AT90S/LS2333和AT90S/LS4433微控制器深度解析

引言

在电子设计领域，选择合适的微控制器对于项目的成功至关重要。AT90S/LS2333和AT90S/LS4433这两款微控制器以其高性能、低功耗的特点，成为了众多工程师的首选。本文将对这两款微控制器进行全面而深入的剖析，希望能为电子工程师们在设计过程中提供有价值的参考。

文件下载：AT90S2333-8PI.pdf

芯片概述

AT90S2333/4433是基于AVR RISC架构的低功耗CMOS 8位微控制器。它通过单时钟周期执行强大指令，实现接近每兆赫兹1 MIPS的吞吐量，让系统设计者能够在功耗和处理速度之间进行优化。其丰富的指令集与32个通用工作寄存器相结合，使得代码效率更高，处理速度比传统CISC微控制器快达十倍。

性能与功耗

这两款芯片采用高性能、低功耗的AVR® 8位RISC架构，拥有118条强大指令，多数为单周期执行，32个8位通用工作寄存器，在8 MHz时钟频率下，吞吐量可达8 MIPS。不同型号在工作电压和频率上有所差异，如AT90LS2333和AT90LS4433工作电压为2.7V - 6.0V，频率为0 - 4 MHz；AT90S2333和AT90S4433工作电压为4.0V - 6.0V，频率为0 - 8 MHz。在4 MHz、3V、25°C的条件下，其功耗表现出色，活动模式下为3.4 mA，空闲模式为1.4 mA，掉电模式小于1 µA。

存储资源

芯片具备2K/4K字节的系统内可编程闪存，可进行1000次写/擦除循环；128字节的SRAM用于数据存储；128/256字节的系统内可编程EEPROM，可进行100,000次写/擦除循环。此外，还有编程锁用于闪存程序和EEPROM数据的安全保护。

外设功能

• 定时器/计数器：提供一个8位定时器/计数器和一个扩展的16位定时器/计数器，都有独立的预分频器。16位定时器/计数器还具备比较、捕获模式以及8 - 10位PWM功能。
• 模拟比较器：片上模拟比较器可用于模拟信号的比较和处理。
• 看门狗定时器：可编程看门狗定时器带有独立的片上振荡器，可增强系统的可靠性。
• UART：可编程UART用于串行通信。
• ADC：6通道、10位ADC，可实现高精度的模拟信号采集。
• SPI：主/从SPI串行接口，方便与其他设备进行高速同步数据传输。

特殊特性

芯片还具备多种特殊特性，如欠压复位电路、增强型上电复位电路、低功耗空闲和掉电模式以及外部和内部中断源等，这些特性使得芯片在不同的应用场景中都能稳定可靠地工作。

引脚配置与功能

引脚分布

芯片有20个可编程I/O线，提供28引脚PDIP和32引脚TQFP两种封装形式。不同的引脚具有不同的功能，如VCC为电源引脚，GND为接地引脚，Port B、Port C和Port D为双向I/O端口，RESET为复位输入引脚，XTAL1和XTAL2用于晶体振荡器连接等。

端口功能

• Port B：6位双向I/O端口，带有内部上拉电阻，输出缓冲器可吸收20 mA电流。部分引脚还具有特殊功能，如PB0为ICP（Timer/Counter 1输入捕获引脚），PB1为OC1（Timer/Counter 1输出比较匹配输出）等。
• Port C：同样是6位双向I/O端口，具备内部上拉电阻，输出缓冲器可吸收20 mA电流。此外，Port C还作为A/D转换器的模拟输入端口。
• Port D：8位双向I/O端口，带有内部上拉电阻，输出缓冲器可吸收20 mA电流。部分引脚有特殊功能，如PD0为RXD（UART输入线），PD1为TXD（UART输出线）等。

时钟选项

晶体振荡器

XTAL1和XTAL2分别为反相放大器的输入和输出，可配置为片上振荡器，可使用石英晶体或陶瓷谐振器。

外部时钟

若将振荡器用作外部设备的时钟，可将XTAL2的时钟信号路由到一个HC缓冲器，并减少5 pF的负载电容。若要从外部时钟源驱动设备，XTAL2应不连接，而XTAL1由外部时钟信号驱动。

内存与寻址模式

内存组织

芯片采用哈佛架构，程序和数据有独立的内存和总线。程序内存为系统内可编程闪存，数据内存包括32个通用工作寄存器、64个I/O寄存器和128字节的内部数据SRAM。

寻址模式

支持多种强大而高效的寻址模式，包括寄存器直接寻址、I/O直接寻址、数据直接寻址、数据间接寻址等。这些寻址模式使得对闪存程序内存、SRAM、寄存器文件和I/O数据内存的访问更加灵活和高效。

中断与复位处理

中断源

芯片提供13种不同的中断源，每个中断和复位向量都在程序内存空间中有独立的程序向量。所有中断都有单独的使能位，需要与状态寄存器中的I位一起设置才能使中断生效。

复位源

有四种复位源，分别是上电复位、外部复位、看门狗复位和欠压复位。复位时，所有I/O寄存器将设置为初始值，程序从地址$000开始执行。

定时器/计数器

定时器/计数器概述

提供一个8位和一个16位的通用定时器/计数器，它们有独立的预分频选择。定时器/计数器既可以作为定时器使用内部时钟时基，也可以作为计数器使用外部引脚触发计数。

8位定时器/计数器0

可从CK、预分频CK或外部引脚选择时钟源，其溢出状态标志在Timer/Counter Interrupt Flag Register - TIFR中，控制信号在Timer/Counter0 Control Register - TCCR0中。

16位定时器/计数器1

同样可从CK、预分频CK或外部引脚选择时钟源，具备输出比较功能和PWM功能。输入捕获功能可将定时器/计数器1的内容捕获到输入捕获寄存器 - ICR1中。

通信接口

SPI接口

支持全双工、3线同步数据传输，可工作在主或从模式，数据传输可选择LSB先传或MSB先传，有四种可编程比特率，具备传输结束中断标志和写冲突标志保护，还能从空闲模式唤醒。

UART接口

是一个全双工的通用异步接收器和发送器，具备波特率发生器、噪声过滤、溢出检测、帧错误检测等功能，还有三个独立的中断，支持多处理器通信模式。

模拟比较器与ADC

模拟比较器

比较正输入PD6（AIN0）和负输入PD7（AIN1）的电压，输出可触发Timer/Counter1输入捕获功能和单独的中断。

ADC

具有10位分辨率、± 2 LSB绝对精度、0.5 LSB积分非线性等特点，转换时间为65 - 260 µs，最高可达15 kSPS，有6个多路复用输入通道，支持自由运行或单转换模式，转换完成可触发中断，还具备睡眠模式噪声消除器。

编程与配置

锁定位和熔丝位

芯片提供两个锁定位，可进行编程以获得额外的保护功能。还有六个熔丝位，如SPIEN、BODLEVEL、BODEN和CKSEL2..0，用于配置芯片的功能和特性。

编程模式

支持高压（12V）并行编程模式和低压串行编程模式，可对闪存和EEPROM进行编程和验证。

总结

AT90S/LS2333和AT90S/LS4433微控制器以其丰富的功能、高性能和低功耗的特点，在嵌入式控制应用中具有广泛的应用前景。无论是在工业控制、智能家居还是其他领域，这两款芯片都能为工程师们提供一个灵活、高效且经济的解决方案。在实际设计过程中，工程师们需要根据具体的应用需求，合理选择芯片的型号和配置，充分发挥其优势，以实现项目的最佳性能。

你在使用这两款芯片的过程中，遇到过哪些有趣的问题或挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。