MK60最小系统板使用说明书.doc

MK60系统板使用说明书MK60系统板模块使用说明书 一 简介： K60系列微控制器具有IEEE 1558以太网，全速和高速USB 2.0 On-The-Go带设备充电探测、硬件加密以及防篡改探测能力，具有丰富的模拟、通信、定时和控制外设，从100LQFP封装256KB闪存开始可扩展到256MAPBGA 1MB内存。大内存的K60系列微控制器还提供可选的单精度浮点单元、NAND闪存控制器和DRAM控制器。144脚LQFP封装的K60的引脚分布图如图1所示，很多引脚都是功能复用引脚，至于引脚选择哪个功能取决于相关寄存器的配置。图1 K60 144 LQFP引脚分布图由功能框图可知，K60含有的功能模块包括：串行通信UART、GPIO、定时器、A/D、D/A、CMP、TSI、SPI、I2C、I2S、CAN、USB、SDHC以及存储模块。不同单片机的相同功能模块用法是基本一样的，因此，这里的UART、GPIO、定时器、A/D、SPI、CAN与XS128的功能模块用法是一样的，CMP与XS128的PWM模块功能类似，都可以输出PWM波形。关于其他模块的功能这里不再进行介绍，请大家参考K60的datasheet或者reference manual。二 模块特点：1. 模块将单片机的引脚基本上全部引出，便于进行二次开发；2. 模块电源设计了过流和过压保护，进一步增加系统抗电压和电流冲击能力；3. 特别提醒大家的是，该模块不和5V接口兼容，所以使用时一定要小心，别直接使用5V电源供电，否则可能烧坏模块。三 模块使用注意事项板子为镀金板，使用过程中要轻拿轻放同时不要用手触摸金面，因为手上汗液容易引起金面氧化，产品使用久了，易导致接触不良等故障；产品放置时，因为焊接元器件个别高度凸出，因此不要有其它重物压在上面，以防压坏电路板上的贴片元件，进而影响板子性能；电路板存放温度不要超过55，湿度小于60%；板子放置不要靠近潮湿地方，以防板子受潮影响使用，如果板子受潮，请将板子至于通风干燥地方进行干燥处理，如空调下，利用空调热风进行干燥；由于板子的引脚是裸露设计，请不要用手触摸相关引脚，以防静电损坏芯片引脚，影响板子性能。电路板使用前，必须检查所接电源是否在说明书规定的范围内，以防电压太高击穿关键芯片，影响板子性能；电路板使用时，注意不要将电源接反。四 K60的非I/O功能介绍像电源类的引脚以及用于复位及JTAG的引脚我们可以称为非I/O引脚，即这些引脚是不能当作一般I/O口使用的，非I/O引脚的总结及功能如表3-1所示。K60N512VM100 芯片电源类引脚，BGA 封装 22 个，LQFP 封装 27 个，其中 BGA 封装的芯片有五个引脚未使用（A10、B10、C10、M5 和 L5）。芯片使用多组电源引脚分别为内部电压调节器、I/O 引脚驱动、A/D 转换电路等电路供电，内部电压调节器为内核和振荡器等供电。为了电源稳定，MCU 内部包含多组电源电路，同时给出多处电源引出脚，便于外接滤波电容。为了电源平衡，MCU 提供了内部相连的地的多处引出脚，供电路设计使用。表1-1 非I/O口引脚功能分类引脚名引脚号典型值功能描述BGALQFP电源类外部输入VDDE5、E6、E7、E8、F5、F85、16、43、56、70、94、1083.3V内核CPU电源VSSF6、F7、G7、G8、H3、H7、H8、M106、17、18、44、57、71、93、107、121、1340VVBATL6423.3V RTC模块电源（可电池供电）VDDAH5313.3V为A/D转换电路供电 VSSAH6340VVREFHG5323.3VA/D转换参考电压 VREFLG6330VVREGING2225VUSB模块参考电压芯片输出电压VREF_OUTM3371.2V输出参考电压(为ADC、CMP和DAC提供) VOUT33G1213.3VUSB模块电源稳压器输出的电压复位RESETL1274复位引脚，它是双向引脚。作为输入引脚，拉低可使芯片复位。作为输出引脚，上电复位期间有低脉冲输出，表示芯片已经复位完成。晶振EXTALM1272晶振或时钟输入引脚(PTA18) RTC模块EXTAL32M641RTC晶振或时钟输入引脚 XTAL32M740RTC振荡器输出引脚JTAG写入器引脚JTAG_TMSK753测试模式选择（该引脚有内部上拉电阻）JTAG_TCLKJ550JTAG时钟JTAG_TDIJ651JTAG数据输入JTAG_TDOK652JTAG数据输出 EZP_CS_bL754EzPort模式选择 复位引脚 RESET 是一个专用引脚，内部含有上拉电阻。空闲状态为高电平，低电平迫使芯片复位。在写入器电路中，该引脚被连接到标准的 10 芯 JTAG 接口，以便写入器可以使MCU 复位。五 MK60 I/O端口资源类引脚：除去需要服务的引脚外，其它引脚可以为实际系统提供 I/O 服务。芯片提供服务的引脚也可称为 I/O 端口资源类引脚。MK60N512VMD100（144 引脚 BGA 和 LQFP 封装）100 个I/O 引脚名、引脚号及功能描述。许多引脚具有复用功能。这些引脚在复位后，立即被配置为高阻状态，且为通用输入引脚，没有内部上拉电阻。需要注意的是，为了避免来自浮空输入引脚额外的漏电流，应用程序中的复位初始化例程需尽快使能上拉或下拉，也可改变不常用引脚的方向为输出，以使该引脚不再浮空。ADC、DAC 和 USB 引脚，以下引脚是 MK60N512VMD100 单独列出来的。除去需要服务的引脚外，其它引脚可以为实际系统提供 I/O 服务。芯片提供服务的引脚也可称为 I/O 端口资源类引脚。MK60N512VMD100（144 引脚 LQFP 封装）的有多达 100个 I/O 引脚。其中 A 口 26 个，B 口 20 个，C 口 20 个，D 口 16 个，E 口 18 个，每个引脚均具有多个功能，详细情况请参见表 2-表 5。表 1 PTA 口的 26 个引脚功能详述六 K60最小系统设计6.1 电源电路MK60的工作电压为3.3V，这个电源实际上是从7.2V转3.3V电源电路通过接插件传送过来的，这个7.2V转3.3V电源电路其实就是我们所要讲的电源电路，这一部分的具体设计请参考开关电源和线性电源电路设计一章。因此，这里所讲的电源电路主要就是指把上面的3.3V电源供给单片机的电源引脚。芯片有两种电源VDD和VDDA，其中VDD是MCU电源，VDDA是模拟电源。在每组VDD和VSS之间加入滤波电容，如下图2所示。 图2 电源滤波设计将VDD经过电感或磁珠之后再给VDDA供电，这样可以起到抗干扰作用，如图3所示。通过MK60的datasheet(数据手册)我们可以统计出MK60的电源引脚总共有9个数字电源引脚即VDD，1个模拟电源引脚VDDA，另外VREFH也与VDDA使用同一路电源，而所有的VSS和VSSA引脚都属于GND都接地。具体请参看完整原理图。图3网络标号VCC即为从主板上引入的3.3V电源，这里经过电感L1进行滤波输出3V3（即3.3V），再给单片机供电。电源引脚一般都会增加一个100nF的电容，用以滤波，使电源引脚的电压更稳定。3V3属于数字电源，VDDA属于模拟电源，为了降低噪声和出错几率，模拟电源盒数字电源应该隔离，电感L3和L4就是用于电源隔离的元件，主要作用就是将数字电源的高频噪声隔离。其实，这里不加电感，即去掉L3和L4，使数字电源引脚和模拟电源引脚公用一路电源也是可以的。设计滤波电容时应注意：(1) 模拟地和数字地分开，可用电感或磁珠隔离。(2) 选用封装较小的贴片电容，一般选用0603，减小寄生电容；(3) 滤波电容尽量靠近芯片引脚，PCB布线时一定要先经过电容再进入电源引脚，这样电容才能起到作用；6.2 时钟电路MK60的时钟电路包括两部分，一个是芯片的主晶振，用于产生芯片和外设所需要的工作时钟；另外一个是实时时钟RTC的时钟电路，实时时钟（RTC-Real Time Clock）提供一套计数器在系统上电和关闭操作时对时间进行测量，RTC消耗的功率非常低。蓝宙电子的K60系统板的主晶振使用的是50MHz的有源晶振，如图4所示。图4 50MHz有源晶振时钟电路K60的RTC时钟由独立的32.768KHz振荡器来提供，如图5所示。另外RTC还具有专用的电源引脚VBAT，可连接到电池或者其他器件使用的相同的3.3V电压上。要使RTC中断能够唤醒掉电的CPU，必须选择外部时钟源。图5 RTC时钟电路RTC时钟可以不要，这里留着是为了方便需要的同学使用。6.3 复位电路K60的复位电路如图6所示，其中网络标号RESET连接芯片的RESET复位引脚。复位电路工作原理：默认情况下，复位引脚RESET通过一个4.7k的电阻上拉到3.3V，处于高电平状态，芯片不会复位，因为该引脚只有在为低电平的时候才开始复位。当按下复位按键S1，RESET引脚接地，处于低电平，致使芯片复位。图 6 复位电路6.4 JTAG接口电路K60系列芯片使用的是ARM Cortex-M4内核，该内核内部集成了联合测试行为组织JTAG接口，通过JTAG接口可以实现程序下载和调试功能。K60的JTAG接口电路如图7所示。JTAG的对外引脚2、4、6、8分别为TMS，TCK，TDO，TDI，这些引脚分别连接K60的PTA0PTA3四个引脚，JTAG的10脚连接K60的复位引脚。图7 K60的JTAG接口电路现在各公司的JTAG接口电路一般都是开源的，不然无法设计，如果实在不清楚的话可以在网上查找，或者最直接的就是跟原厂索要，一般都会给。以上就是整个MK60最小系统的设计。大家只要记住任何单片机的最小系统都是由电源电路、时钟电路、复位电路和JTAG接口电路组成即可。这样大家在设计任何一种单片机的最小系统的时候心里就有依据了，只不过有的单片机内部带有时钟，在系统要求不高的情况下我们就用单片机的内部时钟也可以，就不需要设计外部时钟电路了。现在的单片机一般都是上电自动复位的，所以很多时候我们这个复位电路也可以省去，这里指的更多是8位单片机