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LPC1100 系列 Cortex-M0 最小系统设计 LPC1111 2 3 4

目    录
第 2 章  硬件体系结构
2.1    LPC1100 系列Cortex-M0 最小系统设计
2.1.1    最小系统组成
2.1.2    电源供电设计
2.1.3    时钟系统
2.1.4    复位系统和ISP电路
2.1.5    SWD调试接口
2.1.6    完整最小系统原理图

第2章  硬件体系结构

2.1    LPC1100 系列Cortex-M0 最小系统设计
2.1.1  最小系统组成

LPC1100 系列Cortex-M0 的最小系统框图如图 2.1所示。 其中时钟系统是可选部分,这是因为 LPC1100 系列 Cortex-M0 内部自带 12MHz 的 RC 振荡器,并且 CPU 在上电或者复位的时候默认选择使用内部 RC 振荡器为主时钟源,所以 LPC1100系列 Cortex-M0 可在无外部晶振的情况下运行,但由于内部 RC 振荡器的精度不高(精度为 1%), 达不到某些片内外设的要求;因此在使用这些片内外设时将不得不使用精度更高的外部晶振。调试接口也不是必需的,但是它在工程开发阶段发挥的作用极大,因此至少在样机调试阶 段需设计这部分电路。
LPC1100最小系统组成
图 2.1    LPC1100 系列 Cortex-M0 最小系统组成框图

2.1.2  电源供电设计

电源系统为整个系统提供能量,是整个系统工作的基础,具有极其重要的地位,但却往往
被忽略。实践证明,如果电源系统处理得好,整个系统的故障往往减少了一大半。
设计电源系统的过程实质是一个权衡的过程,必须考虑如下因素:
    输出的电压电流功率;
    输入的电压电流;
    安全因素;
    输出纹波;
    电磁兼容和电磁干扰;
    体积限制;
    功耗限制;
    成本限制。
电源设计本身是一个很大的课题,其内容不是一本书所能够容纳得下的,本书也不打算详 细介绍,读者如果需要了解,请参考相关书籍。
一般来说,在纯数字电路中没有模拟电路,不存在小信号放大的需要,因此电路对噪声不 敏感(即是噪声容限较大),系统对电源电路的噪声抑制性能要求不高。
对于包含模拟电路的数字/模拟混合电路系统中,系统则对电源电路要求较高,特别是噪声 抑制性能上。外部输入模拟信号经过模拟放大整形电路后进入 A/D
转换器变成数字量。模拟电 路容易受到各种干扰的影响,使信号畸形导致测量不准确。模拟电路遭受干扰的途径很多,但 是通过电源引入的噪声信号影响最大。
数字电路通常是噪声干扰的产生源,若电源设计不得当,电源电路便会成为将数字电路产
生的噪声传递给模拟电路的直接通道。为了防止电源电路成为噪声传递的通道,最好的方法是数字电路和模拟电路分开供电,在电源地线处理上,通常采用单点接地方法将数字电源地和模
拟电源地在总电源处通过小磁珠或 0 欧姆电阻相连。
一个电源电路通常包含降压、稳压、输出滤波三大部分。在更高要求的场合,在电源输入 端还会有一级输入滤波电路,用于滤除从电网引入的各种电磁干扰。
LPC1100 系列Cortex-M0 的供电系统如图 2.2所示。由于LPC1100 系列Cortex-M0 内部同时 具有PLL、10
位ADC的模拟部件和数字部件(Timer、UART等),属于数字/模拟混合系统;所
以模拟部件和数字部件通过不同引脚分开供电,以降低数字部件所产生噪声对模拟部件的影响。
LPC1100供电电路
图 2.2    LPC1100 供电电路示意图

注:图 2.2中的D1 是为了防止反接电源烧毁电路而加入计的。

2.1.3  时钟系统

LPC1100 系列Cortex-M0 内部具有 12MHz的振荡器,同时也支持外接晶体振荡器电路作为 主时钟源。LPC1100
系列Cortex-M0 的时钟系统电路设计如图 2.3所示。图中给出了 3 种方式的
时钟系统:(A)使用内部RC振荡器;(B)使用外部晶振;而(C)的Clock可以是任何稳定的 时钟信号源,比如有源晶振等。

Cortex-M0时钟系统
图 2.3    LPC1100 系列 Cortex-M0 时钟系统

2.1.4  复位系统和ISP电路

由于ARM芯片的高速、低功耗、低工作电压等特性导致其噪声容限低,对电源的纹波、瞬
态响应性能、时钟源的稳定性、电源监控可靠性等诸多方面也提出了更高的要求。在LPC1100 系列Cortex-M0
上使用了专用微处理器电源监控芯片CAT811S(复位电压为 2.93V)以提高系统 的可靠性。如图
2.4所示,复位信号nRST连接到CPU的复位引脚。
RST 按键是手动复位,J_nRST 是来自 SWD(串行调试)的复位,有效的手动复位信号或
SWD(串行调试)复位信号都将导致 SYS_RST 输出低电平复位整个系统。

复位系统与ISP电路

图 2.4    复位系统与 ISP 电路
LPC1100 系列Cortex-M0 的ISP使能引脚是PIO0_1,如图 2.4所示。PIO0_1 脚通过 10KΩ电 阻上拉到高电平。若将JP1
短接,那么PIO0_1 被下拉到低电平;然后将CPU重新上电或者复位 CPU,将使芯片进入ISP状态。
2.1.5  SWD调试接口

1.  调试接口
LPC1100 系列 Cortex-M0 采用 SWD(串行调试)模式进行调试。SWD 调试接口的信号与 LPC1100 系列 Cortex-M0
主要采用 SWCLK(串行时钟)和 SWDIO(串行调试数据输入/输出) 连接,连接电路如所示。
注:LPC1100 系列 Cortex-M0 只支持 SWD 调试模式,已经不再支持 JTAG 调试模式。在调试的过程中,
当 CPU 进入深度睡眠模式或掉电模式时,不能继续正常调试。

Cortex-M0 swm 接口电路
图 2.5    SWD 接口电路

2.  CK100 仿真器
CK100 是广州致远电子有限公司 2009 年最新推出的一款板载 USB 接口仿真器。该仿真器
体积小,操作简捷,集成到系统设计中,方便用户开发调试。
CK100 仿真器主要特性如下:
    支持 Thumb 模式,支持 SWD 仿真模式;
    支持片内外 Flash 的在线编程和仿真;
    用户可添加自定义 Flash 编程算法;
    支持无限制的 RAM 断点调试;
    支持无限制的 Flash 断点调试,突破硬件断点数量的限制;
    与主流 IDE 环境无缝嵌接,如 IAR、Keil、TKStudio 等。
目前 LPC1100 系列 Cortex-M0 的开发调试均可采用板载 USB 仿真器。

2.1.6  完整最小系统原理图
NXP LPC1100 系列最小系统

LPC1114 的最小系统原理图如图 2.6所示。

此文为ZLG出品,原PDF文件链接:http://www.zlgmcu.com/nxp/lpc1000/lpc1110/cortexm0_lpc1100_mini.pdf



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