LPC800是恩智浦公司于2012年開(kāi)發(fā)的以ARM Cortex-M0+為核心的32位MCU系列，這個(gè)系列的產(chǎn)品是面向傳統(tǒng)的8位和16位MCU的升級(jí)市場(chǎng)。她的配置特點(diǎn)十分鮮明，首先迎合了上一代8/16位MCU所具有的特點(diǎn)：小引腳封裝、小存儲(chǔ)容量、易于編程等。在此基礎(chǔ)上又為更高端的應(yīng)用配置了豐富的外設(shè)，例如多通道的快速ADC、模擬比較器、豐富的多速率串行通信接口、靈活的SCT(狀態(tài)可配置定時(shí)器)、DMA控制器和低功耗控制等。為了便于用戶將原有的8/16位項(xiàng)目，快速地遷移至32位的LPC800上面，節(jié)省研發(fā)和物料成本，LPC800還集成了先進(jìn)的調(diào)試手段和一些獨(dú)特的外設(shè)，例如用于靈活引腳配置的開(kāi)關(guān)矩陣（Switch Matrix）、用于故障檢測(cè)和恢復(fù)的窗口看門(mén)狗定時(shí)器、用于檢測(cè)組合邏輯的外部中斷模式匹配引擎、用于可靠通信的循環(huán)冗余檢查(CRC)計(jì)算器等。

另外，LPC800系列延續(xù)了所有LPC微控制器的傳統(tǒng)，每個(gè)型號(hào)都配置了一個(gè)ROM區(qū)，內(nèi)置常用外設(shè)的底層驅(qū)動(dòng)，如ADC、SPI、I2C、USART等(每個(gè)子系列的內(nèi)容不盡相同)；還內(nèi)置了通過(guò)串口UART燒寫(xiě)Flash的ISP(在系統(tǒng)中編程In-System Programming)程序，和IAP(在應(yīng)用中編程In-Application Programming)程序，方便用戶燒錄和升級(jí)片內(nèi)程序。

最新的LPC86x系列集成了新一代的高速串行通信外設(shè)I3C，也繼承了FlexTimer專注于電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用。

1.1.LPC800系列介紹

LPC800采用ARM Cortex-M0+為核心，最高運(yùn)行主頻30MHz(LPC86x系列可以達(dá)到60MHz)，可以滿足很多低端不需要很多計(jì)算能力，以控制為主的應(yīng)用需要。她天然地繼承了Cortex-M0+內(nèi)核所帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)：

■支持低代碼密度、高性能的Thumb-2指令集

■支持IO口單周期訪問(wèn)

■硬件單周期乘法（32*32）

■內(nèi)核集成了多種低功耗模式

■優(yōu)化的代碼存取更能降低Flash或ROM的功耗

■精準(zhǔn)高效的中斷處理

■確定的指令時(shí)鐘周期

■支持SWD調(diào)試接口

LPC800自推出之后，目前已經(jīng)有五個(gè)子系列：LPC80x、LPC81x、LPC82x、LPC83x，LPC84x和LPC86x系列，下表列出了它們之間的主要差別，同時(shí)給出了對(duì)應(yīng)的型號(hào)：

表1.LPC800五個(gè)子系列產(chǎn)品一覽

在“型號(hào)”一欄，給出了產(chǎn)品的完整型號(hào)，用戶向恩智浦或恩智浦的代理商訂貨時(shí)要使用這個(gè)完整的型號(hào)。但一般我們?cè)谡劗a(chǎn)品的特性而不關(guān)心某個(gè)具體型號(hào)時(shí)，往往只使用前面幾位，例如LPC812、LPC824等。

這里要特別注意的是，HVQFN33有兩種尺寸，在LPC800中使用的都是5x5x0.85mm(長(zhǎng)x寬x高)的封裝。這可以由芯片型號(hào)的后四位為“HI33”分辨出來(lái)。HVQFN33的另一種尺寸是7x7x0.85mm，芯片型號(hào)的后四位是“HN33”。

1.2.子系列的一些特色

LPC800的各個(gè)子系列，除了本章開(kāi)頭介紹的一些特點(diǎn)外，還分別有一些特色的功能，本節(jié)給出一個(gè)非常簡(jiǎn)要的介紹。

1.2.1 LPC8N04的特色功能

LPC8N04的最高主頻是8MHz，它集成了一個(gè)NFC的接口，適合于簡(jiǎn)單的但需要經(jīng)常改變配置的應(yīng)用產(chǎn)品，例如變換圣誕樹(shù)的燈光模式、物流貨物的倉(cāng)儲(chǔ)條件(溫濕度、震動(dòng)等)跟蹤、萬(wàn)能遙控器的配置等。

LPC8N04還有其它一些特色：

·具有4KB的片上EEPROM，其中256字節(jié)可以設(shè)置為寫(xiě)保護(hù)。

·片上內(nèi)置一個(gè)溫度傳感器。

·能夠直接由NFC接口供電而不需額外電源。

1.2.2 LPC802的特色功能

LPC802子系列的最高主頻是15MHz。

在TSSOP20封裝，型號(hào)為L(zhǎng)PC802M011JDH20的器件上有一個(gè)VDDIO引腳，可以接工作電壓范圍內(nèi)的任意電壓，允許多至9個(gè)IO口工作于VDDIO的電壓，這樣相當(dāng)于省卻一個(gè)外部的電壓轉(zhuǎn)換器。

1.2.3 LPC804的特色功能

LPC804子系列的最高主頻是15MHz，有如下一些特色功能：

·除了20引腳的封裝以外，其它型號(hào)都有一路10位DAC的輸出。

·一個(gè)可編程邏輯單元(PLU：Programmable Logic Unit)：可以實(shí)現(xiàn)很多需要分立邏輯器件實(shí)現(xiàn)的多種布爾邏輯組合，例如一個(gè)簡(jiǎn)單的狀態(tài)機(jī)。

·具有一個(gè)電容觸摸接口。

·型號(hào)為L(zhǎng)PC804M111JDH24的器件有一個(gè)VDDIO引腳，可以接工作電壓范圍內(nèi)的任意電壓，允許多至11個(gè)IO口工作于VDDIO的電壓。

1.2.4 LPC84x的特色功能

LPC84x中新增加了一些非常好的功能模塊：

·快速初始化陣列(FAIM)：這個(gè)模塊允許芯片在上電后快速地配置好狀態(tài)，例如IO口的方向和模式等。

·具有一個(gè)電容觸摸接口。

·兩個(gè)10位DAC輸出。

另外LPC84x具有5個(gè)UART串口，在同等級(jí)別的MCU中是很難得的。

1.2.5 LPC86x的特色功能

LPC86x中新增加了一些全新的功能模塊：

·I3C，新一代高速串行通信外設(shè)，兼容I2C并且提升通信速率，支持多主多從，支持低目標(biāo)電壓。

·FTM，支持兩個(gè)FlexTimer，一路FlexTimer可以支持驅(qū)動(dòng)BLDC和PMSM電機(jī)，一路可以用于做編碼器解碼。

1.2.6 適合IoT應(yīng)用場(chǎng)景的超小型封裝

在LPC800系列中還有一些非常適合IoT應(yīng)用場(chǎng)景的超小型封裝產(chǎn)品，它們是：

· LPC802UK：WLCSP16晶片級(jí)封裝，面積僅有1.86x1.86mm2，厚度僅有0.3mm；

· LPC804UK：WLCSP20晶片級(jí)封裝，面積僅有2.50x1.84mm2，厚度僅有0.5mm；

· LPC812M101JTB16：XSON16封裝，面積為2.5x3.2 mm2，厚度僅有0.5mm。

除此之外，大部分系列都有HVQFN33的封裝，體積也非常小巧，僅有5x5x0.85mm3。

1.3.LPC800的應(yīng)用實(shí)例

自從推出市場(chǎng)以來(lái)，LPC800受到了廣泛的關(guān)注和好評(píng)，迅速地應(yīng)用到工業(yè)、家電、PC周邊配件、汽車等各個(gè)領(lǐng)域，以下這些應(yīng)用實(shí)例都是我們客戶的真實(shí)案例，從這些實(shí)例的簡(jiǎn)單分析中，讀者可以更加深入地體會(huì)LPC800的優(yōu)勢(shì)和廣泛的適應(yīng)性。

1.3.1 電池包管理

在現(xiàn)代社會(huì)，到處都要用到可移動(dòng)的，使用電池供電的設(shè)備，從手機(jī)平板電腦，到電動(dòng)工具、電動(dòng)自行車、無(wú)人機(jī)，再到電動(dòng)汽車、大型機(jī)器人等，都需要容量、材質(zhì)不同的電池，這些電池都需要是可反復(fù)充電循環(huán)使用的，因此就需要對(duì)電池進(jìn)行各種管理，從充電到儲(chǔ)存，再到放電的使用過(guò)程。

不管使用哪種材質(zhì)的充電電池，每個(gè)單體電池的電壓都不是很高，常見(jiàn)的鎳氫、鎳鎘電池大約為1.2V，鋰離子電池大約在3.6V~3.7V左右。一般的用電設(shè)備，所需的電壓都要比單個(gè)電池能夠提供的電壓高。由于制造的限制，一般每個(gè)單體電池的容量也不是很大。所以通常的場(chǎng)合都是使用多個(gè)單體電池并聯(lián)為一組，獲得更高的容量，再多個(gè)電池組串聯(lián)獲得更高的電壓。例如我的戴爾電腦里面的鋰離子電池組的輸出電壓是11.1V，顯然里面是由三組電池串聯(lián)組成。

在很多應(yīng)用中，是把串并聯(lián)構(gòu)成的電池組和電池管理的電路同時(shí)放在一個(gè)封裝中，成為一個(gè)獨(dú)立的組件——電池包，這樣的電池包在電動(dòng)工具、電動(dòng)自行車、電動(dòng)汽車等應(yīng)用中基本是標(biāo)準(zhǔn)配置。

LPC800非常適合于放在這樣的電池包里，做充電、放電的管理。

電池包的充放電管理按照控制的精細(xì)化程度，需要不同級(jí)別的MCU配置，大體可分為以下一些要求：

▲低功耗和快速喚醒。
低功耗的要求是保證電池在不使用時(shí)，盡量減少電量的消耗，延長(zhǎng)電池的待機(jī)壽命。
快速喚醒的要求則是保證電池從待機(jī)到全力輸出電量的時(shí)間間隔盡可能地短。

▲多個(gè)ADC的測(cè)量通道：

■在充電時(shí)需要監(jiān)測(cè)和控制電池的充電電壓和充電電流；

■為了均衡串并聯(lián)的單體電池間的個(gè)體差異，可能需要監(jiān)測(cè)施加到每個(gè)單體電池的狀況，并實(shí)現(xiàn)分別控制；

■在實(shí)際使用中，需要監(jiān)視電池放電的電壓和電流，防止超大電流放電或短路時(shí)損壞電池；

■在充放電時(shí)監(jiān)視電池的溫度，防止過(guò)熱甚至爆炸；

■對(duì)于某些電池，可能需要在充電前，需要把電池殘存的電量放空，此時(shí)也需要進(jìn)行有效地監(jiān)控。

▲多個(gè)PWM的輸出通道：

■有效地控制充電的電壓和電流；

■有效地控制實(shí)際使用過(guò)程中的電流，防止過(guò)載；

■寒冷地區(qū)，有時(shí)需要適當(dāng)加熱以保持電池的正常體溫；

■有時(shí)需要控制指示燈的視覺(jué)效果等。

▲多個(gè)通信通道

■需要和其它設(shè)備通信，例如藍(lán)牙模塊(UART或SPI)，其它電池包(I2C或UART)；

■實(shí)現(xiàn)用于電池管理的SMBus；

■擴(kuò)展其它模組的通道等。

▲多個(gè)GPIO控制引腳等。

▲一些高檔的電池包，本身還會(huì)配有顯示屏，以顯示各種參數(shù)。

下面的框圖是LPC824用在一個(gè)電池包里，實(shí)現(xiàn)綜合管理和控制的實(shí)際案例。

這是一個(gè)高端的電池包，內(nèi)有10節(jié)串聯(lián)的鋰離子電池，整體輸出36V電壓。使用了一個(gè)專用的電池管理芯片，充電時(shí)精細(xì)地控制到每節(jié)電池，LPC824通過(guò)I2C控制這個(gè)管理芯片的操作。

在各種監(jiān)測(cè)和控制回路之外，電池包還包含一個(gè)藍(lán)牙模組，可以與手機(jī)進(jìn)行通信，對(duì)電池包的工作進(jìn)行監(jiān)視和管理，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)用戶的注冊(cè)登記，實(shí)行授權(quán)管理，SPI Flash中可以用來(lái)存放相關(guān)的信息。可以設(shè)想在共享單車、共享電動(dòng)車、共享汽車等應(yīng)用中，通過(guò)這種對(duì)電池的注冊(cè)管理，實(shí)現(xiàn)租用和解鎖等操作。

1.3.2 手機(jī)耳機(jī)口擴(kuò)展器(QuickJack)

手機(jī)已經(jīng)成為現(xiàn)代人不可或缺的工具，通話已經(jīng)退化為一種輔助功能，手機(jī)越來(lái)越多地承載起人與物、物與物互相交互的終端或中繼器的作用。充分地利用手機(jī)的交互終端或中繼器的功能，人們自然地希望能夠把各種各樣的東西和手機(jī)連接起來(lái)，藍(lán)牙、WiFi、USB都是現(xiàn)成的通信接口，相對(duì)于這些接口，還有一種更加簡(jiǎn)單方便且成本低廉的方案——利用耳機(jī)插口。

恩智浦發(fā)布過(guò)一個(gè)使用LPC812實(shí)現(xiàn)的方案——Quick-Jack，利用手機(jī)的耳機(jī)插口與手機(jī)進(jìn)行低速數(shù)據(jù)交換。此方案完全開(kāi)源，用戶可以在恩智浦的網(wǎng)站上下載到相應(yīng)的文檔、線路圖和源代碼，也包括手機(jī)端(iOS和Android)的源代碼；還可以買到做好的開(kāi)發(fā)板，開(kāi)發(fā)板的編號(hào)是OM13069。

恩智浦提供的Quick-Jack方案，可以實(shí)現(xiàn)1400波特的數(shù)據(jù)傳輸率；開(kāi)發(fā)板上預(yù)置了四個(gè)可以通過(guò)手機(jī)端控制的LED燈，一個(gè)五方向按鍵(俗稱游戲棒)，和一個(gè)通過(guò)I2C連接的溫度傳感器，手機(jī)端可以讀取到游戲棒和穩(wěn)度傳感器的狀態(tài)和數(shù)值。開(kāi)發(fā)板的功耗大約為10mW，一般智能手機(jī)的耳機(jī)輸出功率可以達(dá)到15mW，使用者可以利用擴(kuò)展接口再外接5mW以內(nèi)的其它器件。開(kāi)發(fā)板上還有一個(gè)電池，在手機(jī)不能提供足夠電量，或用戶自己外擴(kuò)得器件需要較大的功率時(shí)，可以通過(guò)跳線使用板載電池供電。

該方案充分地利用了LPC812的低功耗和快速GPIO的特性，可以直接使用耳機(jī)信號(hào)的微弱電量工作，并利用簡(jiǎn)單的GPIO操作實(shí)現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)的曼徹斯特編解碼，在此基礎(chǔ)上用戶可以使用LPC812所提供的串行通信通道(2~3個(gè)UART、1~2個(gè)SPI、1個(gè)I2C等)或GPIO，連接各種傳感器或控制器件。

現(xiàn)在所有智能手機(jī)的耳機(jī)口都有四個(gè)信號(hào)端，左右兩個(gè)音頻輸出通道、一個(gè)麥克風(fēng)輸入通道和一個(gè)地線。LPC812的方案是通過(guò)耳機(jī)的右聲道獲取電量，再通過(guò)一個(gè)LDO得到穩(wěn)定的3.3V給MCU和其它電路供電；手機(jī)端的Apps利用耳機(jī)的左聲道向LPC812發(fā)送數(shù)據(jù)和命令，LPC812則通過(guò)耳機(jī)口中的麥克風(fēng)信號(hào)線向Apps發(fā)送數(shù)據(jù)和響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)完整的命令/數(shù)據(jù)交換鏈。下面是方案的開(kāi)發(fā)板系統(tǒng)的框圖。

關(guān)于該方案的更多細(xì)節(jié)，讀者可以在恩智浦官網(wǎng)下載相應(yīng)的文檔。

已經(jīng)有很多客戶采用上述參考方案，設(shè)計(jì)出自己的產(chǎn)品，以下是幾個(gè)典型的案例：

▲使用LPC824的皮膚含水測(cè)試儀
此方案非常簡(jiǎn)單，基本原理不再贅述。

1.3.3 玩具無(wú)人機(jī)控制

在這個(gè)簡(jiǎn)易的無(wú)人機(jī)控制中，基本上使用了LPC824的所有資源，達(dá)到了最佳性價(jià)比。

1.3.4BLDC/PMSM電機(jī)控制

該方案是使用LPC865實(shí)現(xiàn)一個(gè)BLDC/PMSM電機(jī)控制的應(yīng)用。通過(guò)LPC865片上的FlexTimer定時(shí)器和ADC模塊，可以配合FRDM-MC-LVPMSM和FRDM-MC-BLDC驅(qū)動(dòng)板來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，亦可以配合FreeMASTER上位機(jī)工具快速完成電機(jī)的配置和調(diào)試。

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