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MK60最小系统板使用说明书解析

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,

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PTA0~PTA3四个引脚,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位单片机的情况。在设计K60的最小系统时,建议大家参考飞思卡尔提供的TWR-K60N512-SCH文档,PDF格式,可以从官网下载。

七联系方式

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