探索CYPRESS CY7C63001A/CY7C63101A USB微控制器：特性、功能與應(yīng)用

在電子設(shè)備的設(shè)計中，微控制器扮演著至關(guān)重要的角色。今天，我們來深入了解CYPRESS的CY7C63001A和CY7C63101A這兩款通用串行總線（USB）微控制器，它們在低功耗、高性能的USB外設(shè)應(yīng)用中表現(xiàn)出色。

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1. 特性亮點

1.1 低成本解決方案

CY7C63001A和CY7C63101A為低速USB外設(shè)，如鼠標(biāo)、游戲手柄等提供了低成本的解決方案。這對于追求成本效益的產(chǎn)品設(shè)計來說，無疑是一個巨大的優(yōu)勢。

1.2 USB規(guī)范兼容性

它們符合USB 1.5-Mbps規(guī)范版本1.1，支持一個設(shè)備地址和兩個端點（一個控制端點和一個數(shù)據(jù)端點），確保了與USB系統(tǒng)的良好兼容性。

1.3 8位RISC微控制器

采用哈佛架構(gòu)，配備6-MHz外部陶瓷諧振器，內(nèi)部以12-MHz運行，擁有針對USB優(yōu)化的指令集，為數(shù)據(jù)處理提供了高效的支持。

1.4 內(nèi)部存儲器

包含128字節(jié)的RAM和4 Kbytes的EPROM，還集成了USB收發(fā)器，并且有多達(dá)16個帶內(nèi)部上拉的施密特觸發(fā)器I/O引腳，其中多達(dá)8個I/O引腳具備LED驅(qū)動能力。

1.5 其他特性

具備8位自由運行定時器、看門狗定時器（WDT）、內(nèi)部上電復(fù)位（POR）、Instant-On Now?用于掛起和定期喚醒模式，以及改進(jìn)的輸出驅(qū)動器以降低電磁干擾（EMI）。工作電壓范圍為4.0V至5.25 VDC，工作溫度范圍為0 - 70°C，提供節(jié)省空間且低成本的20引腳PDIP、20引腳SOIC和24引腳QSOP封裝，還支持行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的編程器。

2. 引腳配置

不同的封裝形式對應(yīng)著不同的引腳配置。24引腳和20引腳SOIC/QSOP的CY7C63101A有著各自的引腳分布，明確每個引腳的功能對于正確使用微控制器至關(guān)重要。例如，P0.0 - P0.7和P1.0 - P1.7是通用I/O引腳，XTALIN和XTALOUT用于連接陶瓷諧振器，D+和D–是USB數(shù)據(jù)線等。

3. 功能概述

3.1 整體架構(gòu)

CY7C630/101A是8位RISC一次性可編程（OTP）微控制器家族，內(nèi)置1.5-Mbps USB串行接口引擎（SIE）。它具有35條針對USB應(yīng)用優(yōu)化的指令，內(nèi)部有128字節(jié)的RAM和4 Kbytes的程序存儲空間。

3.2 GPIO端口

該微控制器有兩個端口，最多可提供16個通用I/O（GPIO）。每個GPIO引腳都可以產(chǎn)生中斷，并且端口1的所有引腳都配備了足夠強(qiáng)大的可編程驅(qū)動器來驅(qū)動LED。不同型號的GPIO數(shù)量有所不同，CY7C6300XA有12個GPIO，CY7C6310XA有16個GPIO。

4. 引腳定義與描述

4.1 引腳定義

詳細(xì)列出了每個引腳的名稱、I/O類型、在不同封裝中的引腳編號、芯片焊盤編號以及描述。例如，P0.0 - P0.7是端口0的8個I/O線，P1.0 - P1.7是端口1的I/O線，XTALIN是陶瓷諧振器輸入，XTALOUT是陶瓷諧振器輸出等。

4.2 引腳描述

對每個引腳的功能和使用注意事項進(jìn)行了說明。例如，VCC連接到USB電源或標(biāo)稱5V電源，實際范圍在4.0V至5.25V之間；VSS連接到地；VPP用于對片上EPROM進(jìn)行編程，正常操作時應(yīng)接地等。

5. 功能詳細(xì)描述

5.1 內(nèi)存組織

5.1.1 程序內(nèi)存組織

CY7C63001A和CY7C63101A都提供4 Kbytes的EPROM，程序內(nèi)存空間分為中斷向量和程序代碼兩部分。中斷向量占用程序空間的前16字節(jié)，每個向量為2字節(jié)長。

5.1.2 安全熔絲位

該微控制器包含一個安全熔絲位，編程后，EPROM程序內(nèi)存會向編程器輸出0xFF，從而保護(hù)用戶代碼。

5.1.3 數(shù)據(jù)內(nèi)存組織

包含128字節(jié)的數(shù)據(jù)RAM，其中數(shù)據(jù)內(nèi)存的高16字節(jié)用作端點0和端點1的USB FIFO，每個端點對應(yīng)一個8字節(jié)的FIFO。同時，有程序堆棧指針（PSP）和數(shù)據(jù)堆棧指針（DSP），復(fù)位后PSP的值為0x00，DSP的值也為0x00，在進(jìn)行數(shù)據(jù)堆棧操作前，應(yīng)將DSP映射到合適的位置，如0x70。

5.2 I/O寄存器總結(jié)

通過I/O讀（IORD）和I/O寫（IOWR、IOWX）指令可以訪問各種I/O寄存器，這些寄存器控制著微控制器的不同功能，如GPIO端口的操作、USB端點的配置、中斷的使能等。

5.3 復(fù)位

支持三種類型的復(fù)位：上電復(fù)位（POR）、看門狗復(fù)位（WDR）和USB復(fù)位。復(fù)位時，所有寄存器恢復(fù)到默認(rèn)狀態(tài)，USB設(shè)備地址設(shè)置為0，所有中斷禁用。不同類型的復(fù)位會在狀態(tài)和控制寄存器中記錄相應(yīng)的標(biāo)志位，通過讀取這些標(biāo)志位可以確定復(fù)位的原因。

5.4 即時開啟特性（掛起模式）

可以通過設(shè)置狀態(tài)和控制寄存器的掛起位將微控制器置于低功耗狀態(tài)，此時除了USB接收器、GPIO中斷邏輯和Cext中斷邏輯外，其他邏輯塊都關(guān)閉。當(dāng)出現(xiàn)USB活動、GPIO中斷或Cext中斷時，掛起模式終止，微控制器恢復(fù)正常工作。

5.5 片上定時器

配備一個自由運行定時器，由諧振器頻率的六分之一時鐘驅(qū)動。定時器的計數(shù)器的0 - 7位可以從位于I/O地址0x23的只讀定時器寄存器中讀取，該寄存器在上電復(fù)位和進(jìn)入掛起模式時會被清零。定時器會產(chǎn)生128-μs和1.024-ms兩個中斷。

5.6 通用I/O端口

通過多達(dá)16個GPIO信號與外設(shè)進(jìn)行接口，分為端口0和端口1。每個I/O線都包含一個內(nèi)部上拉電阻，其使能和禁用受端口上拉寄存器位和數(shù)據(jù)寄存器位的狀態(tài)控制?？梢詫PIO引腳配置為輸入或輸出，并且每個引腳都可以觸發(fā)中斷。

5.7 XTALIN/XTALOUT

支持連接6MHz陶瓷諧振器，反饋電容和偏置電阻在IC內(nèi)部。當(dāng)從外部振蕩器驅(qū)動XTALIN時，XTALOUT可以不連接。

5.8 中斷

由通用I/O線、Cext引腳、內(nèi)部定時器和USB引擎產(chǎn)生中斷，所有中斷都可以通過全局中斷使能寄存器進(jìn)行屏蔽。中斷控制器為每個中斷設(shè)置了單獨的鎖存器，當(dāng)產(chǎn)生中斷時，會被鎖存為待處理中斷，直到被處理或發(fā)生復(fù)位。不同類型的中斷有不同的觸發(fā)條件和處理方式，如GPIO中斷由端口0和端口1的I/O引腳信號轉(zhuǎn)換觸發(fā)，USB中斷由USB端點的操作觸發(fā)等。

5.9 USB引擎

包括串行接口引擎（SIE）和低速USB I/O收發(fā)器，支持兩個端點。端點0用于接收和傳輸控制（包括設(shè)置）數(shù)據(jù)包，端點1僅用于傳輸數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)包。USB SIE獨立處理USB總線活動，完成NRZI編碼/解碼、位填充/去填充等操作，固件則處理更高級和特定功能的任務(wù)。

5.9.1 USB枚舉過程

USB控制器通過I/O地址0x12的USB設(shè)備地址寄存器來設(shè)置USB地址。典型的枚舉過程包括主機(jī)發(fā)送請求、USB控制器響應(yīng)并返回設(shè)備描述符、主機(jī)分配新地址等步驟，最終完成設(shè)備的枚舉。

5.9.2 端點0

是所有USB設(shè)備必須具備的端點，用于初始化和操作設(shè)備。它可以接收和傳輸數(shù)據(jù)，使用位于數(shù)據(jù)內(nèi)存空間0x70 - 0x77的8字節(jié)FIFO。接收數(shù)據(jù)時會更新端點0 RX寄存器以記錄接收狀態(tài)，并產(chǎn)生USB端點0中斷。

5.9.3 端點1

只能進(jìn)行傳輸，傳輸數(shù)據(jù)存儲在位于數(shù)據(jù)內(nèi)存空間0x78 - 0x7F的8字節(jié)FIFO中，通過USB端點1 TX寄存器控制傳輸。

5.9.4 USB狀態(tài)和控制

由位于I/O地址0x13的USB狀態(tài)和控制寄存器進(jìn)行調(diào)節(jié)，該寄存器控制著USB的各種狀態(tài)和操作，如檢測USB活動、強(qiáng)制發(fā)送恢復(fù)信號、自動響應(yīng)控制讀取傳輸?shù)臓顟B(tài)階段等。

5.10 USB物理層特性

5.10.1 低速驅(qū)動器特性

使用差分輸出驅(qū)動器將低速USB數(shù)據(jù)信號驅(qū)動到USB電纜上，輸出擺幅平衡，具有斜率控制以減少輻射噪聲和串?dāng)_，支持三態(tài)操作以實現(xiàn)雙向半雙工操作。

5.10.2 接收器特性

具有差分輸入接收器，輸入靈敏度至少為200 mV，在特定的共模輸入電壓范圍內(nèi)能保證正確的數(shù)據(jù)接收。還包含兩個數(shù)據(jù)線路的單端接收器，開關(guān)閾值在0.8V - 2.0V之間。

5.11 外部USB上拉電阻

USB系統(tǒng)要求在低速外設(shè)的D–引腳連接上拉電阻，為了滿足USB 1.1規(guī)范，低速度USB設(shè)備的D+/D–線路總負(fù)載電容必須小于250 pF。如果電容超過約230 pF，則需要使用外部3.3V穩(wěn)壓器。

5.12 指令集總結(jié)

提供了詳細(xì)的指令集映射，包括操作碼、操作數(shù)和執(zhí)行周期等信息，方便開發(fā)者進(jìn)行編程。

6. 電氣和開關(guān)特性

6.1 絕對最大額定值

規(guī)定了微控制器的一些極限參數(shù)，如引腳的電壓范圍、最大輸出電流、功耗、靜電放電電壓等，在使用過程中需要確保不超過這些額定值。

6.2 電氣特性

包括電源電流、編程電壓、諧振器啟動間隔、看門狗定時器周期等參數(shù)，這些參數(shù)在不同的工作條件下有相應(yīng)的取值范圍。

6.3 開關(guān)特性

涉及時鐘周期、USB數(shù)據(jù)過渡時間、數(shù)據(jù)速率、抖動容限等開關(guān)相關(guān)的參數(shù)，對于設(shè)計USB通信系統(tǒng)非常重要。

7. 訂購信息與封裝圖

提供了不同型號的訂購代碼、EPROM大小、GPIO數(shù)量、封裝名稱、封裝類型和工作范圍等信息，方便用戶根據(jù)需求選擇合適的產(chǎn)品。同時，還給出了各種封裝的尺寸圖和引腳布局，以及芯片焊盤的坐標(biāo)信息。

CYPRESS的CY7C63001A和CY7C63101A USB微控制器以其豐富的特性、強(qiáng)大的功能和良好的兼容性，為低速USB外設(shè)的設(shè)計提供了優(yōu)秀的解決方案。在實際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體需求合理選擇和使用這些微控制器，充分發(fā)揮它們的優(yōu)勢。你在使用類似微控制器的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和想法。