飛思卡爾ＳＯ８ＱＥ系列低功耗微控制器分析

隨著消費電子行業(yè)向超移動便攜式設計演進，提高性能和降低功耗已成為基本的設計要求。為了響應這些需求，2008年3月份拉開帷幕的飛思卡爾技術論壇設計應用大獎賽(FTF Design Challenge)在日本、歐洲、中國和印度相繼舉行，該賽事致力于鼓勵各界設計高手設計一款有益于環(huán)境的產(chǎn)品，使世界變得更干凈、更環(huán)保。

作為此次設計應用大獎賽的指定參賽芯片，飛思卡爾半導體的超低功率8位微控制器SO8QE8旨在增強各種嵌入式應用的便攜性能，提高能效。節(jié)能的QE系列采用了Eterna技術在電池供電的應用中延長電池的使用壽命，它所采用的超低功耗方法和優(yōu)化的外圍器件可以達到很高的功率性能。

SO8QE8是飛思卡爾QE系列中的一員，其32引腳LQFP封裝微控制器與SO8QE128和ColdFire V1系列微控制器是引腳兼容的，這為用戶提供了很大的設計、移植靈活性。SO8QE8有個不到1微安電流消耗的超低功率32 kHz振蕩器，還包括電池節(jié)電功能，如兩種超低功耗停止模式、新的低功耗運行和等待模式、將CPU從停止3模式下喚醒僅需6us、用戶可通過寫禁用時鐘寄存器隨意設定禁用外圍模塊的時鐘。此外，QE8還提供了多達8KB的閃存和一個10通道、12位的模數(shù)轉換器(ADC)。SO8QE8還有低至1.8V的電源電壓、20MHz的CPU內(nèi)核、兩個定時器、UART、SPI、12C和兩個模擬比較器一非常適合于高性價比的便攜式醫(yī)療保健類應用。

SO8QE8特性及優(yōu)勢

節(jié)能特性：兩種超低功耗(ULP)停止模式，其中一種允許有限使用外圍設備；新的低功耗運行和等待模式；停止3模式下的典型喚醒時間為6us。這樣的優(yōu)點是：允許應用程序在低功耗狀態(tài)下繼續(xù)采樣，從而延長電池使用壽命，允許在低功耗狀態(tài)下使用所有的片上外圍設備；可以從停止模式快速啟動。可關閉閑置不用的外圍設備時鐘的門控時鐘，提供單獨關閉各模塊的極大靈活性，最大限度降低功耗。

8位HCS08 CPU：1.8～3.6V時高達20MHz的HCS08 CPU，溫度范圍從-40℃～+85℃。這就使得在電池供電的應用中，即使在低電壓下仍然有高性能；1.8V～3.6V范圍內(nèi)提供10MHz的總線速度。HCS08指令集，增加了BGND指令，向下兼容68HC08和68HC05的目標代碼，從而可以重復利用現(xiàn)有的軟件資源，也可以用匯編或C編譯器進行高效緊湊的模塊編碼。同時，BGND允許用戶進入后臺調(diào)試模式，充分利用內(nèi)置在線調(diào)試器(ICE)的功能。

片內(nèi)存儲器：在整個工作電壓和溫度范圍內(nèi)，可對多達8KB的閃存進行讀/編程/擦除操作。顯然，這就允許用戶能夠在幾乎任何環(huán)境中進行在線編程。片內(nèi)有512字節(jié)的隨機存儲器(RAM)，安全電路可防止對RAM和閃存的非法訪問，以降低系統(tǒng)功耗。

系統(tǒng)保護：計算機運行正常的看門狗(COP)，可選擇采用專用的1kHz內(nèi)部時鐘源或總線時鐘進行復位。這可以使器件能識別跑飛代碼(死循環(huán))并復位處理器以避免鎖死狀態(tài)。帶復位或中斷的低電壓檢測，觸發(fā)電壓可選。可以利用此性能來在電壓跌落至正常工作范圍以外時發(fā)出警告。帶復位的非法代碼和地址檢測，使器件能夠識別錯誤代碼并復位處理器以避免鎖死狀態(tài)。閃存塊保護，可以防止對受保護閃存進行意外編程，這將極大地降低損壞商業(yè)程序中的重要系統(tǒng)代碼的概率。

開發(fā)支持：單線后臺調(diào)試接口：使開發(fā)人員能夠在S08和ColdFireV1平臺之間使用相同的硬件連接器。斷點設置：在線調(diào)試過程中可設置一個斷點(外加內(nèi)置調(diào)試模塊中的另三個斷點)。包含三個比較器和九種觸發(fā)方式的ICE調(diào)試模塊。八級深度的先進先出緩存，用于保存流程變化地址和單事件數(shù)據(jù)一一調(diào)試模塊支持標記和強制斷點。提供內(nèi)置的全仿真功能，無需使用昂貴的傳統(tǒng)仿真器。具有MSB接口，用于S08系列單片機開發(fā)的開源BDM調(diào)試器TBDML也可用于S08QE8單片機的開發(fā)。

SO8QE8外圍設備及特點分析

SO8QE8/4的結構框圖如圖1所示，下面具體分析各模塊的特性。

10通道12位精度ADC：單通道A/D轉換時間2.5us，有自動比較功能，內(nèi)部集成了1個1.7mV/℃的溫度傳感器。內(nèi)部還有其他它通道用于采集溫度傳感器、內(nèi)部參考電壓等信息、可在停止3模式下運行。其優(yōu)點在于可用極高速度對多達10個模擬信號采樣，在MCU從1.8V到3.6V的整個工作電壓范圍內(nèi)都可以運行。

兩個3通道(TPM1和TPM2)定時器：每個通道可選為輸入捕捉、輸出比較或帶緩存的邊沿/中心對齊PWM。這兩個TPM可使用不同的時基，總共可達12個定時器通道。

實時時鐘計數(shù)器(RTC)：基于二進制或十進制預分頻的8位模數(shù)計數(shù)器，可由外部時鐘提供精確時基，完成時間、日歷或任務調(diào)度功能。自由運行的1kHz片上低功耗振蕩器無需外部器件即可提供周期性喚醒功能。

串行通信接口(SCI)：提供異步通信，可產(chǎn)生13位間隔符，具有靈活的波特率發(fā)生器，雙緩存收發(fā)及可選的硬件奇偶校驗生成器。這為用戶提供了標準的UART通信設備，允許MCU與遠程設備通信，同時，其接收中斷可在低功耗模式下喚醒MCU。

兩個模擬比較器：可選擇與內(nèi)部參考電壓比較，將輸出連接到定時/脈寬調(diào)制器(PWM)上作為輸入捕捉的觸發(fā)信號。這樣僅需1個引腳用于輸入，另5個管腳可作它用，同時系統(tǒng)中的其它模塊能以最小的延遲得到比較結果；模擬比較器還可用于單斜率ADC和RC時間常數(shù)測量。

同步串行外設接口(SPI)：該模塊具有全雙工或單線雙向通信方式，雙緩存收發(fā)、主/從模式、高位優(yōu)先(MSB—first)或低位優(yōu)先(LSB—first)切換。這就允許與其它CPU或外設，如MCl319x射頻收發(fā)器等高速通信(高達5Mbps)。

高速12C總線：高速12C總線在最大負荷下仍可達到100kbps的速度。多主機操作、可編程的從機地址、中斷驅動的逐字節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送、支持廣播模式和10位尋址等特點。這就允許用戶通過添加12C EEPROM來擴大系統(tǒng)內(nèi)存，當然也可以添加更多其它12C器件。

輸入/輸出口(GPIO)：S08QE8有27路通用輸入/輸出(GPIO)和1個單輸入、1個單輸出端。8個極性可選的鍵盤中斷(KBI)引腳，可用于鍵盤輸入或其他中斷。

SO8QE8典型應用

作為飛思卡爾超低功率QE系列的成員，MC9S08QE8休眠態(tài)功耗不到300納安，運行電流低至7微安。這種低功率運行使QE8器件非常適合于低端節(jié)能應用，例如中低端醫(yī)療設備，血壓監(jiān)控器、妊娠試驗儀等，其他便攜設備，如PDA和手機配件；低功率無線類應用、安全系統(tǒng)、煙霧報警、安全探測、電子玩具等領域。