AT90S/LS2333和AT90S/LS4433微控制器深度解析

引言

在電子設計領域，選擇合適的微控制器對于項目的成功至關重要。AT90S/LS2333和AT90S/LS4433這兩款微控制器以其高性能、低功耗的特點，成為了眾多工程師的首選。本文將對這兩款微控制器進行全面而深入的剖析，希望能為電子工程師們在設計過程中提供有價值的參考。

文件下載：AT90S2333-8PI.pdf

芯片概述

AT90S2333/4433是基于AVR RISC架構的低功耗CMOS 8位微控制器。它通過單時鐘周期執行強大指令，實現接近每兆赫茲1 MIPS的吞吐量，讓系統設計者能夠在功耗和處理速度之間進行優化。其豐富的指令集與32個通用工作寄存器相結合，使得代碼效率更高，處理速度比傳統CISC微控制器快達十倍。

性能與功耗

這兩款芯片采用高性能、低功耗的AVR? 8位RISC架構，擁有118條強大指令，多數為單周期執行，32個8位通用工作寄存器，在8 MHz時鐘頻率下，吞吐量可達8 MIPS。不同型號在工作電壓和頻率上有所差異，如AT90LS2333和AT90LS4433工作電壓為2.7V - 6.0V，頻率為0 - 4 MHz；AT90S2333和AT90S4433工作電壓為4.0V - 6.0V，頻率為0 - 8 MHz。在4 MHz、3V、25°C的條件下，其功耗表現出色，活動模式下為3.4 mA，空閑模式為1.4 mA，掉電模式小于1 μA。

存儲資源

芯片具備2K/4K字節的系統內可編程閃存，可進行1000次寫/擦除循環；128字節的SRAM用于數據存儲；128/256字節的系統內可編程EEPROM，可進行100,000次寫/擦除循環。此外，還有編程鎖用于閃存程序和EEPROM數據的安全保護。

外設功能

• 定時器/計數器：提供一個8位定時器/計數器和一個擴展的16位定時器/計數器，都有獨立的預分頻器。16位定時器/計數器還具備比較、捕獲模式以及8 - 10位PWM功能。
• 模擬比較器：片上模擬比較器可用于模擬信號的比較和處理。
• 看門狗定時器：可編程看門狗定時器帶有獨立的片上振蕩器，可增強系統的可靠性。
• UART：可編程UART用于串行通信。
• ADC：6通道、10位ADC，可實現高精度的模擬信號采集。
• SPI：主/從SPI串行接口，方便與其他設備進行高速同步數據傳輸。

特殊特性

芯片還具備多種特殊特性，如欠壓復位電路、增強型上電復位電路、低功耗空閑和掉電模式以及外部和內部中斷源等，這些特性使得芯片在不同的應用場景中都能穩定可靠地工作。

引腳配置與功能

引腳分布

芯片有20個可編程I/O線，提供28引腳PDIP和32引腳TQFP兩種封裝形式。不同的引腳具有不同的功能，如VCC為電源引腳，GND為接地引腳，Port B、Port C和Port D為雙向I/O端口，RESET為復位輸入引腳，XTAL1和XTAL2用于晶體振蕩器連接等。

端口功能

• Port B：6位雙向I/O端口，帶有內部上拉電阻，輸出緩沖器可吸收20 mA電流。部分引腳還具有特殊功能，如PB0為ICP（Timer/Counter 1輸入捕獲引腳），PB1為OC1（Timer/Counter 1輸出比較匹配輸出）等。
• Port C：同樣是6位雙向I/O端口，具備內部上拉電阻，輸出緩沖器可吸收20 mA電流。此外，Port C還作為A/D轉換器的模擬輸入端口。
• Port D：8位雙向I/O端口，帶有內部上拉電阻，輸出緩沖器可吸收20 mA電流。部分引腳有特殊功能，如PD0為RXD（UART輸入線），PD1為TXD（UART輸出線）等。

時鐘選項

晶體振蕩器

XTAL1和XTAL2分別為反相放大器的輸入和輸出，可配置為片上振蕩器，可使用石英晶體或陶瓷諧振器。

外部時鐘

若將振蕩器用作外部設備的時鐘，可將XTAL2的時鐘信號路由到一個HC緩沖器，并減少5 pF的負載電容。若要從外部時鐘源驅動設備，XTAL2應不連接，而XTAL1由外部時鐘信號驅動。

內存與尋址模式

內存組織

芯片采用哈佛架構，程序和數據有獨立的內存和總線。程序內存為系統內可編程閃存，數據內存包括32個通用工作寄存器、64個I/O寄存器和128字節的內部數據SRAM。

尋址模式

支持多種強大而高效的尋址模式，包括寄存器直接尋址、I/O直接尋址、數據直接尋址、數據間接尋址等。這些尋址模式使得對閃存程序內存、SRAM、寄存器文件和I/O數據內存的訪問更加靈活和高效。

中斷與復位處理

中斷源

芯片提供13種不同的中斷源，每個中斷和復位向量都在程序內存空間中有獨立的程序向量。所有中斷都有單獨的使能位，需要與狀態寄存器中的I位一起設置才能使中斷生效。

復位源

有四種復位源，分別是上電復位、外部復位、看門狗復位和欠壓復位。復位時，所有I/O寄存器將設置為初始值，程序從地址$000開始執行。

定時器/計數器

定時器/計數器概述

提供一個8位和一個16位的通用定時器/計數器，它們有獨立的預分頻選擇。定時器/計數器既可以作為定時器使用內部時鐘時基，也可以作為計數器使用外部引腳觸發計數。

8位定時器/計數器0

可從CK、預分頻CK或外部引腳選擇時鐘源，其溢出狀態標志在Timer/Counter Interrupt Flag Register - TIFR中，控制信號在Timer/Counter0 Control Register - TCCR0中。

16位定時器/計數器1

同樣可從CK、預分頻CK或外部引腳選擇時鐘源，具備輸出比較功能和PWM功能。輸入捕獲功能可將定時器/計數器1的內容捕獲到輸入捕獲寄存器 - ICR1中。

通信接口

SPI接口

支持全雙工、3線同步數據傳輸，可工作在主或從模式，數據傳輸可選擇LSB先傳或MSB先傳，有四種可編程比特率，具備傳輸結束中斷標志和寫沖突標志保護，還能從空閑模式喚醒。

UART接口

是一個全雙工的通用異步接收器和發送器，具備波特率發生器、噪聲過濾、溢出檢測、幀錯誤檢測等功能，還有三個獨立的中斷，支持多處理器通信模式。

模擬比較器與ADC

模擬比較器

比較正輸入PD6（AIN0）和負輸入PD7（AIN1）的電壓，輸出可觸發Timer/Counter1輸入捕獲功能和單獨的中斷。

ADC

具有10位分辨率、± 2 LSB絕對精度、0.5 LSB積分非線性等特點，轉換時間為65 - 260 μs，最高可達15 kSPS，有6個多路復用輸入通道，支持自由運行或單轉換模式，轉換完成可觸發中斷，還具備睡眠模式噪聲消除器。

編程與配置

鎖定位和熔絲位

芯片提供兩個鎖定位，可進行編程以獲得額外的保護功能。還有六個熔絲位，如SPIEN、BODLEVEL、BODEN和CKSEL2..0，用于配置芯片的功能和特性。

編程模式

支持高壓（12V）并行編程模式和低壓串行編程模式，可對閃存和EEPROM進行編程和驗證。

總結

AT90S/LS2333和AT90S/LS4433微控制器以其豐富的功能、高性能和低功耗的特點，在嵌入式控制應用中具有廣泛的應用前景。無論是在工業控制、智能家居還是其他領域，這兩款芯片都能為工程師們提供一個靈活、高效且經濟的解決方案。在實際設計過程中，工程師們需要根據具體的應用需求，合理選擇芯片的型號和配置，充分發揮其優勢，以實現項目的最佳性能。

你在使用這兩款芯片的過程中，遇到過哪些有趣的問題或挑戰呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。