基于ARM Cortex-M0+的 CW32嵌入式开发实战

版权信息

书名：基于ARM Cortex-M0+的CW32嵌入式开发实战

ISBN：978-7-115-65709-1

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版　　权

主  编 许弟建

编  著 陈　巧　　李家庆　李芳　张常友　张亚凡

责任编辑 李永涛

人民邮电出版社出版发行　　北京市丰台区成寿寺路11号

邮编　100164 　电子邮件　315@ptpress.com.cn

网址　http://www.ptpress.com.cn

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内 容 提 要

本书以基于ARM Cortex-M0+内核的典型国产芯片——CW32系列单片机为例，从嵌入式产品开发工程师的视角，深入讲解从基本原理、电路设计、软件开发到项目实战的全过程，帮助读者掌握基于ARM Cortex-M0+的嵌入式系统开发的核心技能。

此外，本书还注重嵌入式系统开发的实用性、拓展性和可迁移性，旨在使读者不但可以通过本书实战案例掌握CW32的开发应用，还可以轻松地推及、掌握Cortex-M系列（包括STM32系列及衍生的各种国产芯片）单片机产品设计技能。

本书既适合作为电子、机电、自动化、物联网及其他相关专业的本、专科学生开展课程设计、毕业设计、电子竞赛培训等的教材，也可作为从事嵌入式系统开发的工程技术人员的参考书。

无论读者是嵌入式开发的初学者，还是有一定经验的开发者，本书都能为读者提供全面的学习资源和实用的实战指导，助力读者在嵌入式开发领域取得更大的进步和成就。

序  言

在数字化浪潮席卷全球的今天，单片机技术已成为智能电子产品的核心驱动力。作为控制各种设备和系统的“大脑”，单片机的应用广泛，在工业自动化、智能家居、汽车电子等诸多领域发挥着不可替代的作用。因此，对单片机技术的深入掌握，不仅对电子工程领域从业者来说非常重要，也是培养新时代创新人才的重要一环。

在这样的大背景下，一本全面系统、理论与实践相结合的单片机图书显得尤为重要。当我得知有这样一本汇聚了多位专家心血的图书即将问世时，我感到由衷的高兴和期待。这不仅是因为这本书填补了市场空白，更因为它肩负着推动国产芯片教育普及和人才培养的重要使命。

本书的编写团队堪称豪华阵容。大学教师们凭借深厚的学术功底和丰富的教学经验，为本书奠定了坚实的理论基础。他们深入浅出地阐述了单片机的基本原理、内部结构和工作机制，使得读者能够从根本上理解并掌握单片机的核心知识。同时，他们还结合最新的科研成果和技术动态，对单片机技术的发展趋势进行了前瞻性的探讨。

而来自行业的营销专家们则为本书注入了鲜活的市场气息。他们凭借敏锐的市场洞察力和丰富的行业经验，提供了大量关于单片机市场需求、竞争格局以及应用前景的宝贵信息。这些信息不仅有助于读者把握市场脉搏，也为他们未来的职业规划和创新创业提供了指引。

此外，经验丰富的应用工程师们则是本书的实战派代表。他们结合自己在项目开发中的亲身经历，分享了单片机在实际应用中的典型案例和解决方案。这些案例既具有针对性，又富有启发性，是读者将理论知识转化为实践能力的桥梁和纽带。通过学习这些案例，读者可以更加深入地理解单片机的应用场景和技术细节，从而提升自己的实战能力。

值得一提的是，本书在编写过程中得到了武汉芯源半导体有限公司的大力支持。作为国产芯片行业的领军企业，武汉芯源半导体有限公司一直致力于推动我国半导体技术的发展和普及。他们对本书的贡献不仅体现在技术资料的提供和专家建议的给予上，更重要的是他们秉持的“科教结合、产学共融”的理念与本书的编写宗旨高度契合。这种深度的合作，无疑进一步提升了本书的学术价值和实践指导意义。

在国际竞争日趋激烈的背景下，国产芯片的发展已成为国家科技自立自强的重要标志。因此，本书的出版不仅是对单片机技术的一次全面梳理和总结，更是对国产芯片教育和人才培养事业的一次有力推动。我相信，通过学习和使用本书，读者将能够更加深入地了解单片机的魅力和价值，更加坚定地投身到国产芯片的研发和推广事业中。

最后，我要对本书的编写团队表示衷心的祝贺和崇高的敬意。他们辛勤工作和无私奉献，为我们呈现了一本高质量的单片机图书。同时，我也要对所有关心和支持国产芯片事业的朋友们表示诚挚的感谢。正是有了你们的共同努力和不懈奋斗，国产芯片事业才能不断取得新的突破和成就。让我们携手并进，共同为推动我国单片机技术的繁荣和发展贡献智慧和力量！

是为序。

麦满权博士

中国信息产业商会电子元器件应用与供应链分会（ECAS）特聘专家

璞励咨询（深圳）有限公司创始人及高级合伙人

2024年春

前  言

随着科技的飞速发展，我们已经迈入了人工智能（Artificial Intelligence，AI）时代。AI的基石——嵌入式系统，已成为我们生活中不可或缺的一部分。从智能手表到智能家居，从无人机到自动驾驶汽车，嵌入式系统正在改变我们的生活方式。而在这个变革中，基于ARM Cortex-M0+ 内核的系列微控制器，凭借其出色的性能、高性价比、极低的功耗和广泛的生态系统，成为众多嵌入式项目的理想选择。随着国产化的推进，基于ARM Cortex-M0+的国产芯片系列的嵌入式开发，是智能产品工程师必备的技能，也是电子信息技术、物联网、机电等相关专业的学生必须学习和掌握的技能。

全书共12章，各章内容简要介绍如下。

● 第1章：简要介绍与ARM Cortex-M0+内核相关的基本概念和CW32单片机等。

● 第2章：指导读者如何快速入门，创建CW32工程模板，点亮一个LED。这对有其他Cortex-M内核单片机开发经验的读者很友好，他们可快速学习完本章内容，然后上手CW32的实战开发。

● 第3～6章：主要讲解CW32F030原理及基础、GPIO端口、高级定时器、ADC等。

● 第7～8章：主要讲解嵌入式硬件设计工具、CW32最小系统电路设计。先简单介绍嘉立创EDA的功能特点，再详细讲解CW32核心板的原理图及PCB的设计过程和要点。

● 第9章：讲解CW32_IoT_EVA评估板的基本硬件构成及核心特性，使读者能够基于此平台快速进行嵌入式基础开发实战，完成GPIO、定时器、OLED显示、ADC及串行接口等应用实验。

● 第10章：重点讲解基于CW32L083的超低功耗开发实战。

● 第11章：详细讲解CW32多功能测试笔产品的硬件、软件开发的完整流程，为读者展示一系列产品级的设计思维。

● 第12章：以2023年全国大学生电子设计竞赛E题为实例，深入介绍基于CW32的运动目标控制系统与自动追踪系统的基本原理、设计思路和实现方法。

本书由大学教师团队、原厂团队及应用方案公司团队合作编写，各团队成员互相取长补短，有效地消除了学术界与工业界之间的隔阂，可为读者提供兼具理论深度和实践应用的全面指导。大学教师团队有来自重庆科技大学电气工程学院的许弟建、李家庆、彭宇兴、青美伊等教师，还有来自江西工程学院的张常友等教师。原厂团队有来自武汉芯源半导体有限公司的陈巧、张亚凡，以及来自嘉立创EDA原厂的莫志宏、赖鹏威等高级工程师。应用方案公司团队有来自重庆优易特智能科技有限公司的李芳、李本飞，以及来自CW32生态社区的热心工程师何元弘、宋晓泽等工程师。重庆科技大学的刘显荣、柏俊杰、胡文金、吴云君等教师在本书成书过程中，帮助审核内容，并提供了很多宝贵的建议。重庆科技大学电气工程学院的陈杭、苟洪嘉、石登云3位电子竞赛参赛同学贡献了第12章原始内容，唐云杰同学参与了全书的整理。

这种合作模式确保了本书内容的准确性和实用性。大学教师团队提供了扎实的理论基础，保证了知识的系统性，为本书注入了深厚的学术底蕴；原厂团队则从产业实际出发，分享了宝贵的行业经验和技术细节，使本书内容更加贴近实际应用；应用方案公司团队则以其丰富的项目经验和创新思维，为本书增添了实际问题的实用解决方案。这种合作方式，打破了市场上很多嵌入式图书主要讲理论，不讲项目实践，或者主要讲软件，不详细讲原理图设计、PCB设计等的习惯。

本书“软硬兼施”，由产品的全设计理念驱动，十分契合社会对高级嵌入式工程师的职业要求。同时，本书围绕的核心——CW32芯片及嘉立创EDA工具均为国产高科技产品，在大力推动国产替代设计的今天，值得读者学习与应用。

无论是在校的师生，还是从事嵌入式系统开发的专业人士，或者只是对嵌入式系统和智能化技术感兴趣的爱好者，通过对本书的学习，都将获得宝贵的实践经验和启示，为今后的学习、竞赛或实际项目开发打下坚实的基础。

再一次感谢所有对本书编写和审阅提供过帮助的专家、同事和朋友们，感谢他们对本书的付出和支持。希望本书能为读者的嵌入式开发之旅提供指引和帮助，让我们一起探索嵌入式世界的无限可能，共创美好未来！

由于编者水平有限，书中难免存在不足之处，恳请同行专家和读者不吝指正（邮箱：583508038@qq.com）。

编者

2024年3月

第1章　CW32单片机概述

单片机（Single-Chip Microcomputer），也被称为微控制器（Micro-Controller Unit，MCU）。

单片机采用超大规模集成电路（Integrated Circuit，IC）技术，把具有数据处理能力的中央处理器（Central Processing Unit，CPU）、随机存储器（Random Access Memory，RAM）、只读存储器（Read-Only Memory，ROM）、多种输入输出（Input/Output，I/O）接口和中断系统、定时器/计数器等（可能还包括显示驱动电路、脉冲宽度调制电路、模拟多路转换器、模数转换器等）功能集成到一块硅片上，构成一个微型的计算机系统。其中，ROM现在多用FLASH存储器（即闪存）替代。

这种设计使单片机具有体积小、功耗低、功能强、可靠性高等特点，因此单片机被广泛应用于各种电子设备中，涉及手机、智能家居、工业控制、汽车电子等领域。

单片机的应用非常广泛，它已经成为现代电子设备中不可或缺的一部分。同时，随着技术的不断发展，单片机的性能在不断提高，功能在不断扩展，将为人们的生活和工作带来更多的便利和乐趣。

1.1　单片机及Cortex-M0+内核概述

从1971年英特尔（Intel）公司的4004面世开始，单片机技术发展迅速。短短50余年的时间，从4004的4位，经历8位、16位，迅速发展到现在主流的32位；内核也从8080发展到MCS-51、MIPS、Cortex-M等。

Cortex-M系列是目前流行的MCU内核之一，它是ARM公司推出的针对微控制器的内核，具有高性能、低功耗、易于编程等特点。它包括Cortex-M0、Cortex-M0+、Cortex-M3、Cortex-M4等子系列。

Cortex-M0+是Cortex-M系列中广受欢迎并得到广泛应用的子系列，具有更低的功耗和更高的性能，适用于各种嵌入式应用。

本书主要介绍的对象——CW32单片机，就是由武汉芯源半导体有限公司基于Cortex-M0+内核进行自主研发而成的。

1.1.1　单片机发展史简述

单片机中的“位”是衡量单片机及其内核技术性能的一个重要指标。“位”是指“字长”，即单片机内CPU每次处理的二进制数的位数，有4位、8位、16位、32位及64位等。

位数越多，数据有效数越多，精确度越高，运算误差越小。在运算速度一样的情况下，位数越多，处理速度越快。

下面将以“位”为脉络，梳理单片机的发展史，从时间维度简述单片机技术的飞速发展进程。

一、单片机起源与早期发展（4位单片机时代）

1971年，英特尔公司的特德·霍夫在与日本商业通信公司合作研制台式计算机时，将原始方案的十几个芯片压缩成了3个集成电路芯片，其中的两个芯片分别用于存储程序和数据，另一个芯片集成了运算器和控制器及一些寄存器，这就是4位微处理器Intel 4004，它的出现标志着第一代微处理器问世。

二、8位单片机时代

1972年，霍夫等人研制出首个8位微处理器Intel 8008。由于Intel 8008采用的是P沟道金属氧化物半导体（Metal-Oxide-Semiconductor，MOS）微处理器，因此它仍属于第一代微处理器。

1973年，霍夫等人研制出8位微处理器Intel 8080，以N沟道MOS电路取代了P沟道MOS电路，第二代微处理器就此诞生。Intel 8080芯片主频为2MHz，运算速度比Intel 8008快10倍，可存取64KB存储器，使用了基于6μm技术的6000个晶体管，处理速度为0.64MIPS。

1975年，德州仪器公司首次推出4位单片机TMS-1000，标志着单片机正式诞生。随后，各家半导体设计公司竞相推出自己的4位单片机，如美国国家半导体公司的COP4XX系列、日本电气公司的PD75XX系列、日本东芝公司的TMP47XXX系列等。

1976年，英特尔公司研制出了MCS-48系列8位单片机，这是现代单片机的雏形，通常称其为第一代单片机。它首次将处理器与内存集成到一块芯片中，该系列芯片迅速成为行业标准，1984年，英特尔公司将其作为产品代表在美国国家历史博物馆中进行展览。

20世纪70年代后期，许多半导体公司看到单片机的巨大市场前景，不断加入该领域的研发。1978年，摩托罗拉公司推出M6800系列单片机，齐洛格公司推出Z80系列单片机；1979年，日本电气公司推出μPD78XX系列。

1980年，MCS-51系列8位单片机问世，这是由英特尔公司在MCS-48系列单片机的基础上研发成功的。MCS-51系列是完全按照嵌入式应用而设计的单片机，与MCS-48系列相比性能有明显提升，在片内增加了串行I/O接口、16位定时器/计数器，片内ROM和RAM的存储容量都相应增大，寻址范围可达64KB，片内ROM容量为4～8KB，并且有多级中断处理功能。

MCS-51系列是伟大的、划时代的产品。该系列单片机因其性能可靠、简单实用、性价比高而深受欢迎，代表产品有8031、8051、80C51系列等。

20世纪80年代中后期，英特尔公司集中精力在CPU的研发上，逐渐放弃了单片机的生产，故以专利或技术交换的形式把80C51内核技术转让给其他集成电路厂商，如飞利浦、日本电气、Atmel、亚德诺、华邦等。这些公司在保持与80C51单片机兼容的基础上，进行了一些功能扩充。这样，80C51就变成受众多厂商支持、有上百个品种的大家族。一般习惯把兼容机等衍生产品统称为80C51系列，这是单片机应用的主流产品，功能和市场竞争力强，直到现在仍在广泛使用。

从此，单片机开始迅速发展，应用领域不断扩大，成为微型计算机的重要分支。

三、16位单片机崛起

1983年，英特尔公司推出了高性能的16位MCS-96系列单片机，采用当时最新的制造工艺，芯片集成度高达12万只晶体管/片。它同样具有划时代意义。它的各项性能都有所提高，然而因其性价比不理想而未得到广泛的应用，只能算中间产品。

与8位单片机相比，16位单片机具有更大的数据宽度、更高的主频、更高的集成度、更多的RAM和ROM，以及更多的中断源和模数转换通道。这些特点使得16位单片机能够更好地满足更复杂的控制系统的需求。

随着技术的发展，世界各大半导体公司相继开发了功能更为强大的16位单片机，进一步推动了16位单片机的普及和应用。例如，Microchip公司发布的PIC系列单片机以其精简指令集和低功耗等特点吸引了大量用户，进一步推动了16位单片机的市场应用。

四、32位单片机时代的到来

1990年，英特尔公司推出了80960超级32位计算机，引起了计算机界的轰动，成为单片机发展史上的又一重要里程碑。在同时期，摩托罗拉以及早被收购的齐洛格公司也研发出了颇具影响力的单片机。

五、单片机内核百花齐放的时代

随着集成电路技术的发展，单片机在集成度、功能、速度、可靠性、应用领域等各个方面向更高的水平发展。MCU内核除了前文介绍过的80C51外，还出现了AVR、MIPS、自研内核等，以及对当下影响重大的ARM Cortex-M内核、RISC-V内核。

1997年，Atmel公司研发出增强型内置FLASH存储器的高速8位单片机，简称AVR。AVR具有创新的系统架构、更高的集成度，同时采用Atmel自有的FLASH存储器工艺，在性能和功耗上相较于之前的冯·诺依曼架构产品均有较好表现。该类型单片机电路简单、故障率低、可靠性高、成本低。

与此同时，各家厂商积极开发自有架构及内核，成立于2003年的瑞萨电子公司采用自有的瑞萨内核，此外还有飞思卡尔公司的HC05/HC08系列、摩托罗拉公司的MC68HC系列、德州仪器公司的MSP430系列等。

2002年，MIPS公司推出了M4K内核，这是一款专为MCU和小尺寸嵌入式控制器设计的高性能综合性处理器内核。Microchip公司的32位PIC系列MCU产品部分使用了M4K内核。

2004年开始，ARM公司推出一系列32位Cortex-M内核，意法半导体公司率先成功使用，32位单片机迅速取代了16位单片机，占据主流市场地位。

2010年，开源指令集RISC-V项目始于加州大学伯克利分校。

六、ARM内核单片机的出现，造就32位单片机的崛起

随着ARM公司推出的ARM内核单片机在市场上取得的巨大成功，32位单片机迅速取代了16位单片机。ARM内核单片机具有高性能、低功耗、低成本等特点，因此在许多领域得到了广泛应用。在智能家居、智能汽车等领域，ARM内核单片机成为控制核心。

由于ARM内核单片机是从ARM内核发展出来的一个分支，所以，下面先介绍ARM内核的发展史，再介绍ARM内核单片机的发展史。

（1）ARM内核的发展史。

ARM是Advanced RISC Machines的缩写。ARM架构是一个32位精简指令集（Reduced Instruction Set Computer，RISC）处理器架构，其广泛地应用于嵌入式系统设计。

1985年，ARMv1架构诞生，该版架构只在原型机ARM1上出现过，且只有26位的寻址空间（即64MB），没有用于商业产品。1986年，ARMv2架构诞生，开始商用；此后，ARM公司一直推陈出新，ARMv3、ARMv4、ARMv5、ARMv6相继诞生。

2004年，ARMv7架构诞生，从这时开始，ARM以Cortex来重新命名处理器，Cortex-M3/4/7、Cortex-R4/5/6/7、Cortex-A8/9/5/7/15/17都基于该架构。

2007年，在ARMv6基础上衍生出了ARMv6-M架构，该架构专门为低成本、高性能设备而设计，向由8位设备占主导地位的市场提供32位功能强大的解决方案。Cortex-M0/1/0+即采用该架构。

2011年，ARMv8架构诞生，Cortex-A32/35/53/57/72/73采用的是该架构，这是ARM公司首款支持64位指令集的处理器架构。

2015年，在ARMv6-M基础上衍生出了ARMv8-M baseline，在ARMv7-M基础上衍生出了ARMv8-M mainline，Cortex-M23采用的是ARMv8-M baseline架构，Cortex-M33采用的是ARMv8-M mainline架构。这两款处理器加入了TrustZone支持，面向物联网（Internet of Things，IoT）市场。

（2）ARM内核单片机的发展史。

2004年，ARM公司推出了Cortex-M3内核。但是飞利浦等半导体厂商认为ARM7处理器卖得很好，所以并没有多少动力基于Cortex-M3内核开发新产品。而ARM公司眼看开发出的Cortex-M系列内核无人问津，干脆自己投资成立了Luminary Micro（流明诺瑞）。

2006年3月，流明诺瑞率先推出了第一款基于ARM Cortex-M3处理器的Stellaris LM3S系列MCU。但是因为采用的是新内核，熟悉Cortex-M3的工程师比较少，所以当时反响寥寥。

随着时间的推移，其他半导体厂商也加入了开发Cortex-M3处理器的行列。

2007年6月，意法半导体公司同样推出基于该内核的STM32 F1系列MCU，才使该内核大放光芒。

2009年3月，恩智浦半导体公司率先推出了第一款基于ARM Cortex-M0处理器的LPC1100系列MCU。

2021年开始，武汉芯源半导体有限公司在总结前人积累的经验的基础上，推出了一系列基于ARM Cortex-M0+内核的CW32单片机。CW32芯片具有后发者优势，生态完善友好，具有高性能、低功耗、高可靠性、低成本等显著优点，迅速在市场上得到推广，在工业控制、电机控制、电力控制等领域应用广泛。

1.1.2　Cortex-M0+内核介绍

ARM Cortex-M0+是2012年3月14日ARM公司发布的一款低功耗、高能效的ARM处理器，可用于存在设计约束的嵌入式应用。它具有极小的硅面积和极少的代码量，处理器的低门数使其能够部署在需要简单功能的应用中。

作为ARM Cortex-M处理器系列的最新成员，32位Cortex-M0+处理器采用了低成本90nm低功耗（Low Power，LP）工艺，功耗仅9μA/MHz，约为主流8位或16位处理器的1/3，却能提供更高的性能。这种低功耗和高性能的结合为仍在使用8位或16位架构的用户提供了一个转型开发32位器件的理想机会，从而可在不牺牲功耗和面积的情况下，提高日常设备的智能化程度。该款经过优化的Cortex-M0+处理器可针对家用电器、医疗监控、电子测量、照明设备以及汽车控制器件等各种广泛应用的智能传感器与智能控制系统，提供超低功耗、低成本微控制器。

Cortex-M0+集成了存储器保护单元（Memory Protection Unit，MPU）、单周期I/O接口和微跟踪缓存（Micro Trace Buffer，MTB）。ARM Cortex-M0+框图如图1-1所示。

图1-1

ARM Cortex-M0+内核具有以下关键特征。

● 采用ARMv6-M架构。

● AHB-Lite总线接口，冯·诺依曼总线架构，带可选单周期I/O接口。

● Thumb/Thumb-2子集指令支持。

● 两段流水线。

● 可选8区域MPU，带子区域和背景区域。

● 不可屏蔽中断和1～32个物理中断。

● 唤醒中断控制器。

● 硬件单周期（32×32）乘法。

● 多种休眠模式，带集成式等待中断（Wait for Interrupt，WFI）、等待事件（Wait for Event，WFE）以及退出时休眠功能、休眠和深度休眠功能。

● 根据实现方式提供多种保留模式。

● 联合测试工作组（Joint Test Action Group，JTAG）和串行线调试（Serial Wire Debug，SWD）接口，具有多达4个断点和两个观察点。

● 可选MTB。

ARM Cortex-M0+ MCU的关键优势如下。

● 小尺寸内核使其能够用作小设备中的单核心，或在需要特定硬件隔离或任务划分时，用作额外的嵌入式配套内核。

● Cortex-M0+内核不会影响基于I/O、模拟和非易失性存储器的典型MCU的各元件之间的取舍。因此在划分MCU产品组合时，总线位宽（8位、16位或32位）不再相关。

● M0+微控制器在入门级应用中得到广泛使用，并带来了巨大优势。它们能满足计算性能要求，其基本架构允许M0+ MCU在开关门数量较少的应用中达到超低功耗性能。Cortex-M0内核可减少噪声发射，并满足使用最佳时钟速度的性能要求。

● 内核的动态功率为5～50µW/MHz，这取决于所采用的技术。但是，内核功耗并不能代表设备的整体功耗，并且不是要考虑的唯一因素。

● Thumb指令集是Cortex-M系列所采用指令集的子集。它可以重复使用任何经验证的Cortex-M产品软件块，从而可以简化产品组合，提高可扩展性。

● MPU管理CPU对存储器的访问，确保任务不会意外破坏其他激活任务所使用的存储器或资源。MPU通常由实时操作系统（Real-Time Operating System，RTOS）控制。若程序访问的存储器位置被MPU禁止，则RTOS可检测到它并采取行动。内核可基于执行的进程，动态更新MPU区的设置。

1.1.3　Cortex-M0+到底“+”了什么

Cortex-M0+相比于Cortex-M0，其核心优势在于“+”所代表的多个方面。下面将从性能、功耗、功能、可扩展性、可靠性、应用场景和生态系统等方面详细介绍Cortex-M0+的“+”到底代表些什么。

（1）更高的性能。

Cortex-M0+相对于传统的Cortex-M系列微控制器，具有更高的性能。它采用了先进的指令集架构和优化设计，在相同的工作频率下能够处理更多的任务，提高系统的运行效率。此外，Cortex-M0+还支持一些新的硬件加速器，可进一步提升性能。

（2）更低的功耗。

Cortex-M0+在降低功耗方面也表现出色。它采用了多种低功耗技术，如动态电压和频率调整、空闲模式等，使得微控制器在运行时能够降低功耗，延长电池寿命。同时，Cortex-M0+还支持多种低功耗模式，可以根据应用需求进行灵活配置。

（3）更多的功能。

Cortex-M0+在功能方面也进行了增强。它支持更多的外设接口，如通用异步接收发送设备（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART）、串行外设接口（Serial Peripheral Interface，SPI）、内部集成电路总线接口（Inter-Integrated Circuit，I²C）等，使得开发者能够更容易地实现与外部设备的通信。

（4）更强的可扩展性。

Cortex-M0+具有更强的可扩展性。它支持多种不同的处理器核心和外设接口，可以根据应用需求进行灵活配置。此外，Cortex-M0+还支持多种不同的操作系统和开发工具，使得开发者能够更容易地进行开发和调试。

（5）更优秀的可靠性。

Cortex-M0+在可靠性方面也表现出色。它采用了多种错误检测和纠正技术，如奇偶校验、循环冗余校验（Cyclic Redundancy Check，CRC）等，提高了系统的可靠性。此外，Cortex-M0+还支持多种安全协议和加密算法，保护了系统的数据安全。

（6）更广泛的应用场景。

Cortex-M0+适用于各种应用场景。它可以应用于智能家居、工业控制、医疗设备、消费电子等领域。其高性能、低功耗和功能丰富等特点，使得Cortex-M0+成为这些领域的理想选择。

（7）更丰富的生态系统。

Cortex-M0+拥有丰富的生态系统。ARM公司提供了完整的开发工具链和参考设计，使得开发者能够更容易地进行开发和调试。此外，大量的第三方厂商也提供了各种外设接口和开发套件，进一步丰富了Cortex-M0+的生态系统。

综上所述，Cortex-M0+在性能、功耗、功能、可扩展性、可靠性、应用场景和生态系统等方面都表现出色。它的“+”代表了多个方面的提升和创新，使得Cortex-M0+成为微控制器领域的优秀选择之一。

1.2　CW32单片机介绍

2021年开始，武汉芯源半导体有限公司陆续推出了基于Cortex-M0+内核的32位微控制器──CW32系列MCU。它具有后发优势，在多项指标上大幅领先于其他品牌同类产品，可以满足通用、低成本、超低功耗以及高性能等不同应用领域的MCU需求。

CW32单片机具有安全稳定、超强抗干扰、超低功耗、开发者友好等显著的特点。

1.2.1　武汉芯源半导体有限公司简介

武汉芯源半导体有限公司，于2018年8月28日成立，是上市公司武汉力源信息技术股份有限公司的全资子公司，专注于芯片的设计、研发、销售及技术服务。

武汉芯源半导体有限公司可为电子行业用户提供MCU、小容量存储芯片、功率器件SJ-MOSFET等系列产品，具有产品质量保证、技术性能可靠、供货能力稳定三大竞争优势。

目前，该公司推出的产品广泛应用于消费电子、智能家居、物联网、工业控制、医疗电子以及汽车电子行业。未来还将继续推出更多高性能、更有性价比的芯片，以满足更多的市场需求。

武汉芯源半导体有限公司具有以下优势。

● 拥有先进的集成电路设计平台和规范的产品开发流程。

● 专注于半导体器件的技术创新，设计开发具有自主知识产权的各类半导体器件，拥有多项发明专利和核心技术。

● 与华虹宏力半导体制造有限公司进行战略合作，产能稳定，质量可靠，可以满足市场各种需求。

● 核心骨干有近20年混合信号集成电路设计经验。

武汉芯源半导体有限公司将持续进行技术革新，确保稳定可靠的供应链能力，致力于成为国产芯片产业的领航者。

1.2.2　CW32全系列产品概览

武汉芯源半导体有限公司自2021年推出首款M0+内核的CW32F030C8T6后，持续进行技术革新及产品迭代，截至2023年12月，已经推出5条产品线、近30个料号的芯片产品。

CW32系列单片机已推出的产品线如下。

● 通用高性能CW32F030/002/003系列。

● 安全低功耗CW32L083/031/052系列。

● 无线射频CW32W031/CW32R031系列。

● 车规级CW32A030系列。

未来还会推出极具性价比的M0+内核系列、更高性能的M4系列等芯片。

CW32全系列MCU的命名规范如图1-2所示。

图1-2

CW32系列产品型号分布如图1-3所示。

图1-3

CW32系列微控制器选型如表1-1所示。

表1-1　CW32系列微控制器选型

1.2.3　通用高性能CW32F系列简介

通用高性能CW32F系列产品主要包括CW32F030/003/020/002等4个系列，均是基于ARM Cortex-M0+内核的32位工业级微处理器。

本系列产品已全面实现−40～105℃超宽温度范围和1.65～5.5V超宽工作电压范围，面向广泛的各种基础应用。

一、CW32F系列主要功能

通用高性能CW32F系列MCU具有以下功能及优势。

● 超宽工作电压：1.65～5.5V。超宽工作温度：−40～105℃。

● 采用Prefetch+Cache架构，同频算力功耗比（CoreMark/mA）超越同类产品。

● 12位模数转换器（Analog to Digital Converter，ADC），可达到±1.0LSB INL（非线性积分）、11.3ENOB（有效位数）。

● 采用稳定可靠的eFLASH（嵌入式闪存）工艺，支持工业级高可靠应用。

● HBM ESD 8kV，全部ESD可靠性达到国际标准最高等级。其中，HBM指人体放电模型（Human Body Model）；ESD指静电释放（Electro-Static Discharge）。

图1-4所示为CW32F003系列产品的主要功能，图1-5所示为CW32F030系列产品的主要功能。

图1-4

图1-5

二、CW32F系列主要封装形式

CW32F030系列产品可提供LQFP48、LQFP32、TSSOP20、QFN32和QFN20等多种封装形式，如图1-6所示。

图1-6

与此同时，同内核低成本版本的CW32F003系列也推出了TSSOP24、TSSOP20和QFN20等多种封装形式，如图1-7所示。

图1-7

三、CW32F系列性能优势

CW32F系列芯片借助后发优势，充分结合市面上各品牌同类产品的实际应用需求，做了多项重要改良，在对通用需求保持广泛支持的同时，深入解决了多项技术痛点问题，使得新产品更易于替换，并提升了如下多项关键性能指标。

（1）得益于专门设计的内置Capless LDO，本款产品在满足1.65～5.5V的超宽工作电压范围的同时，无须单独外接供内部LDO（Low Dropout Regulator，低压差线性稳压器）使用的电容器。

（2）集成了指令Prefetch和Cache，在内核频率64MHz的状态下相较竞品MCU性能总得分提升30%以上。

（3）使用成熟的ULL（Ultra-Low Leakage，超低漏电）工艺，以及创新的设计方法，使得算力功耗比（CoreMark/mA）达到19.18，性能较市场通用产品大幅提升。

（4）使用创新的补偿电路，实现多项内部时钟振荡器全温度、全电压范围精度误差不超±2.0%。

（5）通过创新的软硬件过采样算法，实现较高的ADC测量精度，相较竞品增加约1位有效值。

（6）增强芯片内部端口设计，实现ESD性能和LatchUp等性能大幅提升至国际标准JEDEC JS-001-2017、JEDEC STANDARD NO.78E NOVEMBER 2016、JEDEC EIA/JESD22-A115C、JEDEC EIA/JESD22-C101F的最高等级。

（7）增加多级程序加密安全防护，妥善保护客户知识产权。

（8）为保证客户顺利完成开发，同时发布了相关的技术支持网站、数据表和用户手册、各种封装的配套评估板、调试工具、批量离线烧录工具以及配套软件库和例程。

（9）作为标准的Cortex-M0+产品，当然也可以使用市场流行的Keil微控制器开发工具包（Microcontroller Development Kit，MDK）或IAR Embedded Workbench等开发环境和软硬件工具，大部分使用过类似产品的工程师都能够便捷地实现快速替换和测试验证。

四、CW32F系列开发工具及评估板

主流开发设计工具和编程器厂家已实现对CW32F系列的支持。同时还有配套的官方评估板，用于CW32F系列MCU的评估。图1-8所示为CW32F003系列评估板，图1-9所示为CW32F030系列评估板。

图1-8

图1-9

1.2.4　安全低功耗CW32L系列简介

安全低功耗CW32L系列选型如表1-2所示。

表1-2　CW32L系列选型

CW32L系列是武汉芯源半导体有限公司的拳头产品，它们在安全和低功耗的各项指标上都有优异的表现，特别适合有相应要求的应用领域。

除此之外，武汉芯源半导体有限公司还将发布基于全新工艺的，具有超低功耗、超高性价比的CW32L010/L032系列等。有兴趣的读者可以随时关注官网选型表的更新情况。

本小节以CW32L083系列产品为例进行详细介绍。

CW32L083系列产品，外设主要包括1路12位ADC、6路UART、2路SPI、2路I²C以及多路定时器等功能模块。相较其他系列产品，CW32L083系列还新增了1路低功耗定时器（Low Power Timer，LPTIM）、1个液晶控制器（用于单色无源液晶显示器的数字控制与驱动）、真随机数发生器（True Random Number Generator，TRNG）、高级加密标准（Advanced Encryption Standard，AES）模块等数字模块。

CW32L083系列产品非常适用于各种小、中型电子产品，比如医疗和手持设备、计算机外围设备、游戏设备、运动装备、报警系统、智能门锁、有线和无线传感器模块、表计等产品。

CW32L083系列目前可提供LQFP100、LQFP80、LQFP64这3种封装形式，如图1-10所示。

图1-10

一、CW32L083系列主要功能

图1-11所示为CW32L083系列主要功能。

图1-11

二、CW32L083系列功能优势

（1）深度休眠（DeepSleep）模式0.6μA。

CW32L083系列产品在深度休眠模式下电流只有0.6μA（所有时钟关闭，上电复位有效，I/O状态保持，I/O中断有效，所有寄存器、RAM和CPU数据保存状态时的功耗），极大地降低了工作功耗，能使电池待机时间更长，在运行模式下（代码在FLASH存储器中运行），功耗也仅为113μA/MHz。CW32L083系列功耗典型值如图1-12所示。

图1-12

（2）2.4μs超低功耗唤醒时间。

在实测中，CW32L083系列产品超低功耗唤醒时间仅需4μs，使模式切换更加灵活高效，系统反应更为敏捷，表现非常亮眼。同时，CW32L083可以在−40～85℃的温度范围内工作，且具有超宽工作电压范围1.65～5.5V，可极大程度地满足用户各种使用环境需求。

（3）具备LCD段码液晶驱动器。

CW32L083系列产品配置了4×56、6×54或8×52 LCD段码液晶驱动器。LCD段码液晶驱动器的驱动原理是：具有偶极矩的液晶棒状分子在外加电场的作用下其排列状态发生变化，使得通过液晶显示器件的光被调制，从而呈现明与暗或透光与不透光的显示效果。液晶显示器件中的每个显示像素都单独被电场控制，不同的显示像素按照控制信号的“指挥”便可以在显示屏上组成不同的字符、数字及图形。

（4）TRNG。

CW32L083系列产品配置了一个TRNG。TRNG是一种用于生成随机数的设备，其输出的随机数是基于物理随机现象或过程产生的，这些现象或过程具有固有的随机性。

（5）AES模块。

CW32L083系列产品中的AES模块，采用的是密码学中的AES，又称Rijndael加密法，是一种区块加密标准，可实现对隐私内容的安全加密保护。

1.2.5　无线射频系列简介

无线射频系列具有以下功能特性。

● 12位高速ADC：1Mbit/s。

● 双路电压比较器。

● 低电压检测器。

● 内置电压参考，温度系数的绝对值不大于60ppm/℃。

● 内置温度传感器，精度为±3%。

● 一次性可编程（One Time Programmable，OTP）存储器。

● 丰富的定时器资源。

● 多路内置时钟。

● 独立、窗口看门狗。

● 实时时钟和日历。

● 四通道直接存储器访问（Direct Memory Access，DMA）控制器。

● CRC计算单元。

● 红外线（Infrared Ray，IR）调制发送器。

无线射频系列选型如图1-13所示。

图1-13

CW32R031C8支持2400MHz～2483MHz通信频段，兼容低功耗蓝牙（Bluetooth Low Energy，BLE）及XN297L数据包，可编程输出功率高达10dBm，拥有−88dBm良好的接收灵敏度，支持自动应答及自动重传功能，适用于短距离无线连接。

CW32R031C8的应用领域包括遥控器、无人机、玩具、电子围栏、电子标签、照明、门锁、键盘、鼠标等产品。

CW32W031R8 嵌入低功耗远距离ChirpIoT™射频子系统，工作频段为370MHz～590MHz和740MHz～1180MHz，支持半双工无线通信，支持0.08～20.4kbit/s的低速率模式，支持扩频因子自动识别和CAD功能，具有高抗干扰性、高灵敏度、低功耗和超远距离通信等特性，适用于长距离无线连接。

CW32W031R8的应用领域包括无线自动抄表、远距离数据通信、智能家居、工业物联网、智慧农业、供应链物流等。

1.2.6　车规级CW32A系列简介

车规级芯片CW32A030C8T7的产品特性如下。

● 内核为ARM Cortex-M0+，最高主频为64MHz。

● 工作温度：−40～105℃。工作电压：1.65～5.5V。

● 存储容量：64KB的FLASH存储器，数据保持25年，8KB的RAM，支持奇偶校验，128B的OTP存储器。

● CRC计算单元。

● 复位和电源管理。

　 低功耗模式（Sleep、DeepSleep）。

　 上电复位/掉电复位（POR/BOR）。

　 可编程低电压检测器（LVD）。

● 时钟管理。

　 4MHz～32MHz的晶体振荡器。

　 32kHz的低速晶体振荡器。

　 48MHz的RC振荡器。

　 32kHz的RC振荡器。

　 10kHz的RC振荡器。

　 150kHz的RC振荡器。

　 时钟监测系统。

　 允许独立关断各外设时钟。

● 支持最多39路I/O接口。

　 所有I/O接口支持中断功能。

　 所有I/O接口支持中断输入滤波功能。

● 5通道DMA控制器。

● ADC。

　 12位精度，±1LSB。

　 最高1M SPS转换速度。

　 内置电压参考。

　 模拟看门狗功能。

　 内置温度传感器。

● 双路电压比较器。

● 实时时钟和日历，支持由Sleep/DeepSleep模式唤醒。

● 定时器。

　 16位高级控制定时器，支持6路比较捕获通道和3对互补脉冲宽度调制（Pulse with Modulation，PWM）输出、死区时间和灵活的同步功能。

　 4个16位通用定时器。

　 3个16位基本定时器。

　 窗口看门狗定时器（Window Watchdog Timer，WWDT）。

　 独立看门狗定时器（Independent Watchdog Timer，IWDT）。

● 通信接口。

　 3路低功耗UART，支持小数波特率。

　 两路SPI，12Mbit/s。

　 两路I²C接口，1Mbit/s。

　 IR调制发送器。

● SWD接口。

● 80位唯一ID。

● AEC-Q100（Grade 2）车规标准。

1.3　CW32单片机的优点

CW32单片机凭借其安全稳定、超强的抗干扰性、超低功耗等特性，可以满足客户极其苛刻的应用要求。

1.3.1　质量可靠

武汉芯源半导体有限公司具有完备且严格的质量管理体系。2022年12月22日，经过中国质量认证中心（CQC）全面、严格、系统的审查考核，该公司顺利通过ISO 14001:2015环境管理体系认证、ISO 45001:2018职业健康安全管理体系认证、ISO 9001:2015质量管理体系认证，标志着武汉芯源半导体有限公司在环境管理、职业健康安全管理、质量管理方面达到了国际或国家指定的质量控制标准，为产品进入市场提供了必要的资质保证；也标志着武汉芯源半导体有限公司已具备科学、稳定的质量管理能力，在设计研发、过程控制、产品质量及改进、客户服务等方面的质量控制得到肯定。

CW32全系列产品符合IEC 60730、IEC 61508功能安全设计规范。

CW32A030C8T7通过了AEC-Q100车规级可靠性测试。

（1）CW32F系列HBM ESD、MM ESD、CDM ESD、LatchUp@105℃全面达到JEDEC数个标准的最高等级。

CW32F系列的ESD性能测试结果如图1-14所示。

图1-14

（2）CW32F系列的EFT性能测试结果如图1-15所示。

图1-15

（3）CW32F系列采用稳定可靠的eFLASH工艺，支持工业级高可靠应用。

CW32F系列eFLASH制造参数如图1-16所示。

图1-16

1.3.2　性能优越

一、ADC采样精度高

ADC采样精度相较竞品增加约1位有效值：±1.0LSB INL（非线性积分）、11.3ENOB（有效位数）。CW32系列的ADC性能测试结果如图1-17所示。

图1-17

二、具有高可靠性

● CW32F系列支持工业级温度−40～105℃。

● 全系列支持1.65～5.5V的超宽工作电压范围。

● ESD 8kV。

● 支持奇偶校验。

三、低功耗，高性能

● 算力功耗比（CoreMark/mA）达19.18。

● 性能较市场通用产品大幅提升。

● ESD和LatchUp等性能达到JEDEC数个标准的最高等级。

四、加密安全防护

增加多级程序加密安全防护，妥善保护客户知识产权。

1.3.3　开发者友好

MCU产品是一类特殊的半导体产品，它的价值必须经过开发者的参与才能体现。开发者需要承担起关键的角色和责任，从系统设计、硬件选择、软件编程、调试和测试到定制化开发等多个方面进行全面的考虑和实现。

武汉芯源半导体有限公司充分为CW32的开发者考虑，实行一系列“开发者友好”的措施，涉及硬件设计、软件工具、社区支持、培训和认证、开发者扶持计划、大学计划等多个方面，旨在提高开发效率和体验，促进产品的创新和发展。

（1）硬件设计。

CW32产品的硬件设计与市场上其他主流MCU相近，提供了丰富的外设接口和功能模块，同时提供内容清晰的硬件手册和设计指南，以便开发者进行硬件设计和调试。

（2）软件工具。

CW32产品的软件工具沿用了ARM生态下的开发环境和调试工具，简单易用，支持多种编程语言和开发框架，同时提供丰富的示例代码和文档，以帮助开发者快速上手并解决问题。

（3）社区支持。

专门打造了CW32生态社区，通过由生态社区公众号、视频号、B站、21ic专业论坛等构成的媒体矩阵，为开发者提供丰富的技术支持和讨论资源。同时，提供在线帮助和邮件、QQ群等支持，以便开发者进行交流和解决问题。

（4）培训和认证。

提供一系列学习及培训课程，帮助开发者提高水平。同时，提供专业的技术支持和解决方案，以帮助开发者解决开发过程中的疑难问题。未来还会开展线下培训及认证。

（5）开发者扶持计划。

为CW32的开发者提供了一系列扶持计划，并对有突出贡献的开发者发放支持奖励金及证书等。

（6）大学计划。

积极支持高校师生的学习与创新，定期开展创新训练营、CW32讲座沙龙等活动。与愿意使用CW32系列产品进行教学的高校签订共建实验室协议，捐赠CW32创新实验教学设备，提供全方位的教学支持，以支持师生更好地学习专业知识与掌握相关技能。

1.4　CW32官方网站及芯片选型

武汉芯源半导体有限公司在技术上采取开放、包容的态度，在官方网站全面公开产品资料，包括数据手册、用户手册、固件库、应用笔记等。用户可以随时登录官方网站，获取最新的技术资料及芯片选型手册。

1.4.1　CW32官方网站及资料获取

在MCU开发过程中，数据手册、编程手册、固件库等资料为必备文档，要获取这些资料请进入官方网站搜索下载，具体步骤如下。

1．进入武汉芯源半导体官方网站首页，如图1-18所示。

图1-18

2．单击“技术支持”，如图1-19所示。

图1-19

3．在“技术支持”页面单击“资料下载”，如图1-20所示。

图1-20

4．进入资料下载中心后，用户可以自行选择资料进行下载，还可以在搜索框中进行搜索，如图1-21所示。

图1-21

1.4.2　CW32芯片选型

CW32系列目前已经推出5条产品线、近30个料号的芯片产品，未来还会不断推陈出新。用户要获得最新的芯片选型信息，最佳的方法是登录武汉芯源半导体有限公司的官方网站进行获取。

用户在进行芯片选型时，不用拘泥于产品线的名称或分类，根据自己的需求选择合适的型号即可。例如，若需要一款64脚的MCU（I/O接口需求较多），但是并没有低功耗的特别需求，可以考虑选择CW32L052R8T6，而不必纠结它是不是低功耗系列产品。

CW32芯片选型如图1-22所示。

图1-22