿的捕捉功能
„  支持捕捉中断
z UART
„  最多两组UART设备
„  可编程波特率发生器
„  带缓冲的接收器和发送器，均带有15bytes的FIFO
„  可选择支持流程控制(CTS 和 RTS)
„  支持 IrDA(SIR) 功能  
„  支持RS485功能
z SPI
„  最高支持2组SPI设备
„  支持 SPI主机/从机模式
„  主机模式时钟频率高达20 MHz/ 从机模式时钟频率高达10MHz  
„  全双工同步串行数据传输
„  数据长度（从1到32位）可改变
„  可设置MSB或LSB优先的传输模式
„ Rx可在串行时钟的上升/下降沿锁存数据
„ Tx可在串行时钟的上升/下降沿发送数据
„ 32位传输模式下的字节暂停模式
I2C
„  支持主机/从机模式
„  主从机之间双向数据传输
„  多主机总线支持（无中心主机）
„  多主机间同时发送数据仲裁，总线上串行数据不会被损坏
„  串行时钟同步使得不同比特率的设备可以通过一条串行总线传输数据
„  串行时钟同步可用于握手机制来暂停和恢复串行传输
„  可编程配置的时钟可适应多样化的传输速率控制.
„  支持多地址识别 (4组从机地址带屏蔽选项)

ADC
„ 12位逐次逼近式模数转换器ADC，转换速率达 600k SPS  
„ 8通道单端输入或4通道差分输入
„  支持单次转换模式/突发模式/单周期扫描模式/连续扫描模式
„  每通道有独立的存放转换结果的寄存器
„  支持转换值监测（或比较），用于门槛电压检测
„  转换开始可由软件或外部触发
z EBI (外部总线接口) ，用于外部存储器映射设备的访问
„  可访问的空间: 8位模式下为64KB，16位模式下为128KB   
„  支持8bit/16bit 数据宽度
z  在系统编程（ISP）与在电路编程（ICP）
z  欠压检测
„  支持四级检测电压: 4.5V/3.8V/2.7V/2.2V
„  支持欠压中断和复位选择
z LVR （低电压复位）
„  门槛电压: 2.0V
z  工作温度: -40 ~85 ℃℃

6.2.7  系统定时器(SysTick)
Cortex-M0 包含一个集成的系统定时器, SysTick. SysTick 提供一种简单，24位写清零，递减计数，计
数至0后自动重装载的计数器，有一个灵活的控制机制。计数器可作为实时操作系统的滴答定时器或者
一个简单的计数器。
使能后，系统定时器从SysTick 当前值寄存器(SYST_CVR)的值向下计数到0，并在下一个时钟边沿，重
新加载SysTick重装载值寄存器(SYST_RVR)的值到SysTick当前值寄存器(SYST_CVR) ，然后随接下来
的时钟递减。当计数器减到0时，标志位COUNTFLAG置位，读系统定时器的控制与状态寄存器
（SYST_CSR）将清零标志位COUNTFLAG。

复位后，SYST_CVR 的值未知。使能前，软件应该向寄存器写入0。这样确保定时器在使能后以
SYST_RVR中的值计数，而非任意值。

若SYST_RVR 是0 ，在重新加载后，定时器将保持当前值0，这种机制可以用来在不使用系统定时器的
使能位的情形下禁用系统定时器。

嵌套向量中断控制器 (NVIC)
Cortex-M0提供中断控制器，作为异常模式的组成部分，称之为“嵌套向量中断控制器(NVIC)”。 它与处
理器内核紧密联系，并具有以下特性：

„  支持嵌套和向量中断
„  自动保存和恢复处理器状态
„  可动态改变优先级
„  简化的精确的中断延迟

NVIC对所有支持的异常按优先级排序并处理，所有异常在“处理模式“处理. NVIC结构支持具有四级优先
级的32个(IRQ[31:0])离散中断。 所有的中断和大多数系统异常可以配置为不同优先级。当中断发生
时，NVIC将比较新中断与当前中断的优先级，如果新中断优先级高于当前中断，则新中断将代替当前
中断被处理。

当任何中断被响应时，中断服务程序ISR的起始地址可从内存的向量表中取得。不需要确定哪个中断被
响应，也不要软件分配相关中断服务程序（ISR）的起始地址。当起始地址取得时，NVIC将自动保存处
理状态，包括以下寄存器“PC, PSR, LR, R0~R3, R12” 的值到栈中。 在ISR结束时, NVIC 将从栈中恢复
相关寄存器的值，恢复正常操作， 因此处理器将花费更少的确定的时间去处理中断请求。

NVIC支持末尾连锁“Tail Chaining” ，有效处理背对背中断“back-to-back interrupts”， 即无需保存和恢复
当前状态从而减少从当前ISR结束切换到挂起的ISR的延迟时间。NVIC还支持晚到“Late Arrival”，改善
同时发生的ISR的效率。当较高优先级中断请求发生在当前ISR开始执行之前（保存处理器状态和获取
起始地址阶段），NVIC将立即选择处理更高优先级的中断，从而提高了实时性。

向量表
当任何中断被响应时，处理器会自动从内存的向量表中获取中断服务程序（ISR）的起始地址。对于
ARMv6-M, 向量表的基地址固定在0x00000000。向量表包括复位后栈指针的初始值，所有异常处理函
数的入口地址。在上一页定义的向量号定义向量表中与上一部分说明的异常处理函数入口相关的入口顺
序。

操作描述
通过写相应中断使能设置寄存器或清使能寄存器位域，可以使能NVIC中断或禁用NVIC中断，这些寄存
器通过写1使能和写1清零，读取这两种寄存器均返回当前相应中断的使能状态。当某一个中断被禁用
时，中断声明将使该中断挂起，然而，该中断不会被激活。如果某一个中断在被禁用时处于激活状态，
该中断就保持在激活状态，直到通过复位或异常返回来清除。清使能位可以阻止相关中断被再次激活。
NVIC中断可以使用互补的寄存器对来挂起/解除挂起以使能/禁用这些中断，这些寄存器分别为Set-
Pending寄存器与Clear-Pending寄存器，这些寄存器使用写1使能和写1清楚的方式，读取这两种寄存器
返回当前相应中断的挂起状态。Clear-Pending寄存器不会对处于激活状态的中断的执行状态产生任何
影响。
NVIC中断通过更新32位寄存器中的各个8位字段（每个寄存器支持4个中断）来分配中断的优先级。
与NVIC相关的通用寄存器都可以从内存系统控制空间的一块区域访问，下一节将作出描述.

RS-485 模式  
UART 支持RS-485 9位模式. RS-485模式通过设置UA_FUN_SEL寄存器选择RS-485功能设定。使用来
自异步串行口的RTS控制信号来使能RS-485驱动器，执行RS-485驱动器控制。在RS-485模式下，RX
与TX的许多特性与UART相同。  
RS-485 模式下，控制器可以配置成可寻址的RS-485从机，RS-485主机发送器将通过设置校验位 (第9
位)为1来识别一个地址字符。对于数据字符，校验位设置为0. 软件可通过设置寄存器UA_LCR 控制第9
位 (PBE , EPE 和 SPE置位, 第9位发送0 , PBE 和 SPE 置位，EPE清零, 第9位发送1). 该控制器支持三
种操作模式：RS-485 普通多点模式(NMM), RS-485 自动地址识别模式 (AAD) 和RS-485 自动方向控制
模式(AUD), 可通过编程UA_RS-485_CSR寄存器选择其中一种工作模式, 通过设置UA_TOR [DLY] 可以
设置上一个停止位与下一个开始位之间的延迟时间.  

RS-485 普通多点模式 (NMM)
RS-485 普通多点模式, 首先必须软件配置在地址位之前检测到的数据是否存储于RX-FIFO中。如果想软
件忽略地址位之前检测到的所有数据，则接下来是设置UART_FCR[RS485_RX_DIS]和使能UA_RS-
485[RS485_NMM]，这样，接收器忽略所有数据直至检测到地址字节（bit9=1）并将地址字节数据存储
于RX-FIFO中。如果想软件接收检测到地址位之前的所有数据，接下来就是禁止UART_FCR
[RS485_RX_DIS]和使能UA_RS-485[RS485_NMM]，这样，接收器就会接收所有数据。如果检测到地
址位，RS-485控制器会向CPU产生一个中断，软件可通过设定UA_RS-485_FCR [RX_DIS]来决定是否
使能接收器来接收接下来的数据字节。如果使能接收器接收，所有接收的数据都将被接收并存储于RX-
FIFO中，如果禁用接收器，则接收到的所有数据都将被忽略直至下一个地址位被检测到。若软件设置
UA_RS-485禁用接收器, 当检测到下一个地址字节，控制器清UA_RS-485_FCR [RX_DIS]位，地址字节
数据存储到RX-FIFO.

RS-485 自动地址识别模式 (AAD)
RS-485自动地址识别模式下, 接收器在检测到地址字节（bit9=1）并且地址字节数据与UA_ALT_CSR
[ADDR_MATCH]的值相匹配之前，忽略所有数据. 地址字节数据将被存储在RX-FIFO. 所有接收字节数
据将被接受，并存储于RX-FIFO 直到地址字节不匹配UA_ALT_CSR [ADDR_MATCH] 的值为止.
RS-485 自动方向模式 (AUD)
RS-485控制器的另一个功能是自动方向控制. 使用来自异步串行口的RTS控制信号来使能RS-485驱动
器，执行RS-485驱动器控制. RTS线被连接到RS-485驱动器使能，以便设置RTS线为高（逻辑1）使能
RS-485 驱动器. 设置RTS为低（逻辑0），使驱动器进入tri-state状态. 用户通过设置寄存器UA_MCR 中
的LEV_RTS位改变 RTS 驱动电平.  

编程流程示例:
1. 设置寄存器UA_FUN_SEL中的FUN_SEL位选择RS-485功能.
2. 设置寄存器UA_FCR 中的RX_DIS 位使能或禁用RS-485 接收器
3. 设置RS-485_NMM 或 RS-485_AAD 模式.
4. 如果选择RS-485_AAD 模式, ADDR_MATCH设置成自动地址匹配值.
5. 设置RS-485_AUD选择自动方向控制.

NuMicro M051™系列包含 一个8通道12位的逐次逼近式 模拟 – 数字转换器 (SAR A/D转换器). A/D 转换
器支持 四种工作模式: 单次转换模式、突发转换模式、单周期扫描模式和连续扫描模式.开始A/D 转换可
软件设定和外部STADC/P3.2引脚启动。  
6.11.2  特征
y  模拟输入电压范围: 0~0～AVDD(最大5.0V).
y 12位分辨率和10位精确度保证.
y  多达 8 路单端模拟输入通道或4路差分模拟输入通道.
y  最大 ADC 时钟频率 16MHz.  
y  高达600k SPS 转换速率.
y  四种操作模式
-  单次转换模式:A/D转换在指定通道完成一次转换.
-  单周期扫描模式:A/D 转换在所有指定通道完成一个周期（从低序号通道到高序号通道）转换.
-  连续扫描模式：A/D 转换器连续执行单周期扫描模式直到软件停止A/D转换.
-  突发模式：A/D 转换 采样和转换在指定单个通道进行，并将结果顺序地存入FIFO.

y A/D转换开始条件
-  软件向ADST 位写1
-  外部引脚STADC触发
y  每通道转换结果存储在相应数据寄存器内，并带有有效或超出限度的标志.
y  转换结果可和指定的值相比较， 当转换值和设定值相匹配时，用户可设定是否产生中断请求.
y  通道 7 支持 2 输入源：外部模拟电压, 内部带隙电压.
y  支持自身校正功能以减少转换的误差.

ADC操作步骤
A/D转换器通过逐次逼近的方式运行，分辨率为12位. A/D 具有自身校正功能 减少转换的误差, 用户可写
1 到 CALEN 位（ ADCALR 寄存器） 使能自身校正功能, 当内部校正完成时 CAL_DONE 置位。 ADC
具有4种操作模式: 单次转换模式、突发转换模式、单周期扫描模式和连续扫描模式. 当改变工作模式或
使能的模拟输入通道时, 为了防止错误的操作, 软件需清 ADST 位为 0 (ADCR 寄存器).  

ADC 时钟发生器
最大采样率达600K. ADC有三个时钟源，可由ADC_S (CLKSEL[3:2])选择, ADC时钟频率由一个8位分频
器按如下公式进行8位预分频:  
The ADC 时钟频率 = (ADC 时钟源频率) / (ADC_N+1);  
8位ADC_N 在寄存器CLKDIV[23:16]中.
通常来说，软件可以设置ADC_S 与 ADC_N 获得 16MHZ 或稍低于16MHZ的频率。
  

单次转换模式
在单次转换模式下, A/D 转换只在指定的通道上执行一次，操作流程如下:
1.  当通过软件或外部触发输入使 ADCR 的ADST  置位开始A/D 转换.
2.  当 A/D 转换完成, A/D 转换的数据值将存储于相应通道的A/D数据寄存器中
3. A/D 转换完成, ADSR 的ADF 位置1. 若此时ADIE 位置1, 将产生ADC中断.
4. A/D转换期间，ADST 位保持为1. A/D 转换结束, ADST 位自动清 0 ，A/D 转换器进入空闲模式