深度剖析ML610Q431/ML610Q432：8位內(nèi)置LCD驅(qū)動的微控制器

公司變更說明

2020年10月1日，LAPIS Semiconductor實(shí)施了公司拆分，成立了LAPIS Technology Co., Ltd.，并由其承接LSI業(yè)務(wù)。因此，文檔中所有“LAPIS Semiconductor Co., Ltd.”等相關(guān)表述均替換為“LAPIS Technology Co., Ltd.”，不過除公司名稱、商標(biāo)、標(biāo)志等外，產(chǎn)品相關(guān)文檔并無變化。

文件下載：ML610Q431-NNNTCZ03A.pdf

產(chǎn)品概述

ML610Q431和ML610Q432是高性能的8位CMOS微控制器，圍繞8位CPU nX - U8/100集成了豐富的外設(shè)電路，如實(shí)時時鐘、同步串口、UART、I2C總線接口、旋律驅(qū)動、電池電量檢測電路、RC振蕩型A/D轉(zhuǎn)換器、12位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器以及LCD驅(qū)動等。其CPU采用3級流水線架構(gòu)并行處理，能在1指令1時鐘模式下高效執(zhí)行指令。內(nèi)置的Flash ROM作為程序存儲器，具備與掩膜ROM相當(dāng)?shù)牡碗妷旱凸淖x取操作，非常適合電池驅(qū)動應(yīng)用，同時還具備片上調(diào)試功能，方便進(jìn)行程序調(diào)試和編程。

產(chǎn)品特性

CPU相關(guān)

• CPU類型：8位RISC CPU（nX - U8/100），采用16位指令系統(tǒng)，指令集豐富，涵蓋傳輸、算術(shù)運(yùn)算、比較、邏輯運(yùn)算、乘除、位操作、位邏輯運(yùn)算、跳轉(zhuǎn)、條件跳轉(zhuǎn)、調(diào)用返回棧操作、算術(shù)移位等。
• 執(zhí)行時間：最小指令執(zhí)行時間在32.768 kHz系統(tǒng)時鐘下為30.5 μs，在4.096 MHz系統(tǒng)時鐘下為0.244 μs。
• 內(nèi)部存儲器：包含64KB Flash ROM（含1KByte不可用TEST區(qū)域）、2KByte Data RAM、1KByte Display Allocation RAM和192Byte用于顯示的RAM。
• 中斷控制器：有2個不可屏蔽中斷源（1個內(nèi)部源和1個外部源）和23個可屏蔽中斷源（19個內(nèi)部源和4個外部源）。

定時器與計(jì)數(shù)器

• 時基計(jì)數(shù)器：有低速和高速時基計(jì)數(shù)器各1通道，低速時基計(jì)數(shù)器具備頻率補(bǔ)償功能，補(bǔ)償范圍約為 - 488ppm至 + 488ppm，補(bǔ)償精度約為0.48ppm；看門狗定時器有不可屏蔽中斷和復(fù)位功能，可自由運(yùn)行，溢出周期有4種可選（125ms、500ms、2s和8s）。
• 定時器：4個8位通道（可配置為16位），還有1 kHz定時器和10 Hz/1 Hz中斷功能，以及2個時間基捕獲通道（頻率范圍4096 Hz至32 Hz）。

其他外設(shè)

• PWM：1個16位分辨率通道。
• 實(shí)時時鐘：具備年、月、日、星期、時、分、秒寄存器，可自動進(jìn)行閏年校正，有規(guī)律中斷（0.5秒、1秒、1分鐘、1小時）和2個鬧鐘中斷通道。
• 同步串口：主/從模式可選，LSB/MSB優(yōu)先可選，8位/16位長度可選。
• UART：1個TXD/RXD通道，可選擇位長度、奇偶校驗(yàn)、停止位數(shù)量以及正/負(fù)邏輯，內(nèi)置波特率發(fā)生器。
• I2C總線接口：僅支持主功能，有快速模式（400 kbps@4MHz）和標(biāo)準(zhǔn)模式（100 kbps@4MHz、50kbps@500kHz）。
• 旋律驅(qū)動：有29種音階、63種音長、15種節(jié)奏，支持4種蜂鳴器輸出模式、8種頻率和16種占空比。
• A/D轉(zhuǎn)換器：包括RC振蕩型A/D轉(zhuǎn)換器（24位計(jì)數(shù)器，2個時分通道）和12位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器（2個輸入通道）。
• 通用端口：有不可屏蔽中斷輸入端口、僅輸入端口、僅輸出端口和輸入/輸出端口，ML610Q431有22個輸入/輸出通道，ML610Q432有14個輸入/輸出通道。
• LCD驅(qū)動：支持點(diǎn)陣顯示，ML610Q431最大支持1024點(diǎn)（64 seg × 16 com），ML610Q432最大支持1536點(diǎn)（64 seg × 24 com），可選擇1/1至1/24占空比、1/3或1/4偏置，有幀頻率和偏置電壓倍增時鐘可選，支持對比度調(diào)整和多種顯示模式，還有可編程顯示分配功能（僅在1/1 - 1/8占空比時可用）。

復(fù)位與電源管理

• 復(fù)位：可通過RESET_N引腳復(fù)位，上電時產(chǎn)生上電復(fù)位，檢測到低速時鐘振蕩停止時復(fù)位（“A”版本無此功能），看門狗定時器溢出時復(fù)位。
• 電源管理：有HALT模式（CPU停止指令執(zhí)行，外設(shè)電路仍工作）和STOP模式（停止低速和高速振蕩，CPU和外設(shè)電路停止工作），可通過軟件改變高速系統(tǒng)時鐘頻率（1/1、1/2、1/4或1/8振蕩時鐘），還具備塊控制功能，可對未使用的外設(shè)電路進(jìn)行掉電操作。

產(chǎn)品陣容

引腳配置與描述

文檔詳細(xì)給出了ML610Q431和ML610Q432的LQFP144引腳布局、芯片引腳布局及尺寸、焊盤坐標(biāo)等信息。同時，對每個引腳的功能進(jìn)行了詳細(xì)描述，包括系統(tǒng)引腳（如RESET_N、XT0、XT1等）、通用輸入/輸出端口、UART、I2C總線接口、同步串口、PWM、外部中斷、捕獲、定時器、旋律、LED驅(qū)動、A/D轉(zhuǎn)換器、LCD驅(qū)動信號、LCD驅(qū)動電源、測試引腳和電源引腳等。還針對未使用引腳給出了推薦的端接方法，如VPP引腳應(yīng)開路，AVDD、AVSS、VREF等引腳應(yīng)連接到VSS等。

電氣特性

絕對最大額定值

規(guī)定了各電源電壓、輸入電壓、輸出電壓、輸出電流、功耗和存儲溫度的最大允許值，如VDD在Ta = 25°C時為 - 0.3至 + 4.6V，存儲溫度范圍為 - 55至 + 150°C。

推薦工作條件

包括工作溫度（ - 20至 + 70°C）、工作電壓（VDD為1.1至3.6V，AVDD為2.2至3.6V）、工作頻率（根據(jù)VDD不同有不同范圍）以及外部連接電容的參數(shù)等。

時鐘生成電路工作條件

對低速和高速晶體/陶瓷振蕩的頻率、等效串聯(lián)電阻值、外部電容等參數(shù)進(jìn)行了規(guī)定，例如低速晶體振蕩頻率為32.768kHz，推薦等效串聯(lián)電阻值不超過40kΩ。

Flash ROM工作條件

在寫入和擦除Flash存儲器時，對工作溫度（0至 + 40°C）、工作電壓（VDD為2.75至3.6V，VDDL為2.5至2.75V，VPP為7.7至8.3V）、寫入周期（80次）和數(shù)據(jù)保留時間（10年）有要求。

直流特性

涵蓋了各種時鐘振蕩頻率（如500kHz RC振蕩頻率、PLL振蕩頻率等）、振蕩啟動時間（低速晶體振蕩、500kHz RC振蕩、高速晶體振蕩、PLL振蕩等）、復(fù)位相關(guān)時間（復(fù)位脈沖寬度、復(fù)位噪聲消除脈沖寬度、上電復(fù)位激活電源上升時間）、LCD偏置電壓（VL1、VL2、VL3、VL4）、BLD閾值電壓、電源電流（不同工作狀態(tài)下的IDD1 - IDD6）、輸出電壓、輸出泄漏、輸入電流、輸入電壓和輸入引腳電容等參數(shù)。

交流特性

• 外部中斷：規(guī)定了外部中斷禁用周期，在32.768kHz系統(tǒng)時鐘下為76.8至106.8μs。
• UART：給出了發(fā)送和接收波特率的相關(guān)參數(shù)，接收波特率有 - 3%至 + 3%的誤差。
• 同步串口：對SCLK輸入/輸出周期、脈沖寬度、SOUT輸出延遲時間、SIN輸入建立和保持時間等參數(shù)進(jìn)行了規(guī)定，不同振蕩模式下參數(shù)有所不同。
• I2C總線接口：分別給出了標(biāo)準(zhǔn)模式（100kHz）和快速模式（400kHz）下的SCL時鐘頻率、SCL和SDA的各種時間參數(shù)（如保持時間、設(shè)置時間等）。
• RC振蕩A/D轉(zhuǎn)換器：規(guī)定了振蕩電阻、振蕩頻率和RS到RT振蕩頻率比等參數(shù)，不同電源電壓下這些參數(shù)會有所變化。
• 逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器：分辨率為12位，給出了積分非線性誤差、微分非線性誤差、零刻度誤差、滿刻度誤差、參考電壓和轉(zhuǎn)換時間等參數(shù)。

封裝與安裝注意事項(xiàng)

提供了LQFP144封裝的尺寸信息，同時提醒表面貼裝型封裝在回流焊安裝和存儲時易受熱量和濕度影響，在進(jìn)行回流焊安裝前，需聯(lián)系ROHM銷售辦公室了解產(chǎn)品名稱、封裝名稱、引腳數(shù)量、封裝代碼和所需安裝條件。

總結(jié)與思考

ML610Q431/ML610Q432微控制器憑借其豐富的外設(shè)資源和低功耗特性，在電池驅(qū)動的電子設(shè)備中具有很大的應(yīng)用潛力。工程師在設(shè)計(jì)時，需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇芯片型號和配置參數(shù)，同時要注意電氣特性和引腳配置等方面的要求，以確保產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性。例如，在使用A/D轉(zhuǎn)換器時，要注意外部元件的布局和連接，避免噪聲對轉(zhuǎn)換結(jié)果的影響；在進(jìn)行電源管理時，要根據(jù)實(shí)際工作狀態(tài)選擇合適的模式，以降低功耗。大家在實(shí)際應(yīng)用中，是否遇到過類似芯片在功耗控制或外設(shè)配置方面的挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。