AT90S/LS2333和AT90S/LS4433微控制器深度解析

引言

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，選擇合適的微控制器對(duì)于項(xiàng)目的成功至關(guān)重要。AT90S/LS2333和AT90S/LS4433這兩款微控制器以其高性能、低功耗的特點(diǎn)，成為了眾多工程師的首選。本文將對(duì)這兩款微控制器進(jìn)行全面而深入的剖析，希望能為電子工程師們?cè)谠O(shè)計(jì)過程中提供有價(jià)值的參考。

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芯片概述

AT90S2333/4433是基于AVR RISC架構(gòu)的低功耗CMOS 8位微控制器。它通過單時(shí)鐘周期執(zhí)行強(qiáng)大指令，實(shí)現(xiàn)接近每兆赫茲1 MIPS的吞吐量，讓系統(tǒng)設(shè)計(jì)者能夠在功耗和處理速度之間進(jìn)行優(yōu)化。其豐富的指令集與32個(gè)通用工作寄存器相結(jié)合，使得代碼效率更高，處理速度比傳統(tǒng)CISC微控制器快達(dá)十倍。

性能與功耗

這兩款芯片采用高性能、低功耗的AVR? 8位RISC架構(gòu)，擁有118條強(qiáng)大指令，多數(shù)為單周期執(zhí)行，32個(gè)8位通用工作寄存器，在8 MHz時(shí)鐘頻率下，吞吐量可達(dá)8 MIPS。不同型號(hào)在工作電壓和頻率上有所差異，如AT90LS2333和AT90LS4433工作電壓為2.7V - 6.0V，頻率為0 - 4 MHz；AT90S2333和AT90S4433工作電壓為4.0V - 6.0V，頻率為0 - 8 MHz。在4 MHz、3V、25°C的條件下，其功耗表現(xiàn)出色，活動(dòng)模式下為3.4 mA，空閑模式為1.4 mA，掉電模式小于1 μA。

存儲(chǔ)資源

芯片具備2K/4K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存，可進(jìn)行1000次寫/擦除循環(huán)；128字節(jié)的SRAM用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；128/256字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程EEPROM，可進(jìn)行100,000次寫/擦除循環(huán)。此外，還有編程鎖用于閃存程序和EEPROM數(shù)據(jù)的安全保護(hù)。

外設(shè)功能

• 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：提供一個(gè)8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和一個(gè)擴(kuò)展的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，都有獨(dú)立的預(yù)分頻器。16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器還具備比較、捕獲模式以及8 - 10位PWM功能。
• 模擬比較器：片上模擬比較器可用于模擬信號(hào)的比較和處理。
• 看門狗定時(shí)器：可編程看門狗定時(shí)器帶有獨(dú)立的片上振蕩器，可增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。
• UART：可編程UART用于串行通信。
• ADC：6通道、10位ADC，可實(shí)現(xiàn)高精度的模擬信號(hào)采集。
• SPI：主/從SPI串行接口，方便與其他設(shè)備進(jìn)行高速同步數(shù)據(jù)傳輸。

特殊特性

芯片還具備多種特殊特性，如欠壓復(fù)位電路、增強(qiáng)型上電復(fù)位電路、低功耗空閑和掉電模式以及外部和內(nèi)部中斷源等，這些特性使得芯片在不同的應(yīng)用場(chǎng)景中都能穩(wěn)定可靠地工作。

引腳配置與功能

引腳分布

芯片有20個(gè)可編程I/O線，提供28引腳PDIP和32引腳TQFP兩種封裝形式。不同的引腳具有不同的功能，如VCC為電源引腳，GND為接地引腳，Port B、Port C和Port D為雙向I/O端口，RESET為復(fù)位輸入引腳，XTAL1和XTAL2用于晶體振蕩器連接等。

端口功能

• Port B：6位雙向I/O端口，帶有內(nèi)部上拉電阻，輸出緩沖器可吸收20 mA電流。部分引腳還具有特殊功能，如PB0為ICP（Timer/Counter 1輸入捕獲引腳），PB1為OC1（Timer/Counter 1輸出比較匹配輸出）等。
• Port C：同樣是6位雙向I/O端口，具備內(nèi)部上拉電阻，輸出緩沖器可吸收20 mA電流。此外，Port C還作為A/D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端口。
• Port D：8位雙向I/O端口，帶有內(nèi)部上拉電阻，輸出緩沖器可吸收20 mA電流。部分引腳有特殊功能，如PD0為RXD（UART輸入線），PD1為TXD（UART輸出線）等。

時(shí)鐘選項(xiàng)

晶體振蕩器

XTAL1和XTAL2分別為反相放大器的輸入和輸出，可配置為片上振蕩器，可使用石英晶體或陶瓷諧振器。

外部時(shí)鐘

若將振蕩器用作外部設(shè)備的時(shí)鐘，可將XTAL2的時(shí)鐘信號(hào)路由到一個(gè)HC緩沖器，并減少5 pF的負(fù)載電容。若要從外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)設(shè)備，XTAL2應(yīng)不連接，而XTAL1由外部時(shí)鐘信號(hào)驅(qū)動(dòng)。

內(nèi)存與尋址模式

內(nèi)存組織

芯片采用哈佛架構(gòu)，程序和數(shù)據(jù)有獨(dú)立的內(nèi)存和總線。程序內(nèi)存為系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存，數(shù)據(jù)內(nèi)存包括32個(gè)通用工作寄存器、64個(gè)I/O寄存器和128字節(jié)的內(nèi)部數(shù)據(jù)SRAM。

尋址模式

支持多種強(qiáng)大而高效的尋址模式，包括寄存器直接尋址、I/O直接尋址、數(shù)據(jù)直接尋址、數(shù)據(jù)間接尋址等。這些尋址模式使得對(duì)閃存程序內(nèi)存、SRAM、寄存器文件和I/O數(shù)據(jù)內(nèi)存的訪問更加靈活和高效。

中斷與復(fù)位處理

中斷源

芯片提供13種不同的中斷源，每個(gè)中斷和復(fù)位向量都在程序內(nèi)存空間中有獨(dú)立的程序向量。所有中斷都有單獨(dú)的使能位，需要與狀態(tài)寄存器中的I位一起設(shè)置才能使中斷生效。

復(fù)位源

有四種復(fù)位源，分別是上電復(fù)位、外部復(fù)位、看門狗復(fù)位和欠壓復(fù)位。復(fù)位時(shí)，所有I/O寄存器將設(shè)置為初始值，程序從地址$000開始執(zhí)行。

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器概述

提供一個(gè)8位和一個(gè)16位的通用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，它們有獨(dú)立的預(yù)分頻選擇。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器既可以作為定時(shí)器使用內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)基，也可以作為計(jì)數(shù)器使用外部引腳觸發(fā)計(jì)數(shù)。

8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0

可從CK、預(yù)分頻CK或外部引腳選擇時(shí)鐘源，其溢出狀態(tài)標(biāo)志在Timer/Counter Interrupt Flag Register - TIFR中，控制信號(hào)在Timer/Counter0 Control Register - TCCR0中。

16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1

同樣可從CK、預(yù)分頻CK或外部引腳選擇時(shí)鐘源，具備輸出比較功能和PWM功能。輸入捕獲功能可將定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1的內(nèi)容捕獲到輸入捕獲寄存器 - ICR1中。

通信接口

SPI接口

支持全雙工、3線同步數(shù)據(jù)傳輸，可工作在主或從模式，數(shù)據(jù)傳輸可選擇LSB先傳或MSB先傳，有四種可編程比特率，具備傳輸結(jié)束中斷標(biāo)志和寫沖突標(biāo)志保護(hù)，還能從空閑模式喚醒。

UART接口

是一個(gè)全雙工的通用異步接收器和發(fā)送器，具備波特率發(fā)生器、噪聲過濾、溢出檢測(cè)、幀錯(cuò)誤檢測(cè)等功能，還有三個(gè)獨(dú)立的中斷，支持多處理器通信模式。

模擬比較器與ADC

模擬比較器

比較正輸入PD6（AIN0）和負(fù)輸入PD7（AIN1）的電壓，輸出可觸發(fā)Timer/Counter1輸入捕獲功能和單獨(dú)的中斷。

ADC

具有10位分辨率、± 2 LSB絕對(duì)精度、0.5 LSB積分非線性等特點(diǎn)，轉(zhuǎn)換時(shí)間為65 - 260 μs，最高可達(dá)15 kSPS，有6個(gè)多路復(fù)用輸入通道，支持自由運(yùn)行或單轉(zhuǎn)換模式，轉(zhuǎn)換完成可觸發(fā)中斷，還具備睡眠模式噪聲消除器。

編程與配置

鎖定位和熔絲位

芯片提供兩個(gè)鎖定位，可進(jìn)行編程以獲得額外的保護(hù)功能。還有六個(gè)熔絲位，如SPIEN、BODLEVEL、BODEN和CKSEL2..0，用于配置芯片的功能和特性。

編程模式

支持高壓（12V）并行編程模式和低壓串行編程模式，可對(duì)閃存和EEPROM進(jìn)行編程和驗(yàn)證。

總結(jié)

AT90S/LS2333和AT90S/LS4433微控制器以其豐富的功能、高性能和低功耗的特點(diǎn)，在嵌入式控制應(yīng)用中具有廣泛的應(yīng)用前景。無論是在工業(yè)控制、智能家居還是其他領(lǐng)域，這兩款芯片都能為工程師們提供一個(gè)靈活、高效且經(jīng)濟(jì)的解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，工程師們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇芯片的型號(hào)和配置，充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的最佳性能。

你在使用這兩款芯片的過程中，遇到過哪些有趣的問題或挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。