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

在当今的电子设计领域，USB接口的应用无处不在，而一款优秀的USB微控制器对于提升设备性能和开发效率至关重要。Cypress的EZ - USB FX2LP（CY7C68013A/14A/15A/16A）系列就是这样一款值得深入研究的产品，下面我们就来详细了解它的特点、功能及应用。

文件下载：CY7C68013A-56LFXC.pdf

产品特性概览

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，具有诸多令人瞩目的特性。它通过将USB 2.0收发器、串行接口引擎（SIE）、增强型8051微控制器和可编程外设接口集成在单芯片中，提供了一种经济高效的解决方案，在低功耗的同时具备出色的上市时间优势，非常适合总线供电应用。

该系列产品通过了USB - IF高速认证（TID # 40440111），支持全速（12 Mbps）和高速（480 Mbps）两种信号速率，但不支持低速（1.5 Mbps）模式。其内部集成了USB 2.0收发器，相比使用USB 2.0 SIE或外部收发器实现方案，更加经济且占用空间更小。

低功耗优势

FX2LP具有超低功耗的特点，在任何模式下，(I_{cc})不超过85 mA，这使得它非常适合总线和电池供电的应用。其中，CY7C68014A和CY7C68016A的待机电流更低，典型值为100 μA，是电池供电应用的理想选择；而CY7C68013A和CY7C68015A则更适用于非电池供电应用，待机电流典型值为300 μA。

内存与接口

它拥有16 KBytes的片上代码/数据RAM，并且提供多种软件运行方式，代码可以从通过USB下载的内部RAM、从EEPROM加载的内部RAM或外部存储设备（128引脚封装）中运行。此外，它还具备四个可编程的BULK/INTERRUPT/ISOCHRONOUS端点，缓冲选项包括双缓冲、三缓冲和四缓冲，同时还有一个额外的可编程（BULK/INTERRUPT）64字节端点。其数据接口支持8位或16位外部数据接口，方便与各种设备进行连接。

通用可编程接口（GPIF）

GPIF是FX2LP的一大亮点，它是一个灵活的8位或16位并行接口，由用户可编程的有限状态机驱动。通过GPIF，CY7C68013A/15A可以执行本地总线主控，并能实现多种协议，如ATA接口、打印机并行端口和Utopia等。GPIF具有六个可编程控制输出（CTL）、九个地址输出（GPIFADRx）和六个通用就绪输入（RDY），数据总线宽度可设置为8位或16位，能够根据不同的需求进行灵活配置。

功能详细解析

8051微处理器

FX2LP嵌入的8051微处理器具有256字节的寄存器RAM、扩展的中断系统、三个定时器/计数器和两个USART。其时钟频率可通过片上振荡器电路和PLL进行调整，默认的8051时钟频率为12 MHz，用户可以通过CPUCS寄存器动态改变时钟频率。

两个USART接口通过特殊功能寄存器（SFR）位进行寻址，UART0和UART1可以使用内部时钟以230 KBaud的速率运行，且波特率误差不超过1%。此外，某些8051 SFR地址被填充以提供对关键FX2LP功能的快速访问。

I²C总线

FX2LP支持I²C总线作为主设备，运行频率为100 kHz或400 kHz。SCL和SDA引脚具有开漏输出和滞后输入，即使没有连接I²C设备，这些信号也必须上拉至3.3V。

USB启动方法

在加电序列期间，内部逻辑会检查I²C端口是否连接了EEPROM，若检测到EEPROM且其第一个字节为0xC0或0xC2，则会使用EEPROM中的VID/PID/DID值代替内部存储的值，或者将EEPROM内容引导加载到内部RAM中。若未检测到EEPROM，则FX2LP将使用内部存储的描述符进行枚举。

重新枚举（ReNumeration™）

FX2LP的配置具有灵活性，一个芯片可以呈现多个不同USB设备的身份。当首次插入USB时，FX2LP会自动枚举并通过USB电缆下载固件和USB描述符表，然后再次枚举，以下载信息定义的设备身份出现。这一过程由USBCS寄存器中的DISCON和RENUM两个控制位控制。

中断系统

FX2LP实现了INT2和INT4的自动向量功能，其中INT2（USB）有27个向量，INT4（FIFO/GPIF）有14个向量。通过自动向量功能，可以节省识别单个USB中断源所需的代码和处理时间。

端点RAM

端点RAM的大小和组织非常灵活，包括3×64字节（端点0和1）和8×512字节（端点2、4、6、8）。端点0是双向端点，端点1可以是批量或中断端点，端点2、4、6、8可以配置为批量、中断或等时模式，并且EP4和EP8可以采用双缓冲，EP2和6可以采用双缓冲、三缓冲或四缓冲。

引脚分配与寄存器

引脚分配

FX2LP提供五种封装类型，分别为56VFBGA、56 SSOP、56 QFN、100 TQFP和128 TQFP。不同封装的引脚分配有所不同，但都提供了端口、GPIF主模式和从FIFO三种模式，用户可以通过IFCONFIG[1:0]寄存器位选择接口模式。100引脚封装在56引脚封装的基础上增加了一些功能引脚，128引脚封装则进一步增加了8051地址和数据总线以及控制信号。

寄存器

FX2LP的寄存器涵盖了各种功能，包括CPU控制与状态、接口配置、端点配置、中断控制等。详细的寄存器位定义在FX2LP TRM中有更详细的描述，用户可以根据需要对寄存器进行读写操作，以实现不同的功能。

电气特性

绝对最大额定值和工作条件

FX2LP的存储温度范围为–65°C至+150°C，商业级应用的环境温度范围为0°C至+70°C，工业级应用的环境温度范围为–40°C至+105°C。供电电压范围为+3.00V至+3.60V，输入和输出电压也有相应的限制。

热特性

不同封装的热特性有所不同，通过相应的公式可以计算结温和壳温。例如，结温(Tj = P * theta{Ja} + T_a)，壳温(Tc = P * theta{Ca} + Ta)，其中(P)为功率，(theta{Ja})为结到环境的热阻，(theta_{Ca})为壳到环境的热阻，(T_a)为环境温度。

直流和交流特性

文档详细给出了FX2LP的直流和交流特性参数，包括电源电压、输入输出电压、电流、电容等。在交流特性方面，对程序内存读取、数据内存读取和写入、PORTC strobe功能、GPIF同步信号、从FIFO同步和异步读写等操作的时序图和参数进行了详细描述，为工程师进行电路设计和调试提供了重要依据。

应用领域与订购信息

应用领域

EZ - USB FX2LP适用于多种应用场景，如便携式视频记录仪、MPEG/TV转换、DSL调制解调器、ATA接口、存储卡读取器、传统转换设备、相机、扫描仪、家庭PNA、无线局域网、MP3播放器和网络等。Cypress网站的“参考设计”部分为典型的USB 2.0应用提供了额外的工具，每个参考设计都包含固件源代码、目标代码、原理图和文档。

订购信息

根据不同的应用需求，用户可以选择不同的型号和封装。对于电池供电应用，可选择CY7C68014A和CY7C68016A系列；对于非电池供电应用，CY7C68013A和CY7C68015A系列是不错的选择。此外，还提供了开发工具包和参考设计套件，方便用户进行产品开发。

总结

Cypress的EZ - USB FX2LP系列微控制器以其丰富的功能、低功耗特性和灵活的配置选项，为电子工程师在USB接口设计方面提供了强大的支持。无论是在消费电子、工业控制还是通信领域，它都能发挥重要作用。希望通过本文的介绍，能帮助工程师更好地了解和应用这款优秀的产品。你在使用FX2LP的过程中遇到过哪些问题或有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享。