FT93x系列嵌入式微控制器：高集成与低功耗的完美结合

在当今的电子设计领域，对于高性能、低功耗的嵌入式微控制器的需求日益增长。FT93x系列嵌入式微控制器以其高集成度和低功耗的特点，成为了众多应用场景的理想选择。本文将对FT93x系列微控制器进行详细介绍，包括其产品概述、典型应用、功能特性、引脚说明、电气特性以及应用信息等方面，为电子工程师在设计过程中提供全面的参考。

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一、产品概述

FT93x系列包括FT930、FT931、FT932和FT933，是完整的片上系统（SoC）32位RISC微控制器，专为USB到多接口桥接和嵌入式应用而设计。该系列具有高度集成和低功耗的特点，内置D2XX硬件引擎，与D2XX驱动兼容。其核心处理器为高性能、低功耗的混合16位/32位FT32B，运行频率可达100MHz。

1.1 产品型号与封装

产品型号	封装	特性
FT930Q-X	68 Pin QFN，间距0.4mm，尺寸8mm x 8mm x 0.85mm	支持ADC/DAC、SD卡和RTC功能
FT931Q-X	56 Pin QFN，间距0.5mm，尺寸8mm x 8mm x 0.85mm	支持ADC/DAC、SD卡和RTC功能
FT932Q-X	48 Pin QFN，间距0.5mm，尺寸7mm x 7mm x 0.85mm	支持ADC/DAC和SD卡功能，无RTC功能
FT933Q-X	48 Pin QFN，间距0.5mm，尺寸7mm x 7mm x 0.85mm	支持ADC功能，无SD卡和RTC功能

1.2 产品对比

特性	FT930	FT931	FT932	FT933
Flash（KB）	128	128	128	128
SRAM（KB）	32	32	32	32
封装	QFN - 68	QFN - 56	QFN - 48	QFN - 48
UART 0/1	X	X	X	X
UART 2/3	X
SPI Master	X	X	X	X
SPI Slave	X	X	X	X
I2C Master / Slave	X	X	X	X
RTC	X	X
DAC 0/1	X	X	X
ADC1	X	X	X	X
ADC 2/3	X	X	X	X
USB Device	X	X	X	X
PWM0 - 3	X	X	X	X
PWM 4 - 7	X	X	X
SD Host Controller	X	X	X
Debugger	X	X	X	X

二、典型应用

FT93x系列微控制器具有广泛的应用场景，以下是一些典型的应用领域：

1. 多屏显示：与FT81x配合使用，实现多屏显示功能。
2. USB到多接口桥接：支持多达15个端点的USB到多接口桥接。
3. 电机驱动与应用控制：可用于电机驱动和各种应用控制。
4. 电表：在电表系统中提供精确的数据采集和处理。
5. 数据采集系统（DAQ）：适用于工业自动化中的数据采集。
6. 医疗设备：可用于一些对性能和功耗要求较高的医疗设备。
7. 仪器仪表：为仪器仪表提供稳定的控制和数据处理能力。

三、功能特性

3.1 核心处理器

FT32B核心处理器运行频率可达100MHz，包含CPU、控制逻辑、128kB程序内存和32kB数据内存。其外部连接包括内存映射I/O接口、中断接口、异步复位和系统时钟。

3.2 D2XX硬件引擎

内置的D2XX硬件引擎减轻了FT93x处理器处理USB协议的负载，降低了软件复杂度。当D2XX硬件引擎启用时，FT93x可枚举为多接口、双向D2XX USB设备，支持最多7个FIFO通道，每个通道对应一个D2XX接口，共有14个管道，预留8,192B（8kB）内存用于读写管道。

3.3 128kB Flash内存

内部128kB Flash内存用于存储引导加载程序或用户应用程序，支持高达80MHz的串行时钟，系统上电后会自动将Flash内存中的内容复制到CPU程序内存。

3.4 启动序列

系统完成初始内存复制后，CPU跳转到程序内存的零地址，这里可以是预先存储在Flash内存中的用户应用程序，也可以是引导加载程序，引导加载程序允许通过UART或USB修改程序内存。

3.5 中断

FT93x中断控制器处理32个中断输入，支持嵌套中断，最多可支持16级深度嵌套中断。每个中断在使用前需分配中断向量号和优先级，默认最高优先级中断为0，最低为31，但可通过寄存器设置重新排列优先级。

3.6 内存映射

FT93x系列的I/O内存映射涵盖了各种寄存器和内存，包括通用设置寄存器、中断控制器寄存器、USB2.0设备控制器寄存器等，具体地址范围和操作长度可参考相关表格。

3.7 USB2.0设备控制器

该控制器完全符合USB2.0规范，支持高速（480 Mbit/s）和全速（12 Mbit/s）数据传输，软件可配置EP0控制端点大小为8 - 64字节，支持15个In/Out端点，EP1 - EP15具有双缓冲，支持等时、中断、控制和批量数据传输，最大端点数据包大小可达1024字节，还支持VBUS检测、暂停和恢复电源管理功能、远程唤醒功能以及电池充电规范修订版1.2。

3.8 实时时钟（RTC）

RTC使用专用的32 kHz振荡器，有自己的电源轨，可连接单独的电池。具有双时钟源（PCLK和CLK32KHZ）、内置时钟稳定器、记录系统睡眠时间、支持BCD格式的日期和时间、支持两个可配置的时间警报、支持1Hz和32768Hz时钟输出、支持4个可配置事件的中断、支持振荡器停止标志的外部触发和内部自动检测以及片上数字微调与自动校准等功能。

3.9 一线调试器接口

该接口通过一线半双工串行链路提供访问内存映射地址空间的能力，如FT93x的Flash内存、程序内存、数据内存和I/O内存，但不支持从内部内存到调试器接口的传输。具有单导线半双工链路、支持调试命令读写操作、支持CHIP ID读出、支持Flash内存操作的校验和检查、支持CPU软件调试等功能。

3.10 SPI接口

FT93x系列包含SPI主控制器和SPI从控制器，支持全双工同步串行数据传输，最高数据位速率为25MHz，符合SPI规范，支持四种传输格式，SPI主控制器支持单、双和四SPI传输，SPI从控制器仅支持单传输，支持SPI模式和FIFO模式操作，支持多主系统和总线错误检测，SPI主控制器可寻址多达4个SPI从设备，支持64字节的接收器和64字节的发送器FIFO。

3.11 I2C接口

支持I2C总线控制器，是双向两线接口，可配置为主模式或从模式，支持仲裁和时钟同步，适用于多主系统，支持标准（最高100 kb/s）、快速（最高400 kb/s）、快速加（最高1 Mb/s）和高速（最高3.4 Mb/s）传输速度，支持7位和10位寻址模式，支持时钟拉伸。

3.12 UART接口

包含四个UART控制器，UART0提供完整的调制解调器控制握手接口，支持9位数据，可自动检测地址；UART1是简化的可编程串行接口，具有CTS和RTS流控制逻辑。最大UART数据位速率为8 Mbit/s，支持UART模式和FIFO模式，FIFO模式下TX和RX有16 / 128字节的FIFO，以减少中断频率，软件与16450、16550、16750和16950 UART兼容，支持多种调制解调器控制功能和可编程的流控制逻辑。

3.13 定时器和看门狗定时器

具有四个16位用户定时器，每个定时器有独立的预分频器，还有一个32位看门狗定时器。看门狗定时器由主时钟控制，初始化后不能停止，只能通过写入寄存器清除；用户定时器可由主时钟控制，可启动、停止、清除和初始化，预分频器也可单独清除和初始化，所有定时器可向上/向下计数，溢出时产生中断，可配置为单次或连续模式。

3.14 PWM

支持8个独立的PWM输出通道，所有通道共享一个8位预分频器，每个通道有自己的16位比较器值，当比较器值与16位计数器匹配时，相应的PWM通道输出将翻转。PWM信号可输出为多单次或连续模式，PWM通道0和1可兼作立体声11 KHz或22 KHz PWM音频通道，支持16位/8位立体声PWM音频数据输出，可控制PWM FIFO的满、空、半满、溢出和下溢等中断。

3.15 SD主机控制器

符合SD主机控制器标准规范3.0版，支持流式和非流式数据传输，符合SD物理层规范3.0版，支持可配置的SD总线模式（4位模式和8位模式），符合SDIO卡规范2.0版，支持4K SRAM用于数据FIFO，支持可配置的1位/4位SD卡总线，具有可配置的CPRM功能以提高安全性，内置7位和16位CRC数据的生成和检查功能，支持卡检测和SDIO功能的读等待和暂停/恢复机制。

3.16 模数转换器（ADC）

具有低功耗、高速、逐次逼近型的ADC，支持8位分辨率，最大采样频率可达460kSPS，接受从地电源到电源的模拟输入，可用于各种低功耗和中等分辨率的应用。

3.17 数模转换器（DAC）

有两个10位、1 MSPS的DAC，包括用于注册DAC值的数字逻辑和能够驱动片外的单位增益缓冲器，可切换到低功耗状态，消耗最小电流。

3.18 通用输入输出（GPIO）

提供多达40个可配置的输入/输出引脚，由GPIO寄存器控制，所有引脚具有多种功能，可通过引脚连接块对每个GPIO引脚进行上拉/下拉电阻配置和开漏配置，支持GPIO输入施密特触发器以去除噪声，支持GPIO中断，可用于从低功耗模式唤醒系统。

3.19 系统时钟

1. 12MHz振荡器：产生12MHz参考频率输出到时钟倍增PLL，时钟源可以是外部12MHz晶体或12MHz方波时钟。
2. 锁相环（PLL）：内部PLL接收晶体振荡器的12MHz时钟输入，输出100MHz系统时钟频率到CPU处理器和其他外围电路，每个外围设备有独立的使能控制信号来控制时钟源。
3. 32.768 kHz RTC振荡器：为RTC时间计数器提供时钟，时钟源可以是外部32.768 kHz晶体或32.768 kHz方波信号。
4. 内部慢速时钟振荡器：提供5ms慢速时钟源，用于USB2.0设备远程唤醒功能的中断。

3.20 电源管理

1. 电源供应：FT93x系列可使用单一的+3.3V电源，通过VCCIO3V3、VUSB3V3和VCC3V3A引脚供电，+1.2V内部稳压器在VCCIO3V3电源施加后为核心电路供电，系统在输出电压超过POR阈值时会产生上电复位（POR）脉冲。
2. 低功耗模式：低功耗模式适用于整个系统，在该模式下，系统的12MHz振荡器和PLL关闭，除RTC振荡器和内部稳压器外，核心和所有外围设备的系统时钟停止，内部稳压器为核心和RTC操作保留电源。GPIO中断或USB2.0设备控制器的唤醒事件可独立唤醒系统。

四、引脚说明

文档详细介绍了FT930、FT931、FT932和FT933的引脚配置和功能，包括每个引脚的名称、类型和详细描述。例如，FT930的引脚涵盖了UART、SPI、I2C、USB、ADC、DAC、RTC等各种接口和功能，每个引脚都有默认的输入/输出状态和特定的功能，如UART引脚可用于数据传输和控制，SPI引脚用于串行外设接口通信等。

五、电气特性

5.1 绝对最大额定值

包括存储温度、环境温度、电源电压等参数的绝对最大额定值，超过这些值可能会对设备造成永久性损坏。例如，存储温度范围为-65°C至+150°C，环境温度（通电时）范围为-40°C至+85°C，VCC3V3电源电压范围为-0.5V至+4.6V等。

5.2 DC特性

详细描述了I/O操作电源电压、电源电流、USB2.0设备控制器电流、GPIO输出电流、内部LDO电压等参数的典型值和范围，以及I/O单元和USB I/O单元的DC特性，如输出电压、输入电压、上拉/下拉电阻、输入泄漏电流等。

5.3 AC特性

包括系统时钟、RTC时钟、模拟USB I/O引脚、I2C总线I/O引脚、SPI主/从I/O引脚等的动态特性，如时钟频率、抖动、占空比、上升/下降时间等。

5.4 8位ADC转换器

描述了ADC I/O单元的电气特性，包括模拟电源电压、模拟输入范围、分辨率、积分非线性误差、差分非线性误差和采样率等。

5.5 10位DAC转换器

介绍了DAC I/O单元的电气特性，包括DAC电源电压、参考电压、分辨率、积分非线性误差、差分非线性误差、转换延迟、输出负载电容和电阻等。

六、应用信息

6.1 晶体振荡器

晶体振荡器工作频率为12MHz，可采用两种配置：晶体振荡器应用电路和外部时钟输入。晶体振荡器应用电路只需外部连接晶体和电容，芯片内部集成反馈电阻；外部时钟输入则将12MHz输入时钟信号直接连接到XI引脚，XIO引脚可悬空。

6.2 RTC振荡器

RTC振荡器电路只需外部连接32.768 KHz晶体和电容，也可使用外部输入时钟连接到RTC_XI/RTC_CLKIN引脚，RTC_XIO引脚悬空。

6.3 标准I/O引脚配置

标准I/O引脚具有多种可能的模式，包括输出驱动启用、输出驱动能力控制、输出摆率控制、开漏输出、上拉输入、下拉输入、保持输入和施密特触发器输入等，默认配置为下拉输入，所有I/O引脚都有ESD保护。

6.4 USB2.0设备接口

FT93x系列支持一个USB2.0设备端口，通过USB适配器可方便地进行系统数据传输。系统需在VUSB3V3提供I/O电源（+3.3V），内部带隙通过DRREF获取参考电压，外部连接一个12KΩ ±1%的参考电阻到地。

6.5 未使用USB连接时的处理

如果USB设备在最终应用中未使用，应将VUSB3V3和DRREF连接到地。

七、封装参数

FT93x系列提供三种不同的封装：FT930Q采用QFN - 68封装，FT931Q采用QFN - 56封装，FT932Q和FT933Q采用QFN - 48封装。文档详细介绍了每种封装的尺寸、标记和焊接回流曲线，包括封装的外形尺寸、引脚间距、焊盘尺寸等，以及推荐的焊接回流曲线参数，如升温速率、预热温度、峰值温度、降温速率等。

八、总结

FT93x系列嵌入式微控制器以其丰富的功能、高集成度和低功耗的特点，为电子工程师在设计各种应用时提供了强大的支持。无论是在多屏显示、电机驱动、数据采集还是医疗设备等领域，FT93x都能发挥其优势。通过对其功能特性、引脚说明、电气特性和应用信息的深入了解，工程师可以更好地利用该系列微控制器，设计出更加高效、稳定的电子系统。在实际应用中，工程师还需根据具体需求选择合适的型号和封装，并注意遵循相关的电气特性和应用指南，以确保系统的正常运行。你在使用FT93x系列