NuMicro? NUC120：32位微控制器的卓越之選

在工業(yè)控制和需要豐富通信接口的應(yīng)用領(lǐng)域，32位微控制器發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。今天，我們將深入探討NuMicro? NUC120這款基于ARM? Cortex? - M0內(nèi)核的32位微控制器，了解它的特性、功能以及電氣特性等方面的內(nèi)容。

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一、產(chǎn)品概述

NuMicro? NUC100系列是為工業(yè)控制和需要豐富通信接口的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的32位微控制器，包含NUC100、NUC120、NUC130和NUC140等產(chǎn)品線。其中，NUC120 USB Line具備USB 2.0全速功能，嵌入了Cortex? - M0內(nèi)核，運(yùn)行頻率高達(dá)50 MHz，擁有32K/64K/128K - byte的嵌入式閃存、4K/8K/16K - byte的嵌入式SRAM，以及4K - byte的ISP加載器ROM。同時(shí)，它還配備了豐富的外設(shè)，如定時(shí)器、看門狗定時(shí)器、RTC、PDMA、UART、SPI、I2C、I2S、PWM定時(shí)器、GPIO、PS/2、USB 2.0 FS設(shè)備、12位ADC、模擬比較器、低壓復(fù)位控制器和欠壓檢測(cè)器等。

二、產(chǎn)品特性

（一）核心特性

• 高性能內(nèi)核：ARM? Cortex? - M0內(nèi)核運(yùn)行頻率高達(dá)50 MHz，具備單周期32位硬件乘法器，支持低功耗睡眠模式，擁有24位系統(tǒng)定時(shí)器和NVIC（嵌套向量中斷控制器），可處理32個(gè)中斷輸入，每個(gè)中斷有4級(jí)優(yōu)先級(jí)。
• 調(diào)試功能：支持串行線調(diào)試，具備2個(gè)觀察點(diǎn)和4個(gè)斷點(diǎn)。

（二）存儲(chǔ)器特性

• 閃存：提供32K/64K/128K字節(jié)的程序代碼閃存（128KB僅在中密度型號(hào)中支持），4KB的ISP加載器閃存，支持系統(tǒng)內(nèi)編程（ISP）更新應(yīng)用代碼，具備512字節(jié)頁(yè)面擦除功能，可配置數(shù)據(jù)閃存地址和大小（128KB系統(tǒng)），32KB和64KB系統(tǒng)固定為4KB數(shù)據(jù)閃存，支持通過(guò)SWD/ICE接口進(jìn)行2線ICP更新，支持外部編程器的快速并行編程模式。
• SRAM：4K/8K/16K字節(jié)的嵌入式SRAM（16KB僅在中密度型號(hào)中支持），支持PDMA模式。

（三）時(shí)鐘控制特性

• 靈活的時(shí)鐘源：內(nèi)置22.1184 MHz高速振蕩器，在+25 °C和(V{DD}=5 V)時(shí)精度為±1 %，在 - 40 °C ~ +85 °C和(V{DD}=2.5 V ~ 5.5 V)時(shí)精度為±3 %；內(nèi)置10 KHz低速振蕩器，用于看門狗定時(shí)器和喚醒操作；支持一個(gè)PLL，最高可達(dá)50 MHz，用于高性能系統(tǒng)操作；支持外部4 ~ 24 MHz高速晶體輸入，用于USB和精確計(jì)時(shí)操作；支持外部32.768 kHz低速晶體輸入，用于RTC功能和低功耗系統(tǒng)操作。

（四）外設(shè)特性

• GPIO：具有四種I/O模式（準(zhǔn)雙向、推挽輸出、開漏輸出、高阻抗輸入），可選擇TTL/施密特觸發(fā)器輸入，I/O引腳可配置為中斷源，支持高驅(qū)動(dòng)和高灌電流IO模式。
• 定時(shí)器：支持4組32位定時(shí)器，每個(gè)定時(shí)器有獨(dú)立的時(shí)鐘源，提供單觸發(fā)、周期性、Toggle和連續(xù)計(jì)數(shù)操作模式（中密度型號(hào)僅支持單觸發(fā)和周期性模式），低密度型號(hào)支持事件計(jì)數(shù)功能。
• 看門狗定時(shí)器：具有多個(gè)時(shí)鐘源，8個(gè)可選的超時(shí)周期（1.6ms ~ 26.0sec，取決于時(shí)鐘源），可從掉電或空閑模式喚醒，超時(shí)可選擇中斷或復(fù)位。
• RTC：支持軟件補(bǔ)償，提供時(shí)間計(jì)數(shù)器（秒、分、小時(shí)）和日歷計(jì)數(shù)器（日、月、年），支持鬧鐘寄存器，可選擇12小時(shí)或24小時(shí)模式，自動(dòng)識(shí)別閏年，支持周期性時(shí)間滴答中斷，支持喚醒功能。
• PWM/捕獲：內(nèi)置最多四個(gè)16位PWM發(fā)生器，提供八個(gè)PWM輸出或四個(gè)互補(bǔ)PWM輸出對(duì)；最多八個(gè)16位數(shù)字捕獲定時(shí)器（與PWM定時(shí)器共享），支持捕獲中斷。
• UART：最多三個(gè)UART控制器（低密度型號(hào)僅支持2個(gè)），UART端口具有流控制，UART0具有63字節(jié)FIFO，用于高速通信，UART1/2（可選）具有15字節(jié)FIFO，用于標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，支持IrDA（SIR）功能，支持RS - 485 9位模式和方向控制（低密度型號(hào)），可編程波特率發(fā)生器，支持PDMA模式。
• SPI：最多四組SPI控制器（低密度型號(hào)僅支持2個(gè)），主模式最高可達(dá)16 MHz，從模式最高可達(dá)10 MHz（芯片工作在5V時(shí)），支持SPI主/從模式，全雙工同步串行數(shù)據(jù)傳輸，可變傳輸數(shù)據(jù)長(zhǎng)度（1 - 32位），支持MSB或LSB先傳輸，支持字節(jié)暫停模式，支持PDMA模式。
• I2C：最多兩組I2C設(shè)備，支持主/從模式，雙向數(shù)據(jù)傳輸，多主總線，仲裁功能，串行時(shí)鐘同步，可編程時(shí)鐘，支持多地址識(shí)別。
• I2S：可與外部音頻編解碼器接口，支持主/從模式，可處理8、16、24和32位字長(zhǎng)，支持單聲道和立體聲音頻數(shù)據(jù)，支持I2S和MSB對(duì)齊數(shù)據(jù)格式，提供兩個(gè)8字FIFO數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，支持兩個(gè)DMA請(qǐng)求。
• PS/2設(shè)備控制器：支持主機(jī)通信禁止和請(qǐng)求發(fā)送檢測(cè)，接收幀錯(cuò)誤檢測(cè)，可編程1 - 16字節(jié)發(fā)送緩沖區(qū)，雙數(shù)據(jù)接收緩沖區(qū)，軟件覆蓋總線。
• USB 2.0全速設(shè)備：一組USB 2.0 FS設(shè)備，速率為12Mbps，片上USB收發(fā)器，提供1個(gè)中斷源和4個(gè)中斷事件，支持控制、批量輸入/輸出、中斷和同步傳輸，無(wú)總線信號(hào)3 ms時(shí)自動(dòng)掛起，提供6個(gè)可編程端點(diǎn)，包含512字節(jié)內(nèi)部SRAM作為USB緩沖區(qū)，提供遠(yuǎn)程喚醒功能。
• EBI（外部總線接口）：僅低密度64引腳封裝支持，可訪問空間為64KB（8位模式）或128KB（16位模式），支持8/16位數(shù)據(jù)寬度，支持16位數(shù)據(jù)寬度模式下的字節(jié)寫入。
• ADC：12位SAR ADC，采樣率高達(dá)600K SPS，最多8通道單端輸入或4通道差分輸入，支持單掃描/單周期掃描/連續(xù)掃描，每個(gè)通道有獨(dú)立的結(jié)果寄存器，支持閾值電壓檢測(cè)，可通過(guò)軟件編程或外部輸入啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，支持PDMA模式。
• 模擬比較器：最多兩個(gè)模擬比較器，負(fù)節(jié)點(diǎn)可選擇外部輸入或內(nèi)部帶隙電壓，比較結(jié)果變化時(shí)產(chǎn)生中斷，支持掉電喚醒。
• 其他特性：內(nèi)置溫度傳感器，分辨率為1℃；欠壓檢測(cè)器具有4個(gè)級(jí)別（4.5 V/3.8 V/2.7 V/2.2 V），支持欠壓中斷和復(fù)位選項(xiàng)；低壓復(fù)位閾值電壓為2.0 V；工作溫度范圍為 - 40℃ ~ 85℃；采用全綠色封裝（RoHS），提供LQFP 100引腳/64引腳/48引腳封裝（100引腳僅中密度型號(hào)支持）。

三、產(chǎn)品選型與引腳配置

（一）產(chǎn)品選型

文檔提供了中密度和低密度USB線路的產(chǎn)品選型指南，包括不同型號(hào)的APROM、RAM、數(shù)據(jù)閃存、連接性、加載器、ISP、ICP、封裝、I/O、定時(shí)器、I2S、比較器、PWM、ADC、RTC、EBI等信息，工程師可以根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的型號(hào)。

（二）引腳配置

文檔給出了中密度和低密度不同封裝（LQFP 100引腳、64引腳、48引腳）的引腳圖，方便工程師進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)時(shí)參考。

四、功能描述

（一）ARM? Cortex? - M0核心

Cortex? - M0處理器是一個(gè)可配置的多級(jí)32位RISC處理器，具有AMBA AHB - Lite接口和NVIC組件，支持Thumb代碼，與其他Cortex - M系列處理器兼容，支持線程模式和處理模式，具備低功耗睡眠模式、NVIC中斷控制、調(diào)試支持等功能。

（二）系統(tǒng)管理器

• 系統(tǒng)復(fù)位：可由上電復(fù)位、/RESET引腳低電平、看門狗超時(shí)復(fù)位、低壓復(fù)位、欠壓檢測(cè)器復(fù)位、CPU復(fù)位和系統(tǒng)復(fù)位等事件觸發(fā)。
• 系統(tǒng)電源分配：分為模擬電源、數(shù)字電源和USB收發(fā)器電源三個(gè)部分，內(nèi)部電壓調(diào)節(jié)器輸出需要外部電容。
• 系統(tǒng)內(nèi)存映射：提供4G字節(jié)的尋址空間，詳細(xì)列出了各個(gè)片上控制器的內(nèi)存地址分配。
• 系統(tǒng)定時(shí)器（SysTick）：提供一個(gè)簡(jiǎn)單的24位遞減計(jì)數(shù)器，可作為實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）的滴答定時(shí)器。
• 嵌套向量中斷控制器（NVIC）：支持嵌套和向量中斷，自動(dòng)保存和恢復(fù)處理器狀態(tài)，減少中斷延遲，支持32個(gè)離散中斷，具有4級(jí)優(yōu)先級(jí)，支持尾鏈和晚到功能。

（三）時(shí)鐘控制器

• 時(shí)鐘生成：由5個(gè)時(shí)鐘源組成，包括外部32.768 kHz低速晶體、外部4 ~ 24 MHz高速晶體、可編程PLL、內(nèi)部22.1184 MHz高速振蕩器和內(nèi)部10 kHz低速振蕩器。
• 系統(tǒng)時(shí)鐘和SysTick時(shí)鐘：系統(tǒng)時(shí)鐘有5個(gè)時(shí)鐘源，SysTick時(shí)鐘可使用CPU時(shí)鐘或外部時(shí)鐘。
• 外設(shè)時(shí)鐘：不同外設(shè)的時(shí)鐘源開關(guān)設(shè)置不同。
• 掉電模式時(shí)鐘：掉電模式下，部分時(shí)鐘源和外設(shè)時(shí)鐘仍保持活動(dòng)。
• 頻率分頻器輸出：配備2的冪次方頻率分頻器，可輸出16種不同頻率的時(shí)鐘。

（四）其他功能模塊

文檔還詳細(xì)介紹了USB設(shè)備控制器、通用I/O、I2C串行接口控制器、PWM發(fā)生器和捕獲定時(shí)器、RTC、SPI、定時(shí)器控制器、看門狗定時(shí)器、UART接口控制器、PS/2設(shè)備控制器、I2S控制器、ADC、模擬比較器、PDMA控制器和外部總線接口等功能模塊的工作原理和特性。

五、電氣特性

（一）絕對(duì)最大額定值

包括直流電源、輸入電壓、振蕩器頻率、工作溫度、存儲(chǔ)溫度、最大電流等參數(shù)的限制，超出這些范圍可能會(huì)影響設(shè)備的壽命和可靠性。

（二）直流電氣特性

分別給出了中密度和低密度型號(hào)的直流電氣特性，包括工作電壓、電源地、LDO輸出電壓、模擬工作電壓、模擬參考電壓、工作電流、空閑電流、待機(jī)電流、輸入電流、輸入泄漏電流、邏輯轉(zhuǎn)換電流、輸入低電壓、輸入高電壓、源電流、灌電流、欠壓電壓等參數(shù)。

（三）交流電氣特性

包括時(shí)鐘高時(shí)間、時(shí)鐘低時(shí)間、時(shí)鐘上升時(shí)間、時(shí)鐘下降時(shí)間等參數(shù)，以及外部4 ~ 24 MHz高速晶體、外部32.768 kHz低速晶體、內(nèi)部22.1184 MHz高速振蕩器和內(nèi)部10 kHz低速振蕩器的相關(guān)特性。

（四）模擬特性

詳細(xì)介紹了12位SARADC、LDO和電源管理、低壓復(fù)位、欠壓檢測(cè)器、上電復(fù)位、溫度傳感器、比較器和USB PHY的特性。

（五）閃存直流電氣特性

包括閃存的耐久性、保留時(shí)間、頁(yè)面擦除時(shí)間、整體擦除時(shí)間、編程時(shí)間、供電電壓、讀取電流、編程/擦除電流和掉電電流等參數(shù)。

（六）SPI動(dòng)態(tài)特性

給出了SPI主模式和從模式在不同電壓和負(fù)載電容下的數(shù)據(jù)設(shè)置時(shí)間、數(shù)據(jù)保持時(shí)間和數(shù)據(jù)輸出有效時(shí)間等參數(shù)。

六、封裝尺寸

文檔提供了三種封裝（100L LQFP、64L LQFP、48L LQFP）的詳細(xì)尺寸信息，包括各個(gè)尺寸的最小值、標(biāo)稱值和最大值，方便工程師進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)。

七、總結(jié)

NuMicro? NUC120微控制器以其豐富的特性、高性能的內(nèi)核和多樣化的外設(shè)，為工業(yè)控制和通信接口應(yīng)用提供了強(qiáng)大的支持。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師可以根據(jù)具體需求選擇合適的型號(hào)和封裝，合理配置時(shí)鐘和外設(shè)，以實(shí)現(xiàn)最佳的性能和功能。同時(shí)，要注意其電氣特性的限制，確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。你在使用NuMicro? NUC120過(guò)程中遇到過(guò)哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。