Микроконтроллер K1986BE92QI (MDR32F9Q2I).

.


Описание и параметры.

Серия 32-разрядных микроконтроллеров построенных на ядре ARM Cortex-M3, содержащих 128 КБ памяти программ Flash-типа и 32 КБ ОЗУ.

____Микроконтроллеры работают на тактовой частоте до 80 МГц.  
____Периферия микроконтроллера включает контроллер USB интерфейса, интерфейсы UART, SPI и I2C, контроллер внешней системной шины, что позволяет работать с внешними микросхемами статического ОЗУ и ПЗУ, NAND Flash-памятью и другими внешними устройствами.  
____Микроконтроллеры содержат различные таймеры, блоки АЦП и ЦАП, компаратор с тремя входами и внутренней шкалой напряжений.
____Архитектура системы памяти за счет матрицы системных шин позволяет минимизировать возможные конфликты при работе системы и повысить общую производительность.  
____Контроллер DMA позволяет ускорить обмен информацией между ОЗУ и периферией без участия процессорного ядра.


Характеристики K1986BE92QI (MDR32F9Q2I).

Тип: Контроллер
Маркировка: K1986BE92QI
Аналог: STM32F103x
Корпус: LQFP-64
Архитектура ядра: ARM Cortex-M3
FLASH программ: 128 Кб
SRAM: 32 Кб
Питание: 3.3 В
Частота: 80 МГц
Температура: -40…+85 °С
Количество линий I/O: 43
USB: Device и Host FS (до 12 Мбит/с)
UART: 2
CAN: 2
SPI: 2
I2C: 1
АЦП: 12 бит, 8 каналов
ЦАП: 12 бит, 1 канал
Компаратор: 2 входа
Внешняя шина: 8 разрядов
Вес: 2 г
Вес с упаковкой: 32 г


Ядро:

•ARM 32-битное RISC-ядро Cortex^ТМ-M3 ревизии 2.0, тактовая частота до 80 МГц,
•производительность 1.25 DMIPS/МГц (Dhrystone 2.1) при нулевой задержке памяти;
•блок аппаратной защиты памяти MPU;
•умножение за один цикл, аппаратная реализация деления.

Память:

•встроенная энергонезависимая Flash-память программ размером 128 Кбайт;
•встроенное ОЗУ размером 32 Кбайт;
•контроллер внешней шины с поддержкой микросхем памяти СОЗУ, ПЗУ, NAND Flash.
Питание и тактовая частота:
•внешнее питание 2,2 ÷ 3,6 В;
•встроенный регулируемый стабилизатор напряжения на 1,8 В для питания ядра;
•встроенные схемы контроля питания;
•встроенный домен с батарейным питанием;
•встроенные подстраиваемые RC генераторы 8 МГц и 40 кГц;
•внешние кварцевые резонаторы на 2 ÷ 16 МГц и 32 кГц;
•встроенный умножитель тактовой частоты PLL для ядра;
•встроенный умножитель тактовой частоты PLL для USB.
Режим пониженного энергопотребления:
•режимы Sleep, Deep Sleep и Standby;
•батарейный домен с часами реального времени и регистрами аварийного сохранения.
Аналоговые модули:
•два 12-разрядных АЦП (до 16 каналов);
•температурный датчик;
•двухканальный 12-разрядный ЦАП;
•встроенный компаратор.

Периферия:

•контроллер DMA с функциями передачи Периферия-Память, Память-Память;
•два контроллера CAN интерфейса;
•контроллер USB интерфейса с функциями работы Device и Host;
•контроллеры интерфейсов UART, SPI, I2C;
•три 16-разрядных таймер-счетчика с функциями ШИМ и регистрации событий;
•до 96 пользовательских линий ввода-вывода.
Отладочные интерфейсы:
•последовательные интерфейсы SWD и JTAG



Документация.

Спецификация на серию 1986ВЕ9х errata
от 07.10.2016г.



Скачать


Спецификация на серию 1986ВЕ9x
3.10.0 от 04.10.2016г.



Скачать


.

Микроконтроллер MDR32F9Q2I (часть 1).
26 Марта 2012г.
Журнал "Современная электроника" (№3, 2012г.)



Скачать


Микроконтроллер MDR32F9Q2I (часть 2).
14 Мая 2012г.
Журнал "Современная электроника" (№4, 2012г.)



Скачать


Микроконтроллер MDR32F9Q2I (часть 3).
19 Июля 2012г.
Журнал "Современная электроника" (№5, 2012г.)



Скачать


Микроконтроллер MDR32F9Q2I (часть 4).
21 Мая 2013г.
Журнал "Современная электроника" (№03, 2013г.)



Скачать


Портирование стека Keil RL-TCPNet на микроконтроллер MDR32F9Q2I.
5 Сентября 2013г.
Журнал "Современная электроника" (№07, 2013г.)



Скачать


.

резерв.

.


____C 70-х годов разработчики систем управления стали использовать вычислительные системы на базе микропроцессоров, выпуск которых был освоен рядом производителей, таких как Intel, Texas Instruments, Motorola и др. Применение этой технологии разработки систем управления позволяло повысить скорость и эффективность проектирования новых систем на базе старых, снизить затраты на обнаружение и устранение неисправностей, а также удешевить производство.
____Однако в силу своих архитектурных ограничений микропроцессоры не обладали возможностью непосредственно решать задачи управления, и для достижения поставленных целей разработчики вынуждены были снабжать их набором дополнительных устройств: памятью программ и данных, а также набором периферийных элементов: счетчиками, аналого-цифровыми и цифро-аналоговыми преобразователями, программируемыми контроллерами ввода-вывода и т. д.
____Структура системы управления с применением описанных периферийных элементов употреблялась в разработках достаточно часто, в связи с чем возникла идея интеграции этих элементов на одном кристалле. Подобная идея применялась и ранее, что дало разработчикам возможность скомпоновать набор транзисторов в виде интегральной микросхемы.
____Воплощение идеи произошло в 1976 году с выпуском фирмой Intel устройства под кодовым обозначением 8048, позднее получившего название микроконтроллер и ставшего основой систем управления, встраеваемых в робототехнические комплексы, бытовую электронику и др.
Под микроконтроллером здесь и далее подразумевается программируемое вычислительное устройство, обладающее набором периферийных устройств и применяемое для решения задач управления в технических системах.
____Появившись на рынке, микроконтроллеры наращивали свою популярность и в настоящее время применяются чрезвычайно широко.
По области применения, структурной организации, разрядности, набору периферийных устройств, системе команд и прочим признакам микроконтроллеры сгруппированы в семейства, число которых достаточной велико.
____При освоении простейших микроконтроллеров для создания программного проекта зачастую достаточно изучить соответствующую документацию. Однако такой метод, слабо применим при работе с 32-разрядными микроконтроллерами. Во-первых, он требует высоких временных затрат в виду большого объема информации. Во-вторых, для конфигурации периферии микроконтроллера необходимо вносить множество данных в различные регистры, не имея порой обратной связи. В таких случаях отсутствуют средства диагностики – нет возможности отследить место потери сигнала или некорректную работу подсистемы, то есть приходится работать почти «вслепую».
____Для изучения 32-разрядных микроконтроллеров отправной точкой должны служить работающие проекты, покрывающие некоторую ограниченную функциональность микроконтроллера, в комплексе с документацией и инструментами анализа. Изучение микроконтроллеров происходит путем внесения в программы проектов небольших изменений и постоянного контроля их работоспособности. Такой метод называется обратной разработкой, или, как принято его называть в зарубежной литературе, reverse engineering. Комплексные проекты при этом могут создаваться путем синтеза исходных кодов базовых проектов.
____Не секрет, что, по сравнению с импортными, выбор отечественных микроконтроллеров очень небольшой. При этом до недавнего времени практически все отечественные микроконтроллеры были ориентированы исключительно на применение в военных, космических и подобных им задачах. Микроконтроллеры для таких задач должны отвечать большому количеству повышенных требований. В первую очередь, это расширенный температурный диапазон, повышенная устойчивость к механическим воздействиям – ударам, вибрации, значительным ускорениям. Кроме того, во многих случаях требуется радиационная стойкость. Такие микроконтроллеры проходят достаточно много дорогостоящих испытаний. Так как задачи очень специфические и в большинстве случаев отсутствует серийное изготовление изделий на основе этих микросхем, часто микросхемы производятся в сравнительно небольших количествах. Всё это приводит к тому, что стоимость микросхем становится очень высокой. Так, например, стоимость отечественных микроконтроллеров может составлять от 3500 до 10 000, а то и 15 000 руб. При этом по параметрам (кроме температурных параметров и параметров, относящихся к требованиям для 5 приёмки) эти микроконтроллеры часто соответствуют импортным стоимостью примерно от 50 до 300 руб.
____Получается, что при разработке каких-либо изделий, не ориентированных на применение в заказах, где необходима специальная приёмка, – для атомной промышленности, космических аппаратов и т. д., – применение отечественных микроконтроллеров получается абсолютно нерентабельным. Поэтому, несмотря на призывы многих руководителей поддерживать отечественную электронику и использовать отечественные компоненты, можно с уверенностью утверждать, что в 99% случаев в проектах, не ориентированных на специальные применения, используются импортные микроконтроллеры.
____Но сравнительно недавно одно из предприятий Зеленограда наладило производство отечественных микроконтроллеров индустриального исполнения не в металлокерамическом корпусе, а в пластиковом, типа LQFP. Он не ориентирован на применение в военных задачах, а поэтому проходит намного меньшее количество испытаний. И это и есть, рассматриваемый в данной теме микроконтроллер.
____Для написания программ можно использовать традиционные средства разработки, применяемые для микроконтроллеров ARM. В широко распространённом компиляторе Keil этот микроконтроллер, начиная с версии 4.22, поддерживается производителем компилятора. После установки компилятора можно открыть пример программы для этого микроконтроллера. Для занесения прошивки в Flash-память программ и для отладки можно использовать отладчик MT-Link.
____Микроконтроллер К1986ВЕ92QI, построен на базе высокопроизводительного процессорного RISC ядра ARM Cortex-M3, содержит встроенную 128 Кбайт Flash-память программ и 32 Кбайт ОЗУ. Микроконтроллер работает на тактовой частоте до 80 МГц. Периферия микроконтроллера включает контроллер USB интерфейса со встроенным аналоговым приемопередатчиком со скоростями передачи 12 Мбит/с (Full Speed) и 1,5 Мбит/с (Low Speed), стандартные интерфейсы UART, SPI и I2C, контроллер внешней системной шины, что позволяет работать с внешними микросхемами статического ОЗУ и ПЗУ, NAND Flash-памятью и другими внешними устройствами. Микроконтроллер содержит три 16-разрядных таймера с 4 каналами схем захвата и ШИМ с функциями формирования «мертвой зоны» и аппаратной блокировки, а также системный 24-х разрядный таймер и два сторожевых таймера. Кроме того, в состав микроконтроллера входят: два 12-разрядных высокоскоростных (до 0,5 М выборок в сек) АЦП с возможностью оцифровки информации от 16 внешних каналов и от встроенных датчиков температуры и опорного напряжения; два 12-разрядных ЦАП; встроенный компаратор с двумя входами и внутренней шкалой напряжений.
____Встроенные RC генераторы HSI (8 МГц) и LSI (40 кГц) и внешние генераторы HSE (2…16 МГц) и LSE (32 кГц) и две схемы умножения тактовой частоты PLL для ядра и USB интерфейса позволяют гибко настраивать скорость работы микроконтроллера.
____Архитектура системы памяти за счет матрицы системных шин позволяет минимизировать возможные конфликты при работе системы и повысить общую производительность. Контроллер DMA позволяет ускорить обмен информацией между ОЗУ и периферией без участия процессорного ядра.
____Встроенный регулятор, предназначенный для формирования питания внутренней цифровой части, формирует напряжение 1,8 В и не требует дополнительных внешних элементов. Таким образом, для работы микроконтроллера достаточно одного внешнего напряжения питания в диапазоне от 2,2 до 3,6 В. Также в микроконтроллере реализован батарейный домен, работающий от внешней батареи, который предназначен для обеспечения функций часов реального времени и сохранения некоторого объёма данных при отсутствии основного питания. Встроенные детекторы напряжения питания могут отслеживать уровень внешнего основного питания, уровень напряжения питания на батарее. Аппаратные схемы сброса при просадке питания позволяют исключить сбойную работу микросхемы при выходе уровня напряжения питания за допустимые пределы.


____Между выводами Питания и «Общий» устанавливается фильтрующий конденсатор ёмкостью не менее 0,1 мкФ.
____При использовании выводов порта B и порта D, задействованных для отладочных интерфейсов, а также при ошибочном отключении сигналов тактовой синхронизации возможно нарушение работы отладочного интерфейса. Это может привести к невозможности последующего стирания и перепрограммирования микросхемы.
____Неиспользуемые пользовательские выводы микросхемы (выводы портов PA – PF) должны быть переведены в аналоговый режим. Неиспользуемые пользовательские выводы, определенные как входы, в цифровом режиме (выводы портов PA – PF, nRESET, WAKEUP) должны быть доопределены до допустимых логических уровней напряжения (высокого или низкого) с помощью внутренних программируемых резисторов доопределения или через внешние резисторы номиналом (1 – 100) кОм.
____При ремонте аппаратуры и измерении параметров микросхем, замену микросхем необходимо проводить только при отключенных источниках питания.
____Инструмент для пайки и монтажа не должен иметь потенциал, превышающий 0,3 В относительно шины «Общий».

...

____Микроконтроллер К1986ВЕ92QI имеет несколько типов выводов питания.
____U_СС выводы: Основное питание микросхемы, включает питание пользовательских выводов, встроенного регулятора напряжения, USB PHY и генераторов. Входное напряжение должно быть в пределах от 2,2 до 3,6 В. Если используется интерфейс USB, то входное напряжение должно быть в пределах от 3,0 до 3,6 В. Если используется АЦП или ЦАП, то входное напряжение должно быть в пределах от 2,4 до 3,6 В.
____BU_СС вывод: Питание батарейного домена используется при отсутствии основного питания U_CC для питания батарейного домена и LSE генератора. Переключение с основного питания на батарейное происходит автоматически при снижении уровня U_СС ниже 2,0 В. Переключение с батарейного питания на основное происходит автоматически спустя примерно 4 мс после превышения уровнем U_СС порога в 2,0 В. Входное напряжение должно быть в пределах от 1,8 до 3,6 В. Если в системе не требуется батарейного питания, то вывод BU_СС должен быть объединен с U_CC.
____AU_СС выводы: Питание аналоговых блоков АЦП, ЦАП и Компаратора выведено на отдельные выводы для уменьшения помех, создаваемых работой других блоков. На данные выводы должно подаваться напряжение из того же источника, что и U_СС, но при этом на печатной плате должны быть применены меры по снижению помех. Для корректной работы АЦП входное напряжение должно быть в пределах от 2,4 до 3,6 В. Если входное напряжение будет в пределах от 2,2 до 2,4 В, то корректная работа АЦП не гарантируется.
____AU_СС1 выводы: Питание аналоговых блоков и схем PLL выведено на отдельные выводы для уменьшения помех, создаваемых работой других блоков. На данные выводы должно подаваться напряжение из того же источника, что и U_CС, но при этом на печатной плате должны быть применены меры по снижению помех.
____GND выводы: Основная «земля» питания.
____AGND выводы: Земля аналогового питания AU_СС. Данные выводы должны соединяться с GND, но при этом на печатной плате должны быть применены меры по снижению помех.
____AGND1 выводы: Земля аналогового питания AU_СС1. Данные выводы должны соединяться с GND, но при этом на печатной плате должны быть применены меры по снижению помех.


Функциональная схема микроконтроллеров 1986BExx. Цифрами обозначены зоны электропитания: 1 – основное питание Ucc= 2.2–3.6B; 2 – питание ядра DUcc=1.8 В формируется встроенным LDO; 3 – батарейное питание BUcc =1.8–3.6В; 4 – аналоговое питание AUcc=2.4–3.6В

____В зоне питания ядра (DUcc = 1.8 В) расположены:

• Core-M3 RISC CORE – микропроцессорное ядро Cortex-M3;
  
• DMA (ПДП) – многоканальный контроллер прямого доступа к памяти;
  
• Interrupt – контроллер векторизованных прерываний;
  
• 1×System Timer – системный таймер SysTick;
  
• JTAG/SW debug – отладчик с интерфейсами JTAG и SW;
  
• PROM (флэш-память) – резидентная флэш-память программ128Кб;
  
• RAM (ОЗУ) – оперативное запоминающее устройство 32 Кб;
  
• ROM (ПЗУ) – постоянное запоминающее устройство 512 байт;
  
• External System Bus – внешняя системная шина;
  
• AMBA AHB Bus Matrix – матрица шин в стандарте AMBA (Advanced Microcontroller Bus Architecture). AMBA является открытым протоколом для соединения функциональных блоков и управления ими. Протокол AMBA был разработан фирмой ARM в 1996 году. Для 32-разрядных микроконтроллеров, он является de facto стандартом, поскольку хорошо задокументирован и может быть использован без финансовых отчислений правообладателю. Шины AHB и APB являются частью протокола AMBA.
  
• AHB–APB Bridge – мост между шинами AHB и APB.
  
• Периферийное устройство ядра. System Clock Manager – контроллер системы тактирования; контроллеры последовательных интерфейсов, первая цифра указывает их количество (2×UART; 2×SPI; 1×I2C; 2×CAN; 1×USB);
  
• Периферийное устройство ядра. BKP Controller – контроллер регистров резервного копирования данных;
  
• Периферийное устройство ядра. POWER detector – контроллер электропитания;
  
• Периферийное устройство ядра. GPIO (General purpose I/O) – порты ввода-вывода общего назначения;
  
• Периферийное устройство ядра. 3×16 Timer – три 16-битных таймера счетчика общего назначения;
  
• Периферийное устройство ядра. Контроллеры АЦП (ADC), ЦАП (DAC), аналогового компаратора (Comparator) и сторожевого таймера (WDT).
  

____В зоне основного питания (Ucc =2.2–3.6 В) расположены:

• Умножители частоты с фазовой автоподстройкой (Phase Locked Loop, PLL) для системы тактирования центрального процессора (CPU) и последовательного интерфейса (USB);
  
• Внутренние RC-генераторы системы тактирования: LSI – низкочастотный (Low speed internal) и HSI – высокочастотный (High speed internal);
  
• HSE – внешний высокочастотный тактовый генератор (High speed external);
  
• LDO Cap Less 3.3 → 1.8 – безконденсаторный регулятор напряжения (Capacitor-less low drop-out voltage);
  
• PHY USB – блок PHY (Physical layer) интегрирован в большинстве контроллеров USB в хостах или встраиваемых системах и обеспечивает мост между цифровыми и модульными частями интерфейса;
  
• Comparator – аналоговый компаратор;
  
• IWDT – независимый (independent WDT) сторожевой таймер.
  

____В зоне батарейного питания (BUcc= 1.8–3.6В) расположены:

• LSE – внешний низкочастотный тактовый генератор (Low speed external);
  
• RTC – часы реального времени (Real Time Clock);
  
• BKP memory – регистры для резервного копирования данных.
  

____В зоне аналогового питания (AUcc = 2.4–3.6В) расположены:

• ADC (АЦП) и DAC (ЦАП) – преобразователи АЦП и ЦАП;
  
• ADC Mux – мультиплексор входных каналов АЦП;
  
• t^о – температурный сенсор.
  

1. Конденсаторы должны быть установлены у каждого вывода питания;
   
2. Конденсатор С1 = 22 мкФ, С2 = С3 = С4 = С5 = 0,1 мкФ;
   
3. Если не используется батарейное питание, то вывод BU_СС должен быть объединен с U_СС;
   
4. Если используется интерфейс USB, то напряжение питания U_СС должно быть в пределах от 3,0 до 3,6 В;
   
5. Если используется АЦП или ЦАП, то напряжение питания U_СС (AU_СС и AU_СС1) должно быть в пределах от 2,4 до 3,6 В.
   

Режимы энергопотребления.

____Максимальное энергопотребление (120 мА). При этом включены все периферийные цифровые и аналоговые блоки; тактовая частота ядра и периферии 80 МГц; тактовая частота USB 48 МГц.
____Режим SLEEP (до 40мА).При этом могут быть включены все периферийные цифровые и аналоговые блоки; не тактируются ядро, флэш-память, ПДП (DMA); тактовая частота USB 48 МГц; пробуждение от прерываний.
____Режим SLEEPDEEP (до 2 мА). При этом могут быть включены только АЦП, ЦАП, Компаратор, PWD, NVIC с тактированием от LSI; не тактируются ядро, флэш-память, ПДП (DMA), ОЗУ и внешняя шина; пробуждение от прерываний.
____Режим STANDBY (до 15 мкА). При этом выключено питание DU_CC; работают только LSI, LSE, RTC и BKP блоки; пробуждение от сигналов WAKEUP или ALARM RTC; время запуска не более 20мкс.
____Режим BATTERY ONLY (до 5 мкА). При этом выключены зоны питания DU_CC и U_CC; работают только LSE, RTC и BKP блоки; пробуждение по появлению питания U_CC; время запуска не более 6 мс.


Схема сброса при включении и выключении основного питания.

____При включении питания вырабатывается внутренний сигнал сброса POR для цифровой части, питание U_СС нарастает и, пока оно не превысило уровень 2,0 В, сигнал сброса POR удерживается; после превышения данного уровня сигнал POR выдается еще на протяжении ~ 4 мс для того, чтобы гарантировано установилось напряжение питания, после чего сигнал POR снимается, и схема может начать работать.


____При снижении напряжения питания U_СС ниже уровня 2,0 В сигнал POR вырабатывается без задержки.
____Сигнал POR также служит для переключения питания батарейного домена между BU_СС и U_СС.
____При включении основного напряжения питания U_СС автоматически включается встроенный регулятор напряжения для формирования напряжения DU_СС питания цифрового ядра. В ходе работы микроконтроллера встроенный регулятор может быть отключен.



.