探索CYPRESS CY7C63001A/CY7C63101A USB微控制器：特性、功能与应用

在电子设备的设计中，微控制器扮演着至关重要的角色。今天，我们来深入了解CYPRESS的CY7C63001A和CY7C63101A这两款通用串行总线（USB）微控制器，它们在低功耗、高性能的USB外设应用中表现出色。

文件下载：CY7C63101A-QC.pdf

1. 特性亮点

1.1 低成本解决方案

CY7C63001A和CY7C63101A为低速USB外设，如鼠标、游戏手柄等提供了低成本的解决方案。这对于追求成本效益的产品设计来说，无疑是一个巨大的优势。

1.2 USB规范兼容性

它们符合USB 1.5-Mbps规范版本1.1，支持一个设备地址和两个端点（一个控制端点和一个数据端点），确保了与USB系统的良好兼容性。

1.3 8位RISC微控制器

采用哈佛架构，配备6-MHz外部陶瓷谐振器，内部以12-MHz运行，拥有针对USB优化的指令集，为数据处理提供了高效的支持。

1.4 内部存储器

包含128字节的RAM和4 Kbytes的EPROM，还集成了USB收发器，并且有多达16个带内部上拉的施密特触发器I/O引脚，其中多达8个I/O引脚具备LED驱动能力。

1.5 其他特性

具备8位自由运行定时器、看门狗定时器（WDT）、内部上电复位（POR）、Instant-On Now™用于挂起和定期唤醒模式，以及改进的输出驱动器以降低电磁干扰（EMI）。工作电压范围为4.0V至5.25 VDC，工作温度范围为0 - 70°C，提供节省空间且低成本的20引脚PDIP、20引脚SOIC和24引脚QSOP封装，还支持行业标准的编程器。

2. 引脚配置

不同的封装形式对应着不同的引脚配置。24引脚和20引脚SOIC/QSOP的CY7C63101A有着各自的引脚分布，明确每个引脚的功能对于正确使用微控制器至关重要。例如，P0.0 - P0.7和P1.0 - P1.7是通用I/O引脚，XTALIN和XTALOUT用于连接陶瓷谐振器，D+和D–是USB数据线等。

3. 功能概述

3.1 整体架构

CY7C630/101A是8位RISC一次性可编程（OTP）微控制器家族，内置1.5-Mbps USB串行接口引擎（SIE）。它具有35条针对USB应用优化的指令，内部有128字节的RAM和4 Kbytes的程序存储空间。

3.2 GPIO端口

该微控制器有两个端口，最多可提供16个通用I/O（GPIO）。每个GPIO引脚都可以产生中断，并且端口1的所有引脚都配备了足够强大的可编程驱动器来驱动LED。不同型号的GPIO数量有所不同，CY7C6300XA有12个GPIO，CY7C6310XA有16个GPIO。

4. 引脚定义与描述

4.1 引脚定义

详细列出了每个引脚的名称、I/O类型、在不同封装中的引脚编号、芯片焊盘编号以及描述。例如，P0.0 - P0.7是端口0的8个I/O线，P1.0 - P1.7是端口1的I/O线，XTALIN是陶瓷谐振器输入，XTALOUT是陶瓷谐振器输出等。

4.2 引脚描述

对每个引脚的功能和使用注意事项进行了说明。例如，VCC连接到USB电源或标称5V电源，实际范围在4.0V至5.25V之间；VSS连接到地；VPP用于对片上EPROM进行编程，正常操作时应接地等。

5. 功能详细描述

5.1 内存组织

5.1.1 程序内存组织

CY7C63001A和CY7C63101A都提供4 Kbytes的EPROM，程序内存空间分为中断向量和程序代码两部分。中断向量占用程序空间的前16字节，每个向量为2字节长。

5.1.2 安全熔丝位

该微控制器包含一个安全熔丝位，编程后，EPROM程序内存会向编程器输出0xFF，从而保护用户代码。

5.1.3 数据内存组织

包含128字节的数据RAM，其中数据内存的高16字节用作端点0和端点1的USB FIFO，每个端点对应一个8字节的FIFO。同时，有程序堆栈指针（PSP）和数据堆栈指针（DSP），复位后PSP的值为0x00，DSP的值也为0x00，在进行数据堆栈操作前，应将DSP映射到合适的位置，如0x70。

5.2 I/O寄存器总结

通过I/O读（IORD）和I/O写（IOWR、IOWX）指令可以访问各种I/O寄存器，这些寄存器控制着微控制器的不同功能，如GPIO端口的操作、USB端点的配置、中断的使能等。

5.3 复位

支持三种类型的复位：上电复位（POR）、看门狗复位（WDR）和USB复位。复位时，所有寄存器恢复到默认状态，USB设备地址设置为0，所有中断禁用。不同类型的复位会在状态和控制寄存器中记录相应的标志位，通过读取这些标志位可以确定复位的原因。

5.4 即时开启特性（挂起模式）

可以通过设置状态和控制寄存器的挂起位将微控制器置于低功耗状态，此时除了USB接收器、GPIO中断逻辑和Cext中断逻辑外，其他逻辑块都关闭。当出现USB活动、GPIO中断或Cext中断时，挂起模式终止，微控制器恢复正常工作。

5.5 片上定时器

配备一个自由运行定时器，由谐振器频率的六分之一时钟驱动。定时器的计数器的0 - 7位可以从位于I/O地址0x23的只读定时器寄存器中读取，该寄存器在上电复位和进入挂起模式时会被清零。定时器会产生128-µs和1.024-ms两个中断。

5.6 通用I/O端口

通过多达16个GPIO信号与外设进行接口，分为端口0和端口1。每个I/O线都包含一个内部上拉电阻，其使能和禁用受端口上拉寄存器位和数据寄存器位的状态控制。可以将GPIO引脚配置为输入或输出，并且每个引脚都可以触发中断。

5.7 XTALIN/XTALOUT

支持连接6MHz陶瓷谐振器，反馈电容和偏置电阻在IC内部。当从外部振荡器驱动XTALIN时，XTALOUT可以不连接。

5.8 中断

由通用I/O线、Cext引脚、内部定时器和USB引擎产生中断，所有中断都可以通过全局中断使能寄存器进行屏蔽。中断控制器为每个中断设置了单独的锁存器，当产生中断时，会被锁存为待处理中断，直到被处理或发生复位。不同类型的中断有不同的触发条件和处理方式，如GPIO中断由端口0和端口1的I/O引脚信号转换触发，USB中断由USB端点的操作触发等。

5.9 USB引擎

包括串行接口引擎（SIE）和低速USB I/O收发器，支持两个端点。端点0用于接收和传输控制（包括设置）数据包，端点1仅用于传输数据数据包。USB SIE独立处理USB总线活动，完成NRZI编码/解码、位填充/去填充等操作，固件则处理更高级和特定功能的任务。

5.9.1 USB枚举过程

USB控制器通过I/O地址0x12的USB设备地址寄存器来设置USB地址。典型的枚举过程包括主机发送请求、USB控制器响应并返回设备描述符、主机分配新地址等步骤，最终完成设备的枚举。

5.9.2 端点0

是所有USB设备必须具备的端点，用于初始化和操作设备。它可以接收和传输数据，使用位于数据内存空间0x70 - 0x77的8字节FIFO。接收数据时会更新端点0 RX寄存器以记录接收状态，并产生USB端点0中断。

5.9.3 端点1

只能进行传输，传输数据存储在位于数据内存空间0x78 - 0x7F的8字节FIFO中，通过USB端点1 TX寄存器控制传输。

5.9.4 USB状态和控制

由位于I/O地址0x13的USB状态和控制寄存器进行调节，该寄存器控制着USB的各种状态和操作，如检测USB活动、强制发送恢复信号、自动响应控制读取传输的状态阶段等。

5.10 USB物理层特性

5.10.1 低速驱动器特性

使用差分输出驱动器将低速USB数据信号驱动到USB电缆上，输出摆幅平衡，具有斜率控制以减少辐射噪声和串扰，支持三态操作以实现双向半双工操作。

5.10.2 接收器特性

具有差分输入接收器，输入灵敏度至少为200 mV，在特定的共模输入电压范围内能保证正确的数据接收。还包含两个数据线路的单端接收器，开关阈值在0.8V - 2.0V之间。

5.11 外部USB上拉电阻

USB系统要求在低速外设的D–引脚连接上拉电阻，为了满足USB 1.1规范，低速度USB设备的D+/D–线路总负载电容必须小于250 pF。如果电容超过约230 pF，则需要使用外部3.3V稳压器。

5.12 指令集总结

提供了详细的指令集映射，包括操作码、操作数和执行周期等信息，方便开发者进行编程。

6. 电气和开关特性

6.1 绝对最大额定值

规定了微控制器的一些极限参数，如引脚的电压范围、最大输出电流、功耗、静电放电电压等，在使用过程中需要确保不超过这些额定值。

6.2 电气特性

包括电源电流、编程电压、谐振器启动间隔、看门狗定时器周期等参数，这些参数在不同的工作条件下有相应的取值范围。

6.3 开关特性

涉及时钟周期、USB数据过渡时间、数据速率、抖动容限等开关相关的参数，对于设计USB通信系统非常重要。

7. 订购信息与封装图

提供了不同型号的订购代码、EPROM大小、GPIO数量、封装名称、封装类型和工作范围等信息，方便用户根据需求选择合适的产品。同时，还给出了各种封装的尺寸图和引脚布局，以及芯片焊盘的坐标信息。

CYPRESS的CY7C63001A和CY7C63101A USB微控制器以其丰富的特性、强大的功能和良好的兼容性，为低速USB外设的设计提供了优秀的解决方案。在实际应用中，我们需要根据具体需求合理选择和使用这些微控制器，充分发挥它们的优势。你在使用类似微控制器的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和想法。