張愛良+范雪

摘 要：文中從電子工程師應(yīng)用的角度，簡(jiǎn)單介紹了集成電路芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)，就集成電路芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)的快速閱讀內(nèi)容、方法等作了歸納總結(jié)，并給出了快速閱讀建議，以供電子工程師設(shè)計(jì)時(shí)參考。

關(guān)鍵詞：集成電路芯片；數(shù)據(jù)手冊(cè)；硬件設(shè)計(jì)；軟件設(shè)計(jì)；微控制器

中圖分類號(hào)：TP39；TN60 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2017）06-00-02

0 引 言

目前電子產(chǎn)品的智能化、微型化乃是大勢(shì)所趨，而設(shè)計(jì)的重點(diǎn)主要為硬件電路設(shè)計(jì)與軟件程序設(shè)計(jì)。硬件電路設(shè)計(jì)必須熟悉集成電路芯片的功能及相應(yīng)的應(yīng)用電路，為此我們經(jīng)常需要閱讀集成電路芯片的數(shù)據(jù)手冊(cè)（Datasheet）。

在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段的芯片選型、硬件電路設(shè)計(jì)、軟件程序設(shè)計(jì)，直至后期的產(chǎn)品系統(tǒng)調(diào)試等，都離不開集成電路芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)的技術(shù)支持。從閱讀集成電路芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)的角度來(lái)看，數(shù)據(jù)手冊(cè)大致可分為兩大類，一類是不帶有CPU的集成電路芯片，如常用的74HC系列數(shù)字電路、功率MOSFET電子器件等；另一類是帶CPU的集成電路芯片-微控制器等，如STM8S系列、ARM Cortex-M4。

如何在最短的時(shí)間內(nèi)根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的功能要求，選擇并熟悉集成電路芯片功能參數(shù)、設(shè)計(jì)硬件原理圖及印制電路板圖，直至最終完成系統(tǒng)調(diào)試工作，本文從電子工程師應(yīng)用的角度，就集成電路芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)的快速閱讀內(nèi)容、方法、建議作歸納總結(jié)，供設(shè)計(jì)者參考。

1 集成電路芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)簡(jiǎn)介

集成電路芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)是集成電路芯片制造商提供的芯片使用手冊(cè)，比較詳細(xì)地描述產(chǎn)品的特性（Features）、電氣特性（Electrical Characteristics）、引腳功能（Pinout and Pin Description）、典型應(yīng)用電路（Typical Application Circuit）、封裝尺寸（Package Dimensions）或封裝信息（Package Information）、PCB庫(kù)元件封裝參考圖（Soldering Footprint or Recommended Package Footprint）、備用功能映射（Alternate Function Remapping）、通用硬件寄存器映射（General Hardware Register Map）、時(shí)序圖（Timing Diagram）、詳細(xì)型號(hào)說(shuō)明及訂貨信息（Ordering Information）等，是工程師在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)、維修等工作過(guò)程中查閱最多的文檔資料。

2 集成電路芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)的閱讀內(nèi)容

2.1 閱讀集成電路芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)的簡(jiǎn)介部分

閱讀集成電路芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)（Datasheet）簡(jiǎn)介部分的目在于知道這是什么元件，有什么功能，可應(yīng)用在什么場(chǎng)合。主要包括產(chǎn)品提供商、元器件型號(hào)、封裝類型、基本特性或應(yīng)用場(chǎng)合等內(nèi)容。概述（General Description），相對(duì)而言比較籠統(tǒng)的介紹了芯片的功能；特性（Features） 標(biāo)注的是基本電氣的性能；應(yīng)用（Applications）大致了解芯片的用途，可應(yīng)用在哪些方面等。有些手冊(cè)會(huì)給出等效原理圖（Schematic Diagram），但只是電路效果相同，并非芯片內(nèi)部的實(shí)際電路，即使按該電路搭建，也無(wú)法替代該芯片的使用。

2.2 熟悉元器件的功能框圖、引腳功能描述及注意事項(xiàng)

首先要特別注意元器件的工作電源及引腳編號(hào)，若單片機(jī)集成電路AT89S52是5 V工作電源，只有一個(gè)接地引腳，而目前很多基于ARM Cortex-M0、ARM Contex-M4等微控制器的工作電源為3.3 V，且有多個(gè)工作電源VDD引腳與多個(gè)接地引腳GND。其次接線圖（Connection Diagram）或引腳描述（Pinout and Pin Description）會(huì)告訴讀者引腳的編號(hào)、功能，注意選用的芯片封裝，不同的封裝往往編號(hào)相同但引腳功能不同。最后功能塊圖（Block Diagram）會(huì)描述芯片內(nèi)部的主要功能模塊，方便使用者進(jìn)一步熟悉芯片內(nèi)部的資源；注意事項(xiàng)是指芯片工作所能長(zhǎng)期承受的電氣參數(shù)及工作環(huán)境，超出這一條件芯片便會(huì)損壞或無(wú)法正常工作。正確理解引腳功能描述是使用芯片、正確設(shè)計(jì)外圍接口電路并選取正確電路參數(shù)的前提。

2.3 外圍電路的設(shè)計(jì)

閱讀芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)的最終目的是使用電子元器件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。正確設(shè)計(jì)外圍電路是應(yīng)用該電子元器件的前提。所謂外圍電路設(shè)計(jì)就是在電子元器件的外面添加一些電阻以限流，添加電容進(jìn)行濾波，添加三極管進(jìn)行電流放大，添加光電藕合器進(jìn)行隔離以提高抗干擾或?qū)崿F(xiàn)電平轉(zhuǎn)換等，以便電子元器件能夠按照工藝控制要求正常、穩(wěn)定、長(zhǎng)期工作。不僅要查閱數(shù)據(jù)手冊(cè)提供的典型應(yīng)用電路（Typical Application Circuit）作為參考，還要特別注意制造商提供的應(yīng)用筆記（Application Note），應(yīng)用筆記是生產(chǎn)制造商對(duì)Data Sheet的延伸和補(bǔ)充，是制造商對(duì)芯片使用經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，提供的參考電路具有非常好的實(shí)用效果，若有應(yīng)用筆記一般會(huì)在Data Sheet中加以說(shuō)明。

2.4 器件的封裝

在進(jìn)行原理圖設(shè)計(jì)時(shí)，必須確定芯片的封裝，因?yàn)椴煌姆庋b其引腳的編號(hào)很可能不同，且制作電路板時(shí)必須有詳細(xì)的尺寸才能建PCB元件庫(kù)。封裝尺寸（Package Dimensions）或封裝信息（Package Information）會(huì)詳細(xì)說(shuō)明芯片的機(jī)械尺寸，主要包括芯片大小、引腳間距、引腳寬度及PCB庫(kù)元件封裝參考圖（Soldering Footprint or Recommended Package Footprint）。

2.5 橫向閱讀

通過(guò)橫向閱讀可以閱讀不同公司相同產(chǎn)品的數(shù)據(jù)手冊(cè)，因?yàn)橛械闹圃焐烫峁┑臄?shù)據(jù)手冊(cè)比較詳細(xì)，而有的則比較簡(jiǎn)單，且僅部分制造商會(huì)提供應(yīng)用筆記參考。同時(shí)還可以從互聯(lián)網(wǎng)上百度芯片的應(yīng)用案例，并進(jìn)入知網(wǎng)查閱芯片的相關(guān)應(yīng)用論文，以進(jìn)一步加深對(duì)芯片應(yīng)用的理解，正確、快速設(shè)計(jì)出芯片的應(yīng)用電路。

2.6 元器件的采購(gòu)

認(rèn)真閱讀訂貨須知（Ordering Information），主要內(nèi)容為型號(hào)的詳細(xì)含義，注意芯片引腳數(shù)、芯片封裝、引腳間距、工作溫度范圍、包裝形式等標(biāo)識(shí)，需提供詳細(xì)的型號(hào)才能采購(gòu)，同時(shí)注意包裝信息，方便實(shí)現(xiàn)自動(dòng)貼裝。

2.7 微控制器的閱讀

對(duì)于微控制器的閱讀，必須注意內(nèi)部資源及相關(guān)寄存器，具體內(nèi)容為程序空間及存貯類型、數(shù)據(jù)空間RAM、掉電保護(hù)E2PROM或D_Flash空間、系統(tǒng)振蕩電路及時(shí)鐘、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換、SPI接口、I2C總線、CAN總線、異步通信口UART等。值得注意的是，通用輸入輸出（GPIO）引腳往往是復(fù)合多功能引腳，其功能的確定由相關(guān)寄存器設(shè)置，因此硬件設(shè)計(jì)必須與軟件設(shè)計(jì)相結(jié)合。此外，從編程的角度出發(fā)，還要熟悉編譯系統(tǒng)及程序下載適配器等。

3 快速閱讀集成電路芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)方法建議

3.1 閱讀集成電路芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)方法

快速閱讀集成電路芯片的數(shù)據(jù)手冊(cè)，建議采用如下步驟：

（1）到芯片制造商官方網(wǎng)站下載數(shù)據(jù)手冊(cè)及芯片應(yīng)用筆記資料，亦可通過(guò)供貨商提供；

（2）正確理解參數(shù)的含義，熟悉芯片的相關(guān)參數(shù)，確認(rèn)該芯片能否滿足功能需求；

（3）硬件設(shè)計(jì)時(shí)要研究與引腳、功能控制等相關(guān)的芯片內(nèi)部資源；

（4）軟件編程要熟悉相關(guān)寄存器；

（5）無(wú)需閱讀全文，只需閱讀所要使用的功能部分即可，且需注意所選型號(hào)與所提供資源的關(guān)系；

（6）注意關(guān)連性，如用到定時(shí)器時(shí)要熟悉系統(tǒng)時(shí)鐘，因?yàn)槎〞r(shí)器的時(shí)鐘源來(lái)自系統(tǒng)時(shí)鐘分頻；

（7）軟件編程時(shí)應(yīng)注意分析并讀懂時(shí)序圖，不必閱讀大量的文字說(shuō)明；

（8）到百度或智庫(kù)查閱相關(guān)應(yīng)用性案例作為參考，以節(jié)省研究時(shí)間，盡快正確使用。

（9）注意結(jié)合芯片采購(gòu)，選中的型號(hào)或封裝需能在市場(chǎng)采購(gòu)到且要考慮供貨時(shí)間、價(jià)格成本等，尤其對(duì)于用量不大的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，更應(yīng)注意供貨市場(chǎng)的穩(wěn)定性。

（10）考慮芯片的生命周期，同時(shí)盡可能選用小封裝貼片元件，注意其后續(xù)的供貨生命周期及需求量，有些元件雖然新，但用戶少，有些元件雖然老但用戶多，典型的如AT89C52芯片。

（11）注意數(shù)據(jù)手冊(cè)中的“note”，重要通知（Important Notice）以及法律責(zé)任申明等信息，這也是較好利用芯片的關(guān)鍵所在。

3.2 閱讀集成電路芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)建議

閱讀芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)的目的是為了正確應(yīng)用芯片。因此對(duì)工程師做出如下建議：

（1）平時(shí)可以通過(guò)選擇兩篇典型的數(shù)據(jù)手冊(cè)，如美國(guó)安森美（ON Semiconductor） 的NTD5865NL功率MOSFET管和意法半導(dǎo)體ST的STM8S103微控制器，閱讀研究并積累；

（2）注意提高英文閱讀能力，因?yàn)榇蠖鄶?shù)集成電路芯片產(chǎn)自國(guó)外；

（3）盡可能找制造廠家的英文版數(shù)據(jù)手冊(cè)閱讀，翻譯的中文數(shù)據(jù)手冊(cè)中往往存在錯(cuò)誤。

4 結(jié) 語(yǔ)

閱讀英文版集成電路芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)，在閱讀過(guò)程中要將重點(diǎn)內(nèi)容與所需功能相結(jié)合，芯片選型和市場(chǎng)供貨相結(jié)合，硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)相結(jié)合，在閱讀過(guò)程中注意查閱并理解參數(shù)的正確含義，具備快速閱讀芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)的能力，是所有電子工程師必須具備的基本能力，本文僅作一些探討。

參考文獻(xiàn)

[1] Athalye P， Maksimovic D， Erickson R. High-Performance front-end converter for avionics applications[J].IEEE Trans. On Aerospace and Electronic Systems，2003，39（2）：462-470.

[2]閆琪，王江，熊小龍.智能車設(shè)計(jì)“飛思卡爾杯”從入門到精通[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2014.

[3]劉建，解洪成，張衛(wèi)國(guó).交互式電子技術(shù)手冊(cè)的數(shù)據(jù)來(lái)源分析[J].江蘇科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007，21（S1）：84-88.

[4]馬沛生.特性數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)手冊(cè)[J].化學(xué)工程，1987，7：9-12.

[5]黃志球，徐丙鳳，闞雙龍，等.嵌入式機(jī)載軟件安全性分析標(biāo)準(zhǔn)、方法及工具研究綜述[J].軟件學(xué)報(bào)，2014，25（2）：200-218.

[6] Maithil Pachchigar，Richard Liggiero.獲取數(shù)據(jù)手冊(cè)以外的ADC數(shù)據(jù)[J].中國(guó)集成電路，2015，24（11）：40-43.

[7]趙廷弟.安全性設(shè)計(jì)分析與驗(yàn)證[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2011.

[8]胡璇，楊春暉，黃茂生，等.航電系統(tǒng)軟件需求知識(shí)本體構(gòu)建及評(píng)價(jià)[J].計(jì)算機(jī)工程， 2013，39（3）：56-62.

[9]李震，劉斌，陸民燕，等.基于擴(kuò)展Petri網(wǎng)的除冰軟件安全需求建模和驗(yàn)證[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，38（1）：64-68.

[10]崔萌，李宣東，鄭國(guó)梁.UML實(shí)時(shí)活動(dòng)圖的形式化分析[J].計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，2004， 27（3）：339-346.

[11]樊曉光，禇文奎，張鳳鳴.軟件安全性研究綜述[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2011，38（5）：8-13.

[12]楊仕平，桑楠，熊光澤.安全關(guān)鍵軟件的防危性測(cè)評(píng)技術(shù)研究[J].計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，2004，27（4）：442-450.

[13]方濱興，陸天波，李超.軟件確保研究進(jìn)展[J].通信學(xué)報(bào)，2009，30（2）：106-117.

[14]邵津，鄧芳，王千祥.一種基于模型的軟件系統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法[J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展， 2010，47（7）：1175-1183.

[15]杜軍威，徐中偉，江峰.基于動(dòng)作序列的行為需求模型驗(yàn)證的研究[J].通信學(xué)報(bào)， 2011，32（1）：94-105.

[16]林惠民，張文輝.模型檢測(cè)：理論、方法與應(yīng)用[J].電子學(xué)報(bào)，2002，30（12A）： 1907-1912.