富士通MB9B100系列32位微控制器：高性能與高集成度的完美結(jié)合

在嵌入式控制應(yīng)用領(lǐng)域，高性能和成本敏感是兩個(gè)關(guān)鍵需求。富士通的MB9B100系列32位微控制器，正是針對(duì)這些需求而設(shè)計(jì)的一款高度集成的解決方案。下面，我們就來深入了解一下這款微控制器的特點(diǎn)、性能以及使用注意事項(xiàng)。

文件下載：MB9BF104NPMC-G-JNE1.pdf

一、MB9B100系列概述

MB9B100系列基于ARM Cortex - M3處理器，集成了片上閃存、SRAM以及豐富的外設(shè)功能，如電機(jī)控制定時(shí)器、ADC和通信接口（UART、SIO、I2C、LIN）等，適用于高性能和成本敏感的嵌入式控制應(yīng)用。

二、核心特性

1. 32位ARM Cortex - M3核心

• 處理器版本與頻率：采用r2p0版本的處理器，最高可支持80MHz的頻率操作，為系統(tǒng)提供強(qiáng)大的計(jì)算能力。
• MPU與NVIC：配備內(nèi)存保護(hù)單元（MPU），可提高嵌入式系統(tǒng)的可靠性；集成嵌套向量中斷控制器（NVIC），支持1個(gè)NMI（不可屏蔽中斷）和48個(gè)外設(shè)中斷，并有16個(gè)優(yōu)先級(jí)級(jí)別，能快速響應(yīng)各種中斷請(qǐng)求。
• 系統(tǒng)定時(shí)器：24位系統(tǒng)定時(shí)器（Sys Tick）可用于OS任務(wù)管理，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2. 片上存儲(chǔ)器

• 閃存：最大可達(dá)512Kbyte，讀取周期在60MHz以下為0等待周期，高于60MHz為2等待周期（包含指令預(yù)取緩沖器，連續(xù)訪問時(shí)為0等待周期），還具備代碼保護(hù)的安全功能。
• SRAM：總共可達(dá)64Kbyte，由兩個(gè)獨(dú)立的SRAM組成，分別為高性能CPU提供最高32Kbyte的SRAM，以及為CPU/DMA控制器提供最高32Kbyte的SRAM，可實(shí)現(xiàn)同時(shí)處理。

3. 外部總線接口

支持SRAM、NOR和NAND閃存設(shè)備，最多有8個(gè)片選信號(hào)，數(shù)據(jù)寬度為8/16位，地址位最多可達(dá)25位，方便與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

4. 多功能串行接口

最多有8個(gè)通道，其中4個(gè)通道帶有16字節(jié)FIFO（ch.4 - ch.7），4個(gè)通道無FIFO（ch.0 - ch.3）。每個(gè)通道可選擇UART、CSIO、LIN、I2C等操作模式，且每種模式都有其獨(dú)特的特性，如UART支持全雙工雙緩沖、奇偶校驗(yàn)選擇、內(nèi)置波特率發(fā)生器等。

5. DMA控制器

具有8個(gè)獨(dú)立配置和操作的通道，與CPU擁有獨(dú)立的總線，可實(shí)現(xiàn)同時(shí)處理。傳輸可由軟件或內(nèi)置外設(shè)請(qǐng)求啟動(dòng)，傳輸?shù)刂穮^(qū)域?yàn)?2位（4Gbyte），支持塊傳輸、突發(fā)傳輸和按需傳輸?shù)饶Ｊ?，傳輸?shù)據(jù)類型包括字節(jié)、半字和字。

6. A/D轉(zhuǎn)換器

最多有16個(gè)通道，采用12位逐次逼近寄存器類型，內(nèi)置3個(gè)單元，轉(zhuǎn)換時(shí)間在5V時(shí)為1.0μs，支持優(yōu)先級(jí)轉(zhuǎn)換（2級(jí)優(yōu)先級(jí)）和掃描轉(zhuǎn)換模式，還內(nèi)置FIFO用于存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。

7. 定時(shí)器與計(jì)數(shù)器

• 基礎(chǔ)定時(shí)器：最多有8個(gè)通道，可選擇16位PWM定時(shí)器、16位PPG定時(shí)器、16/32位重載定時(shí)器和16/32位PWC定時(shí)器等操作模式。
• 多功能定時(shí)器：最多有2個(gè)單元，由多個(gè)模塊組成，可實(shí)現(xiàn)PWM信號(hào)輸出、DC斬波波形輸出、死區(qū)時(shí)間功能等，用于電機(jī)控制。
• 正交位置/旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)器（QPRC）：最多有2個(gè)單元，用于測(cè)量位置編碼器的位置，可使用上下計(jì)數(shù)器，檢測(cè)三個(gè)外部事件輸入引腳的邊緣。
• 雙定時(shí)器：由兩個(gè)可編程的32/16位向下計(jì)數(shù)器組成，可選擇自由運(yùn)行、周期性（重載）和單次觸發(fā)等操作模式。
• 看門狗定時(shí)器：有兩個(gè)不同的看門狗，“硬件”看門狗由低速CR振蕩器提供時(shí)鐘，在除STOP模式外的任何省電模式下都有效；“軟件”看門狗則提供額外的保護(hù)。

8. 其他特性

• CRC加速器：支持CCITT CRC16和IEEE - 802.3 CRC32，可幫助驗(yàn)證數(shù)據(jù)傳輸或存儲(chǔ)的完整性。
• 時(shí)鐘與復(fù)位：有五個(gè)動(dòng)態(tài)可選的時(shí)鐘源（2個(gè)外部振蕩器、2個(gè)CR振蕩器和PLL），支持多種復(fù)位請(qǐng)求，如INITX引腳復(fù)位、上電復(fù)位、軟件復(fù)位等。
• 低電壓檢測(cè)器（LVD）：包括2級(jí)VCC電壓監(jiān)測(cè)，當(dāng)電壓低于設(shè)定值時(shí)，可產(chǎn)生中斷或復(fù)位。
• 低功耗模式：支持SLEEP、TIMER和STOP三種省電模式，可有效降低功耗。
• 調(diào)試功能：提供串行線JTAG調(diào)試端口（SWJ - DP）、嵌入式跟蹤宏單元（ETM）和跟蹤端口接口單元（TPIU），方便進(jìn)行調(diào)試和跟蹤。

三、產(chǎn)品陣容

MB9B100系列有MB9BF104N/R、F105N/R、F106N/R等產(chǎn)品，不同產(chǎn)品在內(nèi)存大小和功能上有所差異。例如，MB9BF104N/R的片上閃存為256Kbyte，片上RAM為32Kbyte；而MB9BF106N/R的片上閃存為512Kbyte，片上RAM為64Kbyte。在選擇產(chǎn)品時(shí)，需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求來確定。

四、封裝與引腳

1. 封裝類型

提供LQFP（FPT - 100P - M20/M23、FPT - 120P - M21）和BGA（BGA - 112P - M04）等封裝形式，不同封裝適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景和設(shè)計(jì)需求。

2. 引腳分配與描述

文檔詳細(xì)給出了各封裝形式下的引腳分配和引腳描述，引腳名稱中帶下劃線的數(shù)字表示重定位端口號(hào)，可通過擴(kuò)展端口功能寄存器（EPFR）選擇引腳。同時(shí)，還介紹了各引腳的功能、I/O電路類型和引腳狀態(tài)類型等信息。

五、使用注意事項(xiàng)

1. 產(chǎn)品設(shè)計(jì)

• 絕對(duì)最大額定值：避免施加超過絕對(duì)最大額定值的應(yīng)力（電壓、電流、溫度等），以免造成設(shè)備永久性損壞。
• 推薦工作條件：在推薦的工作條件范圍內(nèi)使用設(shè)備，以確保其正常運(yùn)行和可靠性。
• 引腳處理與保護(hù)：防止引腳出現(xiàn)過壓和過流情況，保護(hù)輸出引腳，處理未使用的輸入引腳時(shí)，應(yīng)通過適當(dāng)?shù)?a target="_blank">電阻連接到電源引腳或接地引腳。
• 閂鎖效應(yīng)：注意避免引腳電壓超過絕對(duì)最大額定值，防止在上電序列中出現(xiàn)異常電流，以避免閂鎖效應(yīng)的發(fā)生。
• 安全法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)：遵守相關(guān)的安全法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，確保產(chǎn)品設(shè)計(jì)符合要求。
• 故障安全設(shè)計(jì)：考慮到半導(dǎo)體設(shè)備存在一定的故障率，應(yīng)在設(shè)備和系統(tǒng)中采用冗余、防火、過流保護(hù)等安全設(shè)計(jì)措施。

2. 封裝安裝

• 引腳插入式封裝：可采用直接焊接或使用插座的方式進(jìn)行安裝，安裝過程應(yīng)符合富士通推薦的條件。
• 表面貼裝式封裝：由于引腳較長(zhǎng)較細(xì)，容易變形或彎曲，應(yīng)使用適當(dāng)?shù)陌惭b技術(shù)，推薦采用回流焊方法。
• 無鉛封裝：在使用Sn - Ag - Cu球的BGA封裝時(shí)，采用Sn - Pb共晶焊料進(jìn)行安裝，在某些使用條件下可能會(huì)降低連接強(qiáng)度。

3. 存儲(chǔ)與靜電防護(hù)

• 存儲(chǔ)：避免產(chǎn)品暴露在自然環(huán)境中，防止吸收水分?？墒褂酶稍锵溥M(jìn)行存儲(chǔ)，控制相對(duì)濕度在70%以下，溫度在5°C至30°C之間。必要時(shí)，可將產(chǎn)品密封在鋁層壓袋中，并使用硅膠干燥劑。
• 靜電防護(hù)：保持工作環(huán)境的相對(duì)濕度在40%至70%之間，對(duì)所有設(shè)備和工具進(jìn)行接地處理，使用防靜電措施，避免使用易產(chǎn)生靜電的材料。

4. 其他注意事項(xiàng)

• 電源引腳：將所有VCC和VSS引腳外部連接到電源或地線，以降低電磁輻射水平，防止異常操作。同時(shí)，在設(shè)備附近連接一個(gè)約0.1μF的陶瓷電容作為旁路電容。
• 晶體振蕩器電路：設(shè)計(jì)印刷電路板時(shí)，應(yīng)將X0/X1、X0A/X1A引腳、晶體振蕩器和旁路電容盡可能靠近設(shè)備，并使用接地平面包圍這些引腳，以確保穩(wěn)定運(yùn)行。
• 使用外部時(shí)鐘：將時(shí)鐘信號(hào)輸入到X0、X0A引腳，X1、X1A引腳保持開路。
• 使用多功能串行引腳作為I2C引腳：確保P - ch晶體管的數(shù)字輸出始終禁用，且I2C引腳在電源關(guān)閉時(shí)不連接到外部I2C總線系統(tǒng)。
• 模式引腳：將MD0、MD1引腳直接連接到VCC或VSS引腳，設(shè)計(jì)印刷電路板時(shí)，盡量降低上拉/下拉電阻和連接阻抗，防止因噪聲導(dǎo)致設(shè)備錯(cuò)誤切換到測(cè)試模式。
• 上電順序：按照VCC → AVCC → AVRH的順序上電，按照AVRH → AVCC → VCC的順序下電。如果不使用A/D轉(zhuǎn)換器，可將AVCC = VCC，AVSS = VSS。
• 串行通信：設(shè)計(jì)印刷電路板時(shí)應(yīng)避免噪聲，可采用數(shù)據(jù)校驗(yàn)和等方法進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)，若檢測(cè)到錯(cuò)誤，應(yīng)重新傳輸數(shù)據(jù)。

六、電氣特性

文檔詳細(xì)給出了MB9B100系列的電氣特性，包括絕對(duì)最大額定值、推薦工作條件、DC特性和AC特性等。例如，在不同的工作條件下，設(shè)備的電源電流、輸入輸出電壓、時(shí)鐘頻率等參數(shù)都有明確的規(guī)定。這些電氣特性是設(shè)計(jì)電路和評(píng)估設(shè)備性能的重要依據(jù)。

七、總結(jié)

富士通MB9B100系列微控制器以其高性能、高集成度和豐富的外設(shè)功能，為嵌入式控制應(yīng)用提供了一個(gè)強(qiáng)大而可靠的解決方案。在使用過程中，我們需要充分了解其特性和注意事項(xiàng)，合理設(shè)計(jì)電路和系統(tǒng)，以確保設(shè)備的正常運(yùn)行和性能發(fā)揮。希望本文能為電子工程師在設(shè)計(jì)和使用MB9B100系列微控制器時(shí)提供有價(jià)值的參考。你在使用這款微控制器的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。