K60硬件最小系统总结

只看该作者 · 2015-2-10 21:50

MCU的硬件最小系统是指可以使内部程序运行的所必须的外围电路，也可以包括写入器接口电路。使用一个芯片，必须完全理解其硬件最小系统。当MCU工作不正常时，首先查找最小系统中可能出错的元件。一般情况下，MCU的硬件最小系统由电源、晶振及复位等电路组成。芯片要能工作，必须有电源与工作时钟，至于复位电路则提供不掉电情况下MCU重新启动的手段。由于Flash存储器制造技术的发展，大部分芯片提供了在板或在系统（On System）写入程序功能，即把空白芯片焊接到电路板上后，再通过写入器把程序下载到芯片中。这样，硬件最小系统应该把写入器的接口电路也包含在其中。基于这个思路，MK60N512VMD100芯片的硬件最小系统包括电源电路、复位电路、晶振电路及JTAG接口电路。

1．电源及其滤波电路
电路中需要大量的电源类引脚用来提供足够的电流容量。所有的电源引脚必须外接适当的滤波电容抑制高频噪音。图2-5给出了MK60N512VMD100硬件最小系统的电源和地连接图。电源（VDDx）与地（VSSx）包括很多引脚，如VDDA、VSSA、VDD1~VDD6、VSS1~VSS8、VREAFH和VREAFL等。一些电源与地引脚仅用于外接滤波电容，内部已经连接到电源与地，芯片参考手册指出不需要再外接电源。至于电容外接，是由于集成电路制造技术所限，无法在IC内部通过光刻的方法制造这些电容。电源滤波电路，用于改善系统的电磁兼容性，降低电源波动对系统的影响，增强电路工作稳定性。为标识系统通电与否，可以增加一个电源指示灯。
图2-5 MK60N512VMD100电源电路

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2．复位电路
图2-6给出了MK60N512VMD100硬件最小系统的复位电路。复位，意味着MCU一切重新开始。复位引脚为RESET 。若RESET 信号有效（低电平），MCU复位。复位电路原理如下：正常工作时复位输入引脚RESET 通过一个10K的电阻接到电源正极，所以应为高电平。若按下复位按钮，则RESET 脚接地，为低电平，导致芯片复位。从引起MCU复位的内部与外部因素区分，复位分为外部复位与内部复位两种。外部复位有上电复位、按下“复位按钮”复位。内部复位有看门狗定时器复位、低电压复位、低漏唤醒(LLWU)复位、MCG丢失时钟复位、软件复位、锁定复位、EzPort复位等。从复位时芯片是否处于上电状态区分，复位可分为冷复位与热复位。芯片从无电状态上电的复位属于冷复位，芯片处于带电状态的复位叫热复位。冷复位后，MCU内部RAM的内容是随机的。而热复位后，MCU内部RAM的内容保持复位前的内容，即热复位并不会引起RAM中内容的丢失。
从CPU响应快慢区分，复位可分为异步复位与同步复位。异步复位源提出的复位请求一般表示一种紧要的事件，因此复位控制逻辑不等到当前总线周期结束，复位立即有效。异步复位源有上电、丢失时钟、低压检测LVD、失去锁定等。同步复位的处理方法与异步复位不同，当一个同步复位源提出一个复位请求时，复位控制器并不使之立即起作用，而是等到当前总线周期结束，这是为了保护数据的完整性。在该总线周期结束后，下一个系统时钟的上升沿时，复位才有效。同步复位有看门狗定时器、软件等。
时钟的上升沿时，复位才有效。同步复位有看门狗定时器、软件等。

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3．晶振电路
晶振电路为芯片提供准确的工作时钟。晶体振荡器分为无源晶振和有源晶振两种类型。需要外接电源的晶振称为有源晶振。
无源晶振与有源晶振的英文名称不同，无源晶振为crysta（l 晶体），而有源晶振则叫做oscillator（振荡器）。无源晶振是有两个引脚的无极性元件，需要借助于时钟电路才能产生振荡信号，自身无法振荡起来。MK60N512VMD100内部集成多用途时钟产生器（Multipurpose Clock Generator ，MCG）模块，用于将晶振输入时钟倍频至系统所需时钟。MK60N512VMD100共需要两个晶振，一个是芯片的主晶振，用于产生芯片和外设的工作时钟，另一个是实时定时器的晶振（RTC）。苏州大学飞思卡尔嵌入式实验室开发的核心板主芯片时钟使用50MHZ有源晶振，RTC时钟使用32.768KHZ无源晶振，图2-7为系统晶振电路。在硬件布线时需要注意晶振附近不能走高频信号，晶振应该尽量靠近晶振输入引脚。晶振实际上负责给芯片提供心跳。