USB控制芯片CY7C68013中文手册

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CY7C68013A, CY7C68014A

CY7C68015A, CY7C68016A

EZ-USB FX2LP (TM) USB 微控制器

高速 USB 外设控制器

Cypress Semiconductor Corporation • 198 Champion Court • San Jose, CA 95134-1709 • 408-943-2600

文件编号：001-50431 修订版 ** 修订时间 2008 年 12 月 11 日

1. 特色 (CY7C68013A/14A/15A/16A)

■ USB 2.0 USB IF 高速性能且经过认证 (TID # 40460272)

■ 单芯片集成 USB 2.0 收发器、智能串行接口引擎 (SIE) 和增强

型 8051 微处理器

■ 适用性、外观和功能均与 FX2 兼容

❐ 引脚兼容

❐ 目标代码兼容

❐ 功能兼容（FX2LP 是超集）

■ 超低功耗：I

在任何模式下都不超过 85 mA

❐ 适合总线和电池供电的应用

■ 软件：8051 代码运行介质：

❐ 内部 RAM，通过 USB 下载

❐ 内部 RAM，从 EEPROM 加载

❐ 外部存储设备（128 引脚封装）

■ 16 K 字节片上代码 / 数据 RAM

■ 四个可编程的 BULK/INTERRUPT/ISOCHRONOUS 端点

❐ 缓冲区大小选项：两倍，三倍，四倍

■ 附加的可编程 (BULK/INTERRUPT) 64 位端点

■ 8 位或 16 位外部数据接口

■ 可生成智能介质标准错误校正码 ECC

■ 通用可编程接口 (General Programmable Interface， GPIF)

❐ 可与大多数并行接口直接连接

❐ 由可编程波形描述符和配置寄存器定义波形

❐ 支持多个 Ready (RDY) 输入和 Control (CTL) 输出

■ 符合行业标准的集成增强型 8051

❐ 48 MHz、 24 MHz 或 12 MHz CPU 操作

❐ 每个指令周期四个时钟

❐ 两个 USART

❐ 三个计数器 / 定时器

❐ 扩展的中断系统

❐ 两个数据指针

■ 3.3V 工作电压，容限输入为 5V

■ 向量化 USB 中断和 GPIF/FIFO 中断

■ 分离的 CONTROL 传输设置部分和数据部分数据缓冲

■ 集成 I

C 控制器，在 100 或 400 kHz 下运行

■ 集成的四个先进先出 (FIFO) 缓冲

❐ 集成胶合逻辑和 FIFO 有助于降低系统成本

❐ 与 16 位总线之间的自动转换

❐ 可主 - 从操作

❐ 使用外部时钟或异步选通脉冲

❐ 易于与 ASIC 和 DSP IC 相连的接口

■ 有商业和工业温度等级供选择（除 VFBGA 外的所有封装）

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文件编号：001-50431 修订版 ** 第 2 页，共 61 页

1.1 特色（仅限 CY7C68013A/14A）

■ CY7C68014A：适合电池供电应用

❐ 挂起电流：100 μA (typ)

■ CY7C68013A：适合非电池供电应用

❐ 挂起电流：300 μA (typ)

■ 有五种无铅封装供选择，可包含多达 40 个 GPIO

❐ 128 引脚 TQFP （40 个 GPIO）、 100 引脚 TQFP （40 个

GPIO）、 56 引脚 QFN （24 个 GPIO）、 56 引脚 SSOP

（24 个 GPIO）和 56 引脚 VFBGA （24 个 GPIO）

1.2 特色（仅限 CY7C68015A/16A）

■ CY7C68016A：适合电池供电应用

❐ 挂起电流：100 μA (typ)

■ CY7C68015A：适合非电池供电应用

❐ 挂起电流：300 μA (typ)

■ 采用无铅 56 引脚 QFN 封装（26 个 GPIO）

❐ 比 CY7C68013A/14A 多 2 个 GPIO，可在同样的空间内实现

额外的功能

赛普拉斯半导体公司（赛普拉斯）的 EZ-USB FX2LP™

(CY7C68013A/14A) 是高集成、低功耗 USB 2.0 微控制器

EZ-USB FX2™ (CY7C68013) 的一个低功耗版本。通过将 USB

2.0 收发器、串行接口引擎 (SIE)、增强型 8051 微控制器，以及

可编程外设接口集成到一个芯片中，赛普拉斯研发出一个极具成

本优势的解决方案，不仅能在极短时间内完成从立项到投放市场

的过程，而且其低功耗特点使得总线供电应用成为可能。

FX2LP 的创新型体系架构让数据传输速率达到每秒 53 MB 以

上，即可允许的最大 USB 2.0 带宽，而为此所使用的仍然是放在

如 56 VFBGA (5mm x 5mm) 一样小的封装中的低成本 8051 微

控制器。由于集成了 USB 2.0 收发器， FX2LP 更为经济，与使

用 USB 2.0 SIE 或外部收发器的情况相比，可提供占据空间更少

的解决方案。借助 EZ-USB FX2LP，赛普拉斯的智能 SIE 可处理

硬件方面的大多数 USB 1.1 和 2.0 协议，从而减轻了嵌入式微控

制器的负担，使其得以处理应用程序特定的功能，并缩短开发时

间以确保 USB 兼容性。

通用可编程接口 (GPIF) 和主

/ 从端点 FIFO（8 位或 16 位数据总

线）为

ATA、 UTOPIA、 EPP、 PCMCIA 等主流接口和大多数

DSP/

处理器提供了简易的无胶合接口。

FX2LP

的耗电量小于

FX2 (CY7C68013)

，而片上代码

数据

RAM

是后者的两倍，并且其适用性、外观和功能均与

、

100

和

128

引脚

FX2

兼容。

此系列包含五种封装：56VFBGA、 56 SSOP、 56 QFN、 100

TQFP 和 128 TQFP。

地址

(16)

x20

PLL

/0.5

/1.0

/2.0

8051

内核

12/24/48 MHz

，

四个时钟

周期

VCC

1.5k

D+

D–

地址

(16) /

数据总线

(8)

FX2LP

GPIF

智能

USB

1.1/2.0

引擎

USB

2.0

XCVR

16 KB

RAM

4 KB

FIFO

附加

IO (24)

ADDR (9)

CTL (6)

RDY (6)

8/16

数据

(8)

24 MHz

外部

XTAL

高性能微型

使用标准工具

具有低功耗选项

主控端

ECC

通用可编程

I/F

符合

ASIC/DSP

或

总线标准，例如

ATAPI

、

EPP

等

丰富的

I/O

接口包含

两个

USART

高达

96 MB/s

突发速率

FIFO

和端点存储器

（主控端或从属端操作）

“软配置”容易

进行固件更换

增强型

USB

核

简化

8051

代码

集成全速和高速

XCVR

连接后可

实现全速

逻辑方框图逻辑方框图

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文件编号：001-50431 修订版 ** 第 3 页，共 61 页

2. 应用

■ 便携式录像机

■ MPEG/TV 转换

■ DSL 调制解调器

■ ATA 接口

■ 存储器卡读取器

■ 旧式转换设备

■ 照相机

■ 扫描仪

■ 家用 PNA

■ 无线 LAN

■ MP3 播放器

■ 网络设备

赛普拉斯网站的“

Reference Designs

”（参考设计）部分为

USB2.0

的典型应用提供了附加工具。每个参考设计都包含固件的源代码和

目标代码、原理图以及文档。有关详细信息，请访问赛普拉斯网站。

3. 功能概述

3.1 USB 信号传输速度

FX2LP 按照 2000 年 4 月 27 日发布的《USB 规范修订版 2.0》

中定义的三种速率中的两种运行：

■ 全速，信号传输比特率为 12 Mbps

■ 高速，信号传输比特率为 480 Mbps

FX2LP 不支持 1.5 Mbps 的低速信号发射模式。

3.2 8051 微处理器

FX2LP 系列中内嵌的 8051 微处理器具有 256 字节的寄存器

RAM、扩展的中断系统、三个定时器/计数器和两个 USART。

3.2.1 8051

时钟频率

FX2LP 有一个片上振荡器电路，它使用具有以下特性的外部 24

MHz (±100 ppm) 晶体：

■ 并联谐振

■ 基础模式

■ 500 μW 驱动级别

■ 12-pF （5% 的允许偏差）负载电容

片上 PLL 可根据收发器

/PHY 的需要将 24 MHz 振荡器倍频到

480 MHz，而内部计数器可将其分频以用作 8051 时钟。默认的

8051 时钟频率是 12 MHz。 8051 的时钟频率可以由 8051 通过

CPUCS 寄存器动态更改。

可以使用内部控制位实现三态和反相的 CLKOUT 引脚会按照以

下选定的 8051 时钟频率输出占空比为 50% 的 8051 时钟：48

MHz、 24 MHz 或 12 MHz。

3.2.2 USART

FX2LP 含有两个标准 8051 USART，它们通过特殊功能寄存器

(SFR) 位来进行寻址。USART 接口引脚可以使用单独 I/O，不与

端口引脚进行多路复用。

UART0 和 UART1 可以使用内部时钟以 230 KBaud （误差不超

过 1%）的速率运行。以 230 KBaud 的速率运行是通过可在适当

时间生成溢出脉冲的内部派生时钟源实现的。内部时钟会根据

8051 时钟速率（48 MHz、 24 MHz 和 12 MHz）进行调整，从

而使它始终为以 230 KBaud 的速率运行提供正确的频率。

[1]

3.2.3

特殊功能寄存器

在某些 8051 SFR 地址添加了 SFR 以便能快速访问关键的

FX2LP 功能。这些添加的 SFR 如第 4 页的表 1 所示。粗体部分

表示非标准的增强型 8051 寄存器。以

“

”

和

“

”

结尾的两个 SFR

行中包含可以位寻址的寄存器。 A 到 D 四个 IO 端口使用在标准

8051 中用于端口 0 到 3 的 SFR 地址，这些地址在 FX2LP 中未

实现。由于 SFR 寻址更快、更有效，因此 FX2LP IO 端口在外部

RAM 空间中不可寻址（使用 MOVX 指令）。

3.3 I

C 总线

FX2LP 仅支持在 100/400 KHz 下将 I

C 总线用作主控端。 SCL

和 SDA 引脚具有开漏输出和滞后输入。即使未连接 I

C 设备，这

些信号也必须上拉至 3.3V。

3.4 总线

所有封装（8 位或 16 位

“

FIFO

”

双向数据总线）均在 IO 端口 B

和 D 上多路复用。 128 引脚封装：添加仅 16 位输出 8051 地址

总线和 8 位双向数据总线。

图 1. 晶体配置

12 pf

24 MHz

20 Þ PLL

12-pF 电容值采用跟踪电容为：

四层 FR4 PCA 上每侧 3 pF

注

1. 以 115 KBaud 的速率运行也是可能的，只要分别针对 UART0、 UART1 或针对二者将 8051 SMOD0 或 SMOD1 位编程为 “1” 即可。

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文件编号：001-50431 修订版 ** 第 4 页，共 61 页

3.5 USB 引导方法

在加电序列中，内部逻辑会检查 I

C 端口是否连接了第一个字节

为 0xC0 或 0xC2 的 EEPROM。如果找到，则会使用 EEPROM

中的 VID/PID/DID 值来代替内部存储的值 (0xC0)，或者在引导时

将 EEPROM 内容加载到内部 RAM (0xC2) 中。如果未检测到

EEPROM， FX2LP 会使用内部存储的描述符进行枚举。 FX2LP

的默认 ID 值为 VID/PID/DID （0x04B4、 0x8613、 0xAxxx，其

中 xxx = 芯片修订版本）。

[2]

3.6 ReNumeration™

由于 FX2LP 的配置为软配置，因此一个芯片可以被识别成多个

不同 USB 设备。

当首次插入

USB

时，

FX2LP

会自动进行枚举，并通过

USB

电缆

下载固件和

USB

描述符表。接着，

FX2LP

会再次进行枚举，但这

次的

USB

设备由下载的信息所定义。这种名为

ReNumeration

™

的专利性两步式过程会在插入设备后立即发生，而不提示初始下

载步骤已经发生。

USBCS （USB Control 和 Status）寄存器中有两个控制位对

ReNumeration 过程进行控制，它们是：DISCON 和 RENUM。

为了模拟 USB 断开连接，固件会将 DISCON 设为 1。为了重新

连接，固件会将 DISCON 清除为 0。

在重新连接前，固件会设置或清除 RENUM 位，以指明是由固件

还是由默认的 USB 设备处理通过端点零传输的设备请求：如果

RENUM = 0，则由默认的 USB 设备处理设备请求，如果 RENUM

= 1，则由固件处理请求。

3.7 总线供电应用

通过按照 USB 2.0 规范要求的小于 100 mA 进行枚举，FX2LP 完

全支持总线供电设计。

3.8 中断系统

3.8.1 INT2

中断请求和使能寄存器

FX2LP 针对 INT2 和 INT4 实现自动向量化功能。有 27 个 INT2

(USB) 向量和 14 个 INT4 (FIFO/GPIF) 向量。有关详细信息，请

参见《EZ-USB 技术参考手册》 (TRM)。

3.8.2 USB

中断自动向量化

主 USB 中断由 27 个中断源共享。为节省确定独立 USB 中断源

所需的编码和处理时间，FX2LP 提供一个辅助级别的中断向量化

功能，叫做自动向量化。当触发 USB 中断时， FX2LP 会将程序

计数器推到其堆栈中，然后跳转到地址 0x0043，在那里它应该

会找到用于跳转到 USB 中断服务子程序的 “Jump” 指令。

表 1. 特殊功能寄存器

x 8x 9x Ax Bx Cx Dx Ex Fx

0 IOA IOB IOC IOD SCON1 PSW ACC B

1SP EXIF INT2CLR IOE SBUF1

2DPL0 MPAGE INT4CLR OEA

3DPH0 OEB

4 DPL1 OEC

5 DPH1 OED

6 DPS OEE

7PCON

8 TCON SCON0 IE IP T2CON EICON EIE EIP

9 TMOD SBUF0

ATL0AUTOPTRH1 EP2468STAT EP01STAT RCAP2L

BTL1AUTOPTRL1 EP24FIFOFLGS GPIFTRIG RCAP2H

CTH0

保留

EP68FIFOFLGS TL2

DTH1AUTOPTRH2 GPIFSGLDATH TH2

E CKCON AUTOPTRL2 GPIFSGLDATLX

保留

AUTOPTRSET-UP GPIFSGLDATLNOX

表 2. FX2LP 的默认 ID 值

默认 VID/PID/DID

厂商 ID

0x04B4

赛普拉斯半导体公司

产品 ID

0x8613 EZ-USB FX2LP

设备发行

0xAnnn

取决于芯片修订版本

（nnn = 芯片修订版本，其中第一

个硅片 = 001）

注

2. I

C 总线 SCL 和 SDA 引脚必须上拉，即使未接连 EEPROM 也是如此。否则，这种检测方法无法正常工作。

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文件编号：001-50431 修订版 ** 第 5 页，共 61 页

FX2LP jump 指令的编码如下所示：

如果使能了自动向量化（在 INTSET-UP 寄存器中 AV2EN = 1），

则 FX2LP 会替换其 INT2VEC 字节。因此，如果在位置 0x0044

预加载了跳转表地址的高字节 (“page”)，则在 0x0045 自动插入

的 INT2VEC 字节将跳转至该页面内 27 个地址以外的正确地址。

3.8.3 FIFO/GPIF

中断

(INT4)

正如 USB 中断由 27 个独立的 USB 中断源共享一样，FIFO/GPIF

中断由 14 个独立的 FIFO/GPIF 源共享。FIFO/GPIF 中断和 USB

中断一样，可以利用自动向量化。表 4 显示了 14 个 FIFO/GPIF

中断源的优先级和 INT4VEC 值。

表 3. INT2 USB 中断

INT2 USB 中断表

优先级 INT2VEC 值源注

1 00SUDAV

Setup 数据可用

2 04 SOF

帧（或微型帧）起始

3 08 SUTOK

设置权标已收到

4 0C SUSPEND

USB 挂起请求

5 10 USB RESET

总线复位

6 14 HISPEED

已进入高速运行

7 18 EP0ACK

FX2LP 确认了 CONTROL 握手

8 1C

保留

9 20 EP0-IN

EP0-IN 已做好加载数据的准备

10 24 EP0-OUT

EP0-OUT 有 USB 数据

11 28 EP1-IN

EP1-IN 已做好加载数据的准备

12 2C EP1-OUT

EP1-OUT 有 USB 数据

13 30 EP2

IN：缓冲区可用。 OUT：缓冲区有数据

14 34 EP4

IN：缓冲区可用。 OUT：缓冲区有数据

15 38 EP6

IN：缓冲区可用。 OUT：缓冲区有数据

16 3C EP8

IN：缓冲区可用。 OUT：缓冲区有数据

17 40 IBN

IN-Bulk-NAK （任意 IN 端点）

18 44

保留

19 48 EP0PING

EP0 OUT 已被 Ping 过而且被否认

20 4C EP1PING

EP1 OUT 已被 Ping 过而且被否认

21 50 EP2PING

EP2 OUT 已被 Ping 过而且被否认

22 54 EP4PING

EP4 OUT 已被 Ping 过而且被否认

23 58 EP6PING

EP6 OUT 已被 Ping 过而且被否认

24 5C EP8PING

EP8 OUT 已被 Ping 过而且被否认

25 60 ERRLIMIT

总线错误超过了程序设定的限制值

26 64

27 68

保留

28 6C

保留

29 70 EP2ISOERR

ISO EP2 OUT PID 序列错误

30 74 EP4ISOERR

ISO EP4 OUT PID 序列错误

31 78 EP6ISOERR

ISO EP6 OUT PID 序列错误

32 7C EP8ISOERR

ISO EP8 OUT PID 序列错误

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eastboy007

2018-01-30

非常有用的资料，还是中文看起来容易理解

kent_zkf

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评论4

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