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硬件结构与原理
1.微控制器架构
1.1内核与架构
TM4C123系列微控制器基于ARMCortex-M4内核，这是一种高性能的32位RISC（精简指令集计算机）内核。Cortex-M4内核具有以下特点：
高性能：运行频率最高可达80MHz，提供100DMIPS（每秒百万条指令）的性能。
低功耗：支持多种低功耗模式，如睡眠模式、深度睡眠模式等。
浮点运算单元：集成FPU（浮点运算单元），支持单精度浮点运算，适用于需要复杂数学计算的应用。
嵌入式存储器：集成大容量的Flash存储器和SRAM，最大可达256KBFlash和64KBSRAM。
外设接口：丰富的外设接口，包括UART、I2C、SPI、CAN等，支持多种通信协议。
中断系统：强大的中断控制器，支持多达80个中断源和16个优先级。
1.2存储器架构
TM4C123系列微控制器的存储器架构包括多个层次的存储器，以确保高效的数据访问和处理：
Flash存储器：用于存储程序代码和静态数据。Flash存储器分为多个区域，每个区域可以独立擦除和编程。
SRAM：用于存储运行时数据和栈。SRAM分为多个区域，如系统SRAM和数据SRAM，以优化性能和功耗。
BootROM：包含启动代码和一些基本的固件功能，如系统初始化和错误处理。
外设寄存器：用于控制和配置微控制器的各种外设，如GPIO、定时器、ADC等。
2.电源管理
2.1供电要求
TM4C123系列微控制器支持多种供电方式，常见的供电电压范围为2.7V至3.6V。供电方式包括：
单电源供电：从一个单一的3.3V电源供电。
双电源供电：使用两个电源，分别供电给核心和外设，以优化功耗和性能。
2.2低功耗模式
TM4C123系列微控制器支持多种低功耗模式，以延长电池寿命或减少功耗。常见的低功耗模式包括：
睡眠模式：CPU停止运行，但外设和SRAM保持供电。适用于需要频繁唤醒的应用。
深度睡眠模式：CPU和大部分外设停止运行，仅保留基本的时钟源和中断。适用于长时间待机的应用。
关机模式：CPU和所有外设停止运行，仅保留最基本的寄存器状态。适用于极端低功耗的应用。
3.时钟系统
3.1时钟源
TM4C123系列微控制器支持多种时钟源，包括内部时钟和外部时钟：
内部时钟：包括InternalRCOscillator（IRC）和PrecisionInternalOscillator（PIOSC）。IRC提供16MHz的时钟频率，PIOSC提供32.768kHz的精确时钟频率。
外部时钟：包括ExternalLow-FrequencyOscillator（LFO）和ExternalHigh-FrequencyOscillator（HFO）。LFO通常用于实时时钟（RTC），HFO用于主系统时钟。
3.2时钟树
时钟树是TM4C123系列微控制器中用于生成和分配时钟的结构。时钟树包括以下主要组件：
PLL（Phase-LockedLoop）：用于倍频和稳频，提供高精度的时钟源。
SystemClock：主系统时钟，由PLL或外部时钟源提供。
PeripheralClocks：用于各个外设的时钟，可以独立配置和控制。
4.GPIO（通用输入输出）
4.1GPIO引脚配置
TM4C123系列微控制器提供了丰富的GPIO引脚，每个引脚都可以配置为输入、输出或外设功能。配置GPIO引脚的步骤如下：
选择端口：TM4C123系列微控制器有多个GPIO端口，如PORTA、PORTB等。
使能端口时钟：通过系统控制寄存器使能相应端口的时钟。
配置引脚方向：通过方向寄存器（DIR）配置引脚为输入或输出。
配置引脚功能：通过复用选择寄存器（AFSEL）配置引脚为通用输入输出或外设功能。
设置引脚状态：通过数据寄存器（DATA）设置引脚的输出状态或读取引脚的输入状态。
4.2GPIO示例代码
以下是一个使用TM4C123系列微控制器配置GPIO引脚并控制LED的示例代码：
#includestdint.h
#includestdbool.h
#includeinc/hw_memmap.h
#includeinc/hw_types.h
#includedriverlib/sysctl.h
#includedriverlib/gpio.h
intmain(void){
//1.使能GPIOA端口的时钟
SysCtlPeripheralEna