CKS32F103微控制器教学课件2 CKS32F103系列微控制器结构

CKS32F103微控制器教学课件02CKS32F103系列微控制器结构第2章CKS32F103系列微控制器结构CKS32F103x8

组成与功能封装和引脚内核片上总线CKS32F103系列微控制器的系统架构1.CKS32F103x8组成与功能CKS32F103C8T6组成：内核、片上存储器和外设以及将它们连接起来的总线系统组成，它们相互协作，共同实现MCU的高性能、高实时性和多功能应用。内核是MCU的核心组件，负责管理硬件资源、协调系统运行，并为上层应用程序提供基础服务，决定系统的性能、实时性、安全性等。CKS32芯片生产厂商负责在内核之外根据产品需求设计片上存储器、片上外设等组件，并负责整个芯片的生产Cortex-M3内核通过系统总线访问片上外设，外设被映射到特定的内存地址空间，内核通过对这些地址的读写实现与外设的通信。Cortex-M3内核是STM32F103的大脑,为CKS32F103的CPU。1.CKS32F103x8组成与功能1.CKS32F103x8组成与功能存储器：包括片上存储器和片外存储器。片上存储器指集成在MCU内部的存储单元，直接为内核提供指令的数据的高速访问，是决定芯片性能和功能的重要组成部分。片外存储器是通过硬件接口与MCU连接的独立存储器件，不占用芯片内部面积，主要用于弥补片上存储器的容量限制，以满足大规模数据存储和高带宽访问的需求。如24C02等1.CKS32F103x8组成与功能外设：是MCU与外部环境交互的关键模块，包括片上外设和片外外设。片上外设集成在MCU内部，是内核之外的重要组成部分，与内核紧密协作，无需额外电路即可实现丰富功能，如UART、SPI、I²C、ADC、定时器等。片外外设则是独立于MCU的功能模块，需要通过MCU引脚与其通信。片外外设具有高度的灵活性和扩展性，常用于实现定制化、高性能或特殊功能需求，如键盘、外部存储器、显示驱动模块及传感器扩展板等。1.CKS32F103x8组成与功能总线系统：用于连接内核、存储器和外设，实现指令与数据的高效传输，其架构设计直接影响MCU的整体性能和外设访问效率项目功能说明CPU核心ARMCortex-M332位内核，最高72MHz主频，单周期乘法和硬件除法，约1.25DMIPS/MHz存储器64KB（x8系列）或128KB（xB系列）Flash，20KBSRAM时钟系统内嵌8MHz的高速RC振荡器（经出厂校准）和40kHz的低速RC振荡器，外部4–16MHz晶振和32.768kHz晶振，PLL倍频电源管理工作电压2.0–3.6V；上电复位、掉电复位、可编程电压检测；支持睡眠、停止和待机低功耗模式；VBAT供电保持RTC与后备寄存器I/O端口最多80个高速I/O，不同封装数量不同，部分5V容忍，全部可映像到16个外部中断，几乎所有端口均可承受5V信号ADC模块2路独立12-bitADC，最高1µs转换，最多16个通道，转换范围为0至3.6V，双采样保持，内部温度传感器DMA控制器7通道DMA控制器，支持ADC、SPI、I²C、USART、定时器等外设的高速数据传输定时器3个16-bit通用定时器，可用于输入捕获/输出比较/PWM/编码器模式等，1个16-bit高级定时器，在通用定时器的基础上可实现PWM控制、死区时间、刹车等高级功能，独立和窗口看门狗定时器；24-bitSystick嘀嗒时钟的系统定时器通信接口2个支持SMBus/PMBus的I²C；2个18Mbit/s的SPI，3个支持ISO-7816、LIN、IrDA和调制解调控制的USART，1个USB2.0全速接口，1个2.0B的CAN接口调试接口串行单线调试SWD和JTAG接口安全与校验CRC计算单元、96-bit芯片唯一ID封装选项LQFP48/64/100、BGA等封装，I/O数量26/37/51/80不等兼容性架构与STM32F103x8/xB系列兼容，可直接替代大部分应用CKS32F103x8

组成与功能－功能组成与功能：时钟系统(RCC)时钟系统是芯片的“脉搏”，RCC(ResetandClockControl)模块负责整个芯片的时钟树管理，决定了芯片运行的速度与功耗平衡。组成与功能：定时器(Timers)高级控制定时器(TIM1)•功能强大，适合电机控制等复杂工业应用场景。

•支持带死区插入的6通道PWM输出，可精确控制功率器件。通用定时器(TIM2,TIM3,TIM4)•资源丰富：每个定时器拥有4个独立功能通道。

•功能灵活：支持输入捕获、输出比较、PWM生成及单脉冲模式。系统监控：看门狗定时器•独立看门狗(IWDG):独立时钟驱动，防止软件故障导致系统挂死。

•窗口看门狗(WWDG):严格监控程序执行流程，检测代码跑飞。SysTick

定时器•一个24位的向下递减系统节拍定时器

•提供精确的毫秒级延时基准，常用于嵌入式RTOS内核的时钟节拍（心跳）。组成与功能：通信接口丰富的通信接口使得CKS32F103x8能够轻松连接各种外部设备，满足多样化互联需求。USB2.0全速设备集成USB2.0全速(12Mbit/s)控制器，无需外接芯片即可方便实现USB外设通信功能。CAN2.0B控制器支持CAN2.0A和2.0B协议标准，专为汽车电子、工业自动化控制等高可靠性领域设计。多达3个USART通用同步/异步收发器，支持多种通信波特率及LIN/IrDA等扩展协议，满足高速通信需求。多达2个SPI接口串行外设接口，最高通信速率可达18Mbit/s，支持全双工数据传输，适合连接高速外设。多达2个I2C接口支持标准模式(100kHz)和快速模式(400kHz)，可挂载多个从设备，适合多设备互联场景。组成与功能：模拟外设与GPIO12位ADC(模数转换器)•集成两个12位精度逐次逼近型ADC，转换时间最快可达1μs。•单ADC最多支持16个外部输入通道，满足多路信号采集需求。•支持单次、连续、扫描和间断四种转换模式，适配多种场景。•内置高精度内部温度传感器，可直接通过ADC读取芯片温度。通用输入/输出(GPIO)•提供多达80个多功能IO口，支持丰富的外设连接与扩展。•每个引脚可独立配置：输出支持推挽/开漏模式，输入支持上拉/下拉/浮空模式。•几乎所有IO口均兼容5V电平，显著增强与传统5V系统的兼容性。•所有GPIO引脚均可映射至16个外部中断线，支持上升/下降沿或双边沿触发。02封装和引脚CKS32F103x8提供多种封装形式，在体积、成本和功能之间提供灵活的平衡，能够完美适应从紧凑型设备到复杂工业控制的不同应用场景和PCB设计需求。支持的封装类型•QFN36:6x6mm|小型化封装，节省PCB空间•LQFP48:7x7mm|经典扁平四方封装，易于焊接•LQFP64:10x10mm|适中尺寸，提供丰富的I/O资源•LQFP100:14x14

mm|最大封装，集成最全功能与引脚CKS32F103x8LQFP64引脚分布图引脚是芯片与外部世界交互的通道，主要功能包括提供电源、外部时钟输入、与外设或传感器通信、复位调试和编程等。CKS32F103x8MCU的引脚都有多个功能，称做复用功能。复用功能指MCU的单个物理引脚通过软件配置和内部电路调整，可被赋予多种不同的功能。CKS32F103x8系列的引脚主要分为电源、外接晶振、I/O、调试、Boot启动和复位等类型类别引脚标识描述电源VDD，GND；VDDA，VSSA；VBAT数字电源正VDD，数字电源地GND，模拟电源正VDDA，模拟电源地VSSA，备份电源VBAT为RTC和备份寄存器提供后备供电外接晶振PC14/OSC32_INPC15/OSC32_OUTPD0/OSC_INPD1/OSC_OUTPD0/OSC_IN和PD1/OSC_OUT为外部主晶振引脚，PC14/OSC32_IN和PC15/OSC32_OUT为实时时钟晶振引脚，上述引脚不作晶振功能时，可作为GPIO引脚使用调试PA13,PA14,PA15,PB3,PB4SWD/JTAG调试和下载引脚，不做调试功能时可作为GPIO引脚或者外设使用I/OPAx,PBx,PCx,PDx,PEx,(x=0～15）GPIO，占用了CKS32芯片大部分引脚，每一个端口一般都有16个引脚，如PA端口的PA0～PA15。封装不同外设和GPIO个数会有所不同。GPIO可映射成需要的外设功能，如串口UART、SPI、I²C，USB等。Boot启动BOOT，BOOT1(PB2)芯片启动引脚，启动完成后可复为GPIO。根据BOOT0和BOOT1的电平决定启动模式。CKS32F103的BOOT0无复用功能。复位NRST复位功能，不能做为GPIO使用。03内核：ARM®Cortex®-M3Cortex-M3处理器内部架构逻辑示意图ARM®Cortex®-M3ARM®Cortex®-M3处理器是一款专为嵌入式系统设计的先进32位RISC内核，以卓越的能效比与实时处理能力著称，为各类嵌入式应用提供坚实的算力基础强劲运算与频率最高72MHz主频运行，性能达1.25DMIPS/MHz，轻松应对复杂任务。高效指令集架构搭载Thumb®-2混合指令集，完美平衡代码密度与执行性能，有效降低系统成本。硬件加速与中断响应支持单周期乘法与硬件除法加速；集成嵌套向量中断控制器(NVIC)，实现低延迟响应。灵活调试接口支持同时支持SWD与JTAG标准调试接口，开发便捷，满足不同场景的调试需求。Cortex-M3内核的核心组件包括CPU核心、嵌套向量中断控制器NVIC、SysTick

系统定时器、系统控制寄存器块SCB、调试支持模块DWT和ITM，并支持低功耗模式。模块功能说明主处理器（ALU+寄存器组）执行算术逻辑操作，包含13个通用寄存器R0～R12、堆栈指针、链接寄存器、程序计数器Thumb-2指令集支持支持16/32位混合指令，兼顾性能和代码密度NVIC嵌套向量中断控制器支持多达240个外部中断，CKS32F103实际使用43个SysTick定时器24位系统定时器，用于周期中断，常用于RTOS系统节拍或延时异常/中断管理单元处理各种异常，如NMI、HardFault、BusFault、UsageFault、SVC、PendSV、SysTick等系统控制块SCB包含系统控制寄存器、异常优先级设置、向量表地址等调试支持模块DWT和ITM支持调试追踪，DataWatchpoint&Trace、InstrumentationTraceMacrocellMPU内存保护单元支持内存访问权限控制，部分MCU实现，CKS32F103未启用此功能Bus总线接口I-Bus取指、D-Bus读写数据、S-Bus系统访问低功耗控制逻辑控制Sleep、DeepSleep等省电模式堆栈管理机制支持主堆栈MSP和进程堆栈PSP两种堆栈指针优先级分组管理器将中断优先级分成抢占优先级和子优先级两部分04AMBA片上总线CKS系列MCU基于ARMCortex内核，因此采用标准的AMBA片上总线结构。AMBA是ARM公司提出的片上总线SoC规范，用于标准化处理器、外设、存储器等模块间的通信，具有高性能、低功耗、高灵活性的特点，广泛应用于嵌入式系统、移动设备、服务器等领域CKS系列MCU的AMBA片上总线主要包括高级高性能总线AHB、高级外设总线APB、轻量化高级高性能总线AHB-Lite及DMA总线片上总线：AHB与APBCKS32F103x8的内部通信芯片内部的通信主要依靠AHB和APB，并实现性能与功耗的平衡。AHB高性能总线AdvancedHigh-performanceBusAHB是Cortex-M3内核与存储器、高性能外设之间的连接总线主要挂载：CPU内核、DMA控制器、SRAM、Flash存储接口。最高时钟：72MHzAPB高级外设总线AdvancedPeripheralBus连接各类中低速外设，以降低接口逻辑复杂度和功耗。•APB2(高速):最高72MHz

连接TIM1,USART1,SPI1,ADC,GPIO等。•APB1(低速):最高36MHz

连接TIM2-4,USART2-3,USB,CAN等。片上总线：AHB－Lite与DMAAHB－Lite

总线轻量化AHB－Lite专为低复杂度系统设计，仅允许一个主设备进行内存访问，主设备通常为Cortex-M3/M4内核。同时简化了总线协议，具有更低的延迟与资源消耗，适用于中小型嵌入式系统应用。DMA总线DMA总线实现无需CPU参与的存储器间、存储器与外设间的高速数据传输，可显著减轻CPU负担并提升系统效率，尤其适合ADC数据采集、数据块搬移、SPI等需高速数据传输的场景。05CKS32F103系列微控制器的系统架构CKS32F103系列MCU基于哈佛架构与模块化设计，具备高效的指令执行能力和灵活的硬件管理机制。其架构主要由内核、4个主动单元、3个被动单元以及DMA控制器组成

主动单元：主动发起任务与操作的模块，负责管理指令流、数据流及外设通信，包括I-Code、D-Code、System和DMA总线被动单元：不主动发起操作，仅在主动单元请求时才作出响应。主要承担数据存储以及对主动单元访问请求的应答与服务，包括SRAM、Flash和AHB-to-APB桥接器05CKS32F103系列微控制器的系统架构内核(Core)高性能32位ARMCortex-M3处理器，支持Thumb®-2指令集，运算能力强。存储器(Memory)内置高速嵌入式Flash和SRAM，支持灵活的代码和数据存储方案。总线矩阵(BusMatrix)连接内核、存储器与外设的通信中枢，保障数据传输的并行性与高效性。外设(Perip