探索Cypress EZ - USB FX2LP：高性能USB微控制器的深度剖析

在當(dāng)今的電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，USB接口的應(yīng)用無(wú)處不在，而一款優(yōu)秀的USB微控制器對(duì)于提升設(shè)備性能和開(kāi)發(fā)效率至關(guān)重要。Cypress的EZ - USB FX2LP（CY7C68013A/14A/15A/16A）系列就是這樣一款值得深入研究的產(chǎn)品，下面我們就來(lái)詳細(xì)了解它的特點(diǎn)、功能及應(yīng)用。

文件下載：CY7C68013A-56LFXC.pdf

產(chǎn)品特性概覽

核心特性

EZ - USB FX2LP是一款高度集成的低功耗USB 2.0微控制器，具有諸多令人矚目的特性。它通過(guò)將USB 2.0收發(fā)器、串行接口引擎（SIE）、增強(qiáng)型8051微控制器和可編程外設(shè)接口集成在單芯片中，提供了一種經(jīng)濟(jì)高效的解決方案，在低功耗的同時(shí)具備出色的上市時(shí)間優(yōu)勢(shì)，非常適合總線供電應(yīng)用。

該系列產(chǎn)品通過(guò)了USB - IF高速認(rèn)證（TID # 40440111），支持全速（12 Mbps）和高速（480 Mbps）兩種信號(hào)速率，但不支持低速（1.5 Mbps）模式。其內(nèi)部集成了USB 2.0收發(fā)器，相比使用USB 2.0 SIE或外部收發(fā)器實(shí)現(xiàn)方案，更加經(jīng)濟(jì)且占用空間更小。

低功耗優(yōu)勢(shì)

FX2LP具有超低功耗的特點(diǎn)，在任何模式下，(I_{cc})不超過(guò)85 mA，這使得它非常適合總線和電池供電的應(yīng)用。其中，CY7C68014A和CY7C68016A的待機(jī)電流更低，典型值為100 μA，是電池供電應(yīng)用的理想選擇；而CY7C68013A和CY7C68015A則更適用于非電池供電應(yīng)用，待機(jī)電流典型值為300 μA。

內(nèi)存與接口

它擁有16 KBytes的片上代碼/數(shù)據(jù)RAM，并且提供多種軟件運(yùn)行方式，代碼可以從通過(guò)USB下載的內(nèi)部RAM、從EEPROM加載的內(nèi)部RAM或外部存儲(chǔ)設(shè)備（128引腳封裝）中運(yùn)行。此外，它還具備四個(gè)可編程的BULK/INTERRUPT/ISOCHRONOUS端點(diǎn)，緩沖選項(xiàng)包括雙緩沖、三緩沖和四緩沖，同時(shí)還有一個(gè)額外的可編程（BULK/INTERRUPT）64字節(jié)端點(diǎn)。其數(shù)據(jù)接口支持8位或16位外部數(shù)據(jù)接口，方便與各種設(shè)備進(jìn)行連接。

通用可編程接口（GPIF）

GPIF是FX2LP的一大亮點(diǎn)，它是一個(gè)靈活的8位或16位并行接口，由用戶可編程的有限狀態(tài)機(jī)驅(qū)動(dòng)。通過(guò)GPIF，CY7C68013A/15A可以執(zhí)行本地總線主控，并能實(shí)現(xiàn)多種協(xié)議，如ATA接口、打印機(jī)并行端口和Utopia等。GPIF具有六個(gè)可編程控制輸出（CTL）、九個(gè)地址輸出（GPIFADRx）和六個(gè)通用就緒輸入（RDY），數(shù)據(jù)總線寬度可設(shè)置為8位或16位，能夠根據(jù)不同的需求進(jìn)行靈活配置。

功能詳細(xì)解析

8051微處理器

FX2LP嵌入的8051微處理器具有256字節(jié)的寄存器RAM、擴(kuò)展的中斷系統(tǒng)、三個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和兩個(gè)USART。其時(shí)鐘頻率可通過(guò)片上振蕩器電路和PLL進(jìn)行調(diào)整，默認(rèn)的8051時(shí)鐘頻率為12 MHz，用戶可以通過(guò)CPUCS寄存器動(dòng)態(tài)改變時(shí)鐘頻率。

兩個(gè)USART接口通過(guò)特殊功能寄存器（SFR）位進(jìn)行尋址，UART0和UART1可以使用內(nèi)部時(shí)鐘以230 KBaud的速率運(yùn)行，且波特率誤差不超過(guò)1%。此外，某些8051 SFR地址被填充以提供對(duì)關(guān)鍵FX2LP功能的快速訪問(wèn)。

I2C總線

FX2LP支持I2C總線作為主設(shè)備，運(yùn)行頻率為100 kHz或400 kHz。SCL和SDA引腳具有開(kāi)漏輸出和滯后輸入，即使沒(méi)有連接I2C設(shè)備，這些信號(hào)也必須上拉至3.3V。

USB啟動(dòng)方法

在加電序列期間，內(nèi)部邏輯會(huì)檢查I2C端口是否連接了EEPROM，若檢測(cè)到EEPROM且其第一個(gè)字節(jié)為0xC0或0xC2，則會(huì)使用EEPROM中的VID/PID/DID值代替內(nèi)部存儲(chǔ)的值，或者將EEPROM內(nèi)容引導(dǎo)加載到內(nèi)部RAM中。若未檢測(cè)到EEPROM，則FX2LP將使用內(nèi)部存儲(chǔ)的描述符進(jìn)行枚舉。

重新枚舉（ReNumeration?）

FX2LP的配置具有靈活性，一個(gè)芯片可以呈現(xiàn)多個(gè)不同USB設(shè)備的身份。當(dāng)首次插入U(xiǎn)SB時(shí)，F(xiàn)X2LP會(huì)自動(dòng)枚舉并通過(guò)USB電纜下載固件和USB描述符表，然后再次枚舉，以下載信息定義的設(shè)備身份出現(xiàn)。這一過(guò)程由USBCS寄存器中的DISCON和RENUM兩個(gè)控制位控制。

中斷系統(tǒng)

FX2LP實(shí)現(xiàn)了INT2和INT4的自動(dòng)向量功能，其中INT2（USB）有27個(gè)向量，INT4（FIFO/GPIF）有14個(gè)向量。通過(guò)自動(dòng)向量功能，可以節(jié)省識(shí)別單個(gè)USB中斷源所需的代碼和處理時(shí)間。

端點(diǎn)RAM

端點(diǎn)RAM的大小和組織非常靈活，包括3×64字節(jié)（端點(diǎn)0和1）和8×512字節(jié)（端點(diǎn)2、4、6、8）。端點(diǎn)0是雙向端點(diǎn)，端點(diǎn)1可以是批量或中斷端點(diǎn)，端點(diǎn)2、4、6、8可以配置為批量、中斷或等時(shí)模式，并且EP4和EP8可以采用雙緩沖，EP2和6可以采用雙緩沖、三緩沖或四緩沖。

引腳分配與寄存器

引腳分配

FX2LP提供五種封裝類型，分別為56VFBGA、56 SSOP、56 QFN、100 TQFP和128 TQFP。不同封裝的引腳分配有所不同，但都提供了端口、GPIF主模式和從FIFO三種模式，用戶可以通過(guò)IFCONFIG[1:0]寄存器位選擇接口模式。100引腳封裝在56引腳封裝的基礎(chǔ)上增加了一些功能引腳，128引腳封裝則進(jìn)一步增加了8051地址和數(shù)據(jù)總線以及控制信號(hào)。

寄存器

FX2LP的寄存器涵蓋了各種功能，包括CPU控制與狀態(tài)、接口配置、端點(diǎn)配置、中斷控制等。詳細(xì)的寄存器位定義在FX2LP TRM中有更詳細(xì)的描述，用戶可以根據(jù)需要對(duì)寄存器進(jìn)行讀寫(xiě)操作，以實(shí)現(xiàn)不同的功能。

電氣特性

絕對(duì)最大額定值和工作條件

FX2LP的存儲(chǔ)溫度范圍為–65°C至+150°C，商業(yè)級(jí)應(yīng)用的環(huán)境溫度范圍為0°C至+70°C，工業(yè)級(jí)應(yīng)用的環(huán)境溫度范圍為–40°C至+105°C。供電電壓范圍為+3.00V至+3.60V，輸入和輸出電壓也有相應(yīng)的限制。

熱特性

不同封裝的熱特性有所不同，通過(guò)相應(yīng)的公式可以計(jì)算結(jié)溫和殼溫。例如，結(jié)溫(Tj = P * theta{Ja} + T_a)，殼溫(Tc = P * theta{Ca} + Ta)，其中(P)為功率，(theta{Ja})為結(jié)到環(huán)境的熱阻，(theta_{Ca})為殼到環(huán)境的熱阻，(T_a)為環(huán)境溫度。

直流和交流特性

文檔詳細(xì)給出了FX2LP的直流和交流特性參數(shù)，包括電源電壓、輸入輸出電壓、電流、電容等。在交流特性方面，對(duì)程序內(nèi)存讀取、數(shù)據(jù)內(nèi)存讀取和寫(xiě)入、PORTC strobe功能、GPIF同步信號(hào)、從FIFO同步和異步讀寫(xiě)等操作的時(shí)序圖和參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)描述，為工程師進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和調(diào)試提供了重要依據(jù)。

應(yīng)用領(lǐng)域與訂購(gòu)信息

應(yīng)用領(lǐng)域

EZ - USB FX2LP適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景，如便攜式視頻記錄儀、MPEG/TV轉(zhuǎn)換、DSL調(diào)制解調(diào)器、ATA接口、存儲(chǔ)卡讀取器、傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換設(shè)備、相機(jī)、掃描儀、家庭PNA、無(wú)線局域網(wǎng)、MP3播放器和網(wǎng)絡(luò)等。Cypress網(wǎng)站的“參考設(shè)計(jì)”部分為典型的USB 2.0應(yīng)用提供了額外的工具，每個(gè)參考設(shè)計(jì)都包含固件源代碼、目標(biāo)代碼、原理圖和文檔。

訂購(gòu)信息

根據(jù)不同的應(yīng)用需求，用戶可以選擇不同的型號(hào)和封裝。對(duì)于電池供電應(yīng)用，可選擇CY7C68014A和CY7C68016A系列；對(duì)于非電池供電應(yīng)用，CY7C68013A和CY7C68015A系列是不錯(cuò)的選擇。此外，還提供了開(kāi)發(fā)工具包和參考設(shè)計(jì)套件，方便用戶進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。

總結(jié)

Cypress的EZ - USB FX2LP系列微控制器以其豐富的功能、低功耗特性和靈活的配置選項(xiàng)，為電子工程師在USB接口設(shè)計(jì)方面提供了強(qiáng)大的支持。無(wú)論是在消費(fèi)電子、工業(yè)控制還是通信領(lǐng)域，它都能發(fā)揮重要作用。希望通過(guò)本文的介紹，能幫助工程師更好地了解和應(yīng)用這款優(yōu)秀的產(chǎn)品。你在使用FX2LP的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題或有什么獨(dú)特的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？歡迎在評(píng)論區(qū)分享。