探索NXP LH79524/LH79525系统级芯片：高性能与低功耗的完美融合

在电子设计领域，系统级芯片（SoC）的性能和功能直接影响着产品的竞争力。NXP的LH79524/LH79525 SoC凭借其高度集成的特性、卓越的性能和低功耗设计，成为众多应用场景的理想选择。今天，我们就来深入了解这款芯片的特点和应用。

文件下载：LH79524N0F100A1;55.pdf

1. 芯片概述

LH79524/LH79525是由NXP Semiconductors推出的系统级芯片，基于ARM720T核心，具有高度集成的特点，能够满足广泛的应用需求。它采用了全静态设计、电源管理单元和低电压运行模式（1.8V核心，3.3V I/O），配合片上稳压器，可使用单一3.3V电源供电。

2. 核心特性

2.1 高性能核心

• ARM720T RISC核心：32位的ARM720T RISC核心，具备8kB缓存和MMU（支持Windows CE），为芯片提供了强大的处理能力。CPU速度可达76.205 MHz，最大AHB时钟（HCLK）为50.803 MHz。
• MMU功能：MMU允许将物理内存地址映射到虚拟内存地址，用户可以通过MMU实现内存保护方案，地址转换和内存保护服务由用户控制。

2.2 灵活的内存接口

• 外部内存控制器（EMC）：集成的EMC提供了与外部SDRAM、低功耗SDRAM、Flash、SRAM、ROM和突发ROM的无缝接口。支持六种外部内存银行，有两个同步内存片选和两个（LH79525）或四个（LH79524）静态内存片选，还包括两个（LH79525）或四个（LH79524）字节通道使能信号。
• 内存重映射选项：软件可选择三种物理内存重映射选项，方便用户根据需求进行内存配置。

2.3 丰富的外设接口

• DMA控制器：支持同时服务多达4个数据流，提供三种传输模式（内存到内存、外设到内存、内存到外设），具备可编程的传输大小、突发大小、地址增量或冻结功能，每个流都有传输错误中断和16字FIFO数组。
• 彩色LCD控制器（CLCDC）：LH79524有16个LCD数据位，LH79525有12个LCD数据位。支持单扫描和双扫描彩色及单色STN显示器（LH79524仅支持4或8位接口）、TFT彩色显示器，可编程分辨率高达1,024 × 1,024，支持15级灰度单色、3,375色STN和64k色TFT，具备多种位深度和调色板选项，以及可编程定时、256项16位调色板快速访问RAM、帧、行和像素时钟信号、AC偏置信号或数据使能信号、专利灰度算法和中断生成事件，还有双16深可编程32位宽FIFO用于缓冲输入数据。
• 同步串行端口（SSP）：作为主或从接口，支持与支持Motorola SPI、National Semiconductor MICROWIRE或Texas Instruments同步串行接口协议的主或从外设设备进行同步串行通信。具备主或从操作模式、可编程时钟速率、独立的发送和接收FIFO缓冲区（16位宽，8个位置深）、DMA支持、可编程接口协议、可编程数据帧大小（4到16位）、独立屏蔽发送FIFO、接收FIFO和接收溢出中断以及内部回环测试模式。
• 通用异步收发器（UART）：芯片集成了三个UART，功能类似于行业标准的16C550。支持可编程的每字符位数（5、6、7或8）、可选的9位模式、9位发送FIFO和12位接收FIFO、可编程FIFO触发点、UART0的DMA支持、可编程IrDA SIR输入/输出、独立的16字节发送和接收FIFO以减少CPU中断、可编程FIFO禁用以实现1字节深度、可编程波特率发生器、独立屏蔽发送FIFO、接收FIFO、接收超时和调制解调器状态中断、假起始位检测、线路中断生成和检测以及完全可编程的串行接口特性。
• 向量中断控制器（VIC）：将20个内部和8个外部中断源的中断请求信号组合，经过屏蔽和优先级排序后应用到ARM7TDMI处理器核心的IRQ和FIQ中断输入。具备硬件中断向量逻辑，可编程优先级高达16个中断源，可减少IRQ类型中断的响应时间，提高芯片在嵌入式控制应用中的实时能力。
• 实时时钟（RTC）：提供闹钟或长时间基计数器，计数到编程的一秒周期数后生成中断。具备32位向上计数器和可编程加载、可编程32位匹配比较寄存器，可软件屏蔽中断，支持多种RTC输入时钟源。
• 看门狗定时器：提供硬件保护，防止故障发生。由总线时钟驱动，有16个可编程超时周期（(2^{16}) 到 (2^{31}) 时钟周期），超时会生成复位或FIQ中断，具备软件启用、锁定和计数器复位机制，以及保护机制防止中断服务失败。
• 定时器：包含三个16位独立可编程定时器模块，由系统时钟或内部缩放系统时钟驱动，可生成溢出中断。定时器0有五个捕获寄存器和两个比较寄存器，定时器1和定时器2各有两个捕获和两个比较寄存器，支持PWM模式，每个定时器可生成单独的中断。
• 通用输入/输出（GPIO）：LH79524提供多达108位可编程输入/输出，LH79525提供86位。许多GPIO引脚与其他信号复用，所有GPIO引脚可单独编程输入/输出，上电默认输入。
• USB设备：集成的USB设备符合USB 1.1和2.0规范，兼容OpenHCI和Intel UHCI标准。支持全速（12 Mbit/s）操作、暂停和恢复信号、四个端点、批量/中断或等时传输、每个端点方向的FIFO（除EP0在IN/OUT之间共享FIFO），支持DMA访问FIFO。
• 以太网MAC控制器：板载以太网MAC控制器（EMAC）符合IEEE 802.3标准，通过了新罕布什尔大学（UNH）测试。支持10和100 Mbit/s以及全双工和半双工操作，具备统计计数器寄存器、MII接口、中断生成、发送和接收FIFO、自动填充和CRC生成、自动丢弃错误帧、地址检查逻辑、混杂模式、哈希匹配、物理层管理、串行网络接口操作、流量控制和VLAN标记等功能，支持最大10,240字节的巨型帧，软件可配置MAC地址。
• I²C控制器：I²C控制器包括一个两线I²C串行接口，可在主或从模式下操作，符合I²C 2.1总线规范，数据速率高达400 kbit/s。
• SSP到I²S转换器：将TI DSP兼容模式的同步串行通信流转换为I²S兼容的同步串行流，支持主和从模式，具备可编程字选择（WS）延迟、左右通道信息、反转WS状态和位时钟的能力，支持16位帧大小，有额外的中断和状态位，模块未启用时可原样传递SSP数据，支持回环测试模式。
• ADC和欠压检测器：ADC模块由一个10通道、10位的模数转换器和集成的触摸屏控制器（TSC）组成。具备10位全差分逐次逼近寄存器（SAR）和集成采样/保持、10通道多路复用器、16项×16位宽FIFO、前端偏置和控制网络、触摸压力传感电路、笔下降传感电路和中断发生器、独立电压参考发生器、转换自动化功能、欠压检测器和电池控制信号。

3. 电气特性

3.1 绝对最大额定值

• DC核心电源电压：-0.3至2.4 V
• DC I/O电源电压：-0.3至4.6 V
• DC模拟电源电压：-0.3至4.6 V（VDDA0），-0.3至2.4 V（VDDA1和VDDA2）
• 存储温度：-55至+125 °C

3.2 推荐工作条件

• DC核心电源电压：1.7至1.9 V
• DC I/O电源电压：3.0至3.6 V
• DC模拟电源电压：3.0至3.6 V（VDDA0），1.7至1.9 V（VDDA1和VDDA2）
• 时钟频率：3.27至76.205 MHz
• 晶体频率：10.0至20.0 MHz
• 工作温度（工业）：-40至+85 °C

3.3 电源供应顺序

当线性稳压器未启用时，建议先给1.8 V电源供电，再给3.3 V电源供电。若无法做到，1.8 V电源滞后3.3 V电源的时间不得超过100 μs。如需更长延迟时间，建议在电源上升期间，两个电源之间的电压差保持在1.5 V以内。为避免潜在的闩锁条件，应在设备按上述方式通电后再给输入引脚施加电压。

3.4 DC/AC规格

• DC规格：包括CMOS输入高/低电压、施密特引脚输入阈值电压、施密特触发器滞后、输出驱动、输入泄漏上拉/下拉电阻、不同模式下的电流等参数。
• AC规格：涉及异步和同步内存接口信号、同步串行端口、以太网MAC控制器等的信号特性，如建立时间、保持时间、输出有效时间等。

4. 应用场景

LH79524/LH79525适用于多种应用场景，如无线通信、工业控制、消费电子等。其高性能的核心和丰富的外设接口能够满足不同应用的需求，低功耗设计则有助于延长设备的电池续航时间。

5. 设计建议

5.1 未使用输入信号处理

浮动输入信号可能导致过度功耗，未使用且无内部上拉或下拉电阻的输入应外部上拉或下拉，将信号置于非激活状态。部分GPIO信号默认输入，若引脚未使用，可通过软件将其编程为输出，以消除上拉或下拉的需求。

5.2 电路板布局

芯片的所有输出引脚具有快速的上升和下降时间，因此应减少印刷电路走线的互连长度，以最小化由于快速输出开关时间引起的过冲、下冲和反射。特别是地址和数据总线，更需注意。在考虑电容时，应考虑所有设备负载和电路板走线的电容，其电容值取决于走线宽度、电路板的介电材料以及与接地和电源平面的接近程度。对于电容负载较高的系统，电源去耦和电路板布局的注意事项更为关键，因为随着电容负载的增加，电源和接地返回路径中的瞬态电流也会增加。

5.3 外部组件建议

对于32.768 kHz和10 - 20 MHz的晶体电路，文档提供了建议的外部组件，包括晶体的规格、电阻和电容的值等。在实际设计中，应根据晶体的负载电容和PCB杂散电容来调整电容值，并确保接地连接短且返回连接到处理器核心接地引脚的接地平面。

6. 总结

NXP的LH79524/LH79525系统级芯片以其高性能、低功耗和丰富的外设接口，为电子工程师提供了一个强大的设计平台。在实际应用中，我们需要根据具体需求合理配置芯片的各项功能，并注意电路板布局和外部组件的选择，以充分发挥芯片的性能优势。你在使用这款芯片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见解。