cpress Psoc4BLE 处理器及外设介绍

概述

PSoC® 4 是基于ARM® Cortex™-M0 CPU 的可编程嵌入式系统控制器。在这个平台上，高性能的ARM Cortex-M0 子系统能

够与可编程模拟、可编程互联、用户可编程的数字逻辑以及常用的固定功能外设结合使用。
PSoC 4xx7-BL 系列是PSoC 4 架构中支持蓝牙的首款产品。该系列与PSoC 4 构架的更多产品向上兼容。
PSoC 4 器件具有以下特性：
■ 具有单周期乘法功能的高性能32 位Cortex-M0 CPU 内核
■ BLE 射频和子系统
❐ 片上BLE 收发器
❐ 链路层控制器与蓝牙4.0 和蓝牙4.1 的多种可选性能相兼容。
■ 固定功能和可配置数字模块
■ 可编程数字逻辑
■ 高性能模拟系统
■ 灵活的可编程互联
■ 电容式触摸感应（CapSense®）

■ 低功耗操作模式包括睡眠、深度睡眠、休眠和停止模式

1.2 特性
PSoC 4xx7-BL 系列包括下面主要组件：
■ BLE 射频和子系统
■ 具有带单周期乘法的32位Cortex-M0 CPU，在48 MHz的频率下运行时，该CPU 能够执行的速度高达43 DMIPS
■ 最多支持128 KB 的闪存和16 KB 的SRAM
■ 带互补死区可编程输出的四个独立的中心对齐脉冲宽度调制器（PWM）
■ 采样速率高达1 Msps 的12 位ADC，该转换器具有带零开销排序的采样和保持（S/H）功能
■ 四个带有比较器模式和逐次逼近寄存器（SAR）输入缓冲功能的运算放大器
■ 两个低功耗比较器
■ 两个作为SPI/UART/I2C 串行通信通道使用的串行通信模块（SCB）
■ 多达四个可编程逻辑模块，即通用的数字模块（UDB）
■ CapSense

■ 段式LCD 直接驱动

■ 低功耗操作模式包括睡眠、深度睡眠、休眠和停止模式

■ 通过串行线调试（SWD）编程和调试系统

■ 全面支持的PSoC Creator™ IDE 工具

1.3 CPU 系统
1.3.1 处理器

PSoC 4 的主要组件是32 位Cortex-M0 CPU 内核； PSoC42x7-BL 和PSoC 41x7-BL 中该CPU内核的频率分别高达48MHz、24 MHz。该内核通过扩展的时钟门控来优化低功耗操作。它使用16 位指令，并且执行Thumb-2 指令子集。这样能够将完全兼容的二进制代码导入更高性能的处理器，如Cortex M3 和M4。
PSoC 4 同时包含一个输出32 位结果的单周期硬件乘法器。

1.3.2 中断控制器

PSoC® 4 中的ARM Cortex-M0（CM0）CPU 支持中断和异常事件。中断是指由CPU 之外的设备（如定时器、串行通信模块
和端口引脚信号）生成的事件。异常事件是指由CPU （如存储器访问故障和内部系统定时器事件）生成的事件。中断和异常
事件都会中止当前进行的程序流程，同时CPU 将执行中断服务子程序和异常事件处理程序。PSoC 4 为中断处理程序/ISR 和
异常事件处理程序提供了统一的异常向量表。
特性：
PSoC 4 支持下面的中断特性：
■ 支持32 个中断
■ CPU 内核中集成了嵌套向量中断控制器（NVIC），从而得到较短的中断延迟
■ 可将向量表保存在闪存或SRAM 内
■ 每个中断的可配置优先级范围为0 到3
■ 支持电平触发和脉冲触发的中断信号
PSoC 4 中的CPU 子系统包括一个带有32 个中断输入的嵌套向量中断控制器（NVIC）和一个用于从深度睡眠模式唤醒处理器的唤醒中断控制器（WIC）。 PSoC 4 的Cortex-M0 CPU执行一个不可屏蔽中断（NMI）输入，该输入为了通用目的而与数字路由绑定在一起。

1.4 存储器
PSoC 4 存储器子系统包括闪存和SRAM。此外，还提供了包含引导和配置子程序的监控ROM。
1.4.1 闪存
PSoC 4 包含一个闪存模块，该模块的闪存加速器与CPU 紧密耦合在一起，以改善闪存模块的平均访问时间。闪存模块可在工作频率为48 MHz 的情况下提供一个等待状态（WS）访问时间，并在工作频率为24 MHz 的情况下提供零等待状态访问时间。闪存加速器的单周期访问时间平均为SRAM 的85% 。可选性地将闪存模块中的一部分用于模仿EEPROM操作。
1.4.2 SRAM
PSoC 4 包含了在休眠模式中所保留的SRAM。
1.5 全局系统资源
1.5.1 时钟系统
PSoC 4 器件的时钟系统包括内部时钟（内部主振荡器（IMO）和内部低速振荡器（ILO）），以及一个外部时钟接口、外部晶体振荡器（ECO）和监视晶体振荡器（WCO）。误差为±2%的IMO 是PSoC 4 中主要的内部时钟源。可以从主时钟频率生成多个分频时钟，以满足应用需求。ILO 是一个准确度较低的低功耗振荡器，它作为一个LFCLK源使用，用以为外设在深度睡眠模式下运行时生成时钟。其时钟频率为32 kHz，精度为±60 %。可以通过使用一个频率范围为0 MHz 到48 MHz 的外部时钟源（替换IMO），为PSoC 4 的功能模块提供时钟。使用ECO 来生成一个高精度的24 MHz 时钟而不需要任何外部组件。它主要用于为BLE 子系统（包括Link Layer 引擎、数字PHY 调制解调器及RF 收发器）提供时钟脉冲。高精度ECO 时钟还能作为PSoC 4 器件的时钟源使用。WCO作为LFCLK 源使用。WCO用于在深度睡眠模式下准确保持广告事件及连接事件的时间间隔。与ILO 相同，WCO 在所有模式（休眠和停止模式除外）下均可用。

1.5.2 GPIO
PSoC 4 中的每个GPIO 均有以下特性：
■ 八种驱动模式
■ 禁用输入和输出的单独控制
■ 用于锁存先前状态的保持模式
■ 可选的转换速率
■ 中断生成：边沿触发
■ 支持CapSense 和LCD 驱动
PSoC 4 还具有两个过压容限引脚，这两个引脚允许I2C 兼容快速模式断电的规范。以较低的VDD 运行时，该引脚能够连接到更高的电压总线。各引脚集中在个8 位宽的端口中。高速I/O 矩阵用于复用连接至一个I/O 引脚的多个信号。固定功能外设的引脚的位置是固定的。
1.6 蓝牙低功耗子系统
PSoC 4xx7 蓝牙低功耗（BLE）子系统集成了RF 收发器、数字PHY 调制解调器和链路层控制器。
1.6.1 RF 收发器
射频收发器包括集成的Balun。该Balun 提供了一个单端射频端口引脚，这样能够通过匹配网络驱动一个50 Ω 的天线终端。接收时，该模块将天线的RF 信号被转换为1 MHz 的中间频率，并将模拟信号数字化为10 位的数字信号。传输时，该模块从数字PHY 提取调制后的1 Mbps GFSK，然后将其转换为射频，并通过天线传输出去。

1.6.2 数字PHY 调制解调器
传输时，该子模块会从链路层控制器中提取1 Mbps 的串行数据，然后生成GFSK 直接调制的数据并将其发送给BLE 模拟
部分。接收时，它从BLE 模拟部分提取1 MHz 的 IF ADC 数据，并使用数字解调器生成1 Mbps 的串行数据。
1.6.3 链路层控制器
链路层控制器执行蓝牙低功耗链路层规范中指定的所有时序关键性能（包成帧/ 解帧、CRC 生成/ 检测、加密/ 解密、状态机和数据传输）；另外，它还将接口供给数字PHY。使用中断、FIFO 和寄存器来进行链路层硬件和固件之间的通信。

1.7 固定功能数字模块
1.7.1 定时器/ 计数器/ PWM 模块
定时器/ 计数器/ PWM 模块包含四个用户可编程周期长度的16 位计数器。可对这些计数器的功能进行同步化处理。每个模块都具有捕获寄存器、周期寄存器和比较寄存器。该模块支持互补死区可编程输出。它还提供用于强制输出进入未确定状态的终止（Kill）输入。该模块的其他特性包括中心对齐PWM、时钟预分频、伪随机PWM 和正交解码器。
1.7.2 串行通信模块
PSoC 4xx7-BL 具有两个SCB，每个SCB 都能实现串行通信接口，比如I2C、通用异步接收器/ 发送器（UART）或串行外设接口（SPI）。
每个SCB 的特性包括：
■ 标准的I2C 多主设备和从设备功能
■ 支持Motorola、TI 和National （MicroWire）模式的标准SPI 主设备和从设备功能
■ 具有标准UART 发送器和接收器功能，从而可以支持SmartCard reader (ISO7816) （智能卡读卡器（ISO7816））、IrDA 协议和LIN
■ EZ 功能模式和32 字节缓冲区支持SPI 和I2C

1.10 特殊功能的外设
1.10.1 段式LCD 驱动
PSoC 4xx7-BL 具有一个能够驱动四个共模信号的LCD 控制器，此外，可以通过配置GPIO，使之进行共模信号或段驱动。该控制器使用完整的数字方法（数字关联和PWM）驱动LCD 段，而不需要生成内部LCD 电压。
1.10.2 CapSense
PSoC 4 器件具有CapSense 性能，允许您能够通过使用手指的电容属性切换按键、滑条和滚轮。PSoC4 通过CapSenseSigma-Delta （CSD）模块，在所有GPIO 引脚上支持Cap-Sense 功能。CSD 还提供了防水功能。
1.10.2.1 IDAC 和比较器
CapSense 模块包括两个IDAC 和一个比较器，其参考电压为1.2 V；在不使用CapSense的情况下，它们可用于通用目的。

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