快速阅读集成电路芯片数据手册探析

时间：2021-10-08 23:26:19

关键字：集成电路芯片数据手册硬件设计软件设计微控制器

[导读]摘要：文中从电子工程师应用的角度，简单介绍了集成电路芯片数据手册，就集成电路芯片数据手册的快速阅读内容、方法等作了归纳总结，并给出了快速阅读建议，以供电子工程师设计时参考。

引言

目前电子产品的智能化、微型化乃是大势所趋，而设计的重点主要为硬件电路设计与软件程序设计。硬件电路设计必须熟悉集成电路芯片的功能及相应的应用电路，为此我们经常需要阅读集成电路芯片的数据手册（Datasheet）。

在项目设计阶段的芯片选型、硬件电路设计、软件程序设计，直至后期的产品系统调试等，都离不开集成电路芯片数据手册的技术支持。从阅读集成电路芯片数据手册的角度来看，数据手册大致可分为两大类，一类是不带有 CPU 的集成电路芯片，如常用的 74HC 系列数字电路、功率 MOSFET 电子器件等；另一类是带 CPU 的集成电路芯片- 微控制器等，如STM8S 系列、ARM Cortex-M4。

如何在最短的时间内根据项目设计的功能要求，选择并熟悉集成电路芯片功能参数、设计硬件原理图及印制电路板图，直至最终完成系统调试工作，本文从电子工程师应用的角度，就集成电路芯片数据手册的快速阅读内容、方法、建议作归纳总结，供设计者参考。

1 集成电路芯片数据手册简介

集成电路芯片数据手册是集成电路芯片制造商提供的芯片使用手册，比较详细地描述产品的特性（Features）、电气特性（Electrical Characteristics）、引脚功能（Pinout and Pin Description）、典型应用电路（Typical Application Circuit）、封装尺寸（Package Dimensions）或封装信息（Package Information）、PCB 库元件封装参考图（Soldering Footprint or Recommended Package Footprint）、备用功能映射（Alternate Function Remapping）、通用硬件寄存器映射（General Hardware Register Map）、时序图（Timing Diagram）、详细型号说明及订货信息（Ordering Information）等，是工程师在电子产品设计、维修等工作过程中查阅最多的文档资料。

2 集成电路芯片数据手册的阅读内容

2.1 阅读集成电路芯片数据手册的简介部分

阅读集成电路芯片数据手册（Datasheet）简介部分的目在于知道这是什么元件，有什么功能，可应用在什么场合。主要包括产品提供商、元器件型号、封装类型、基本特性或应用场合等内容。概述（General Description），相对而言比较笼统的介绍了芯片的功能；特性（Features）标注的是基本电气的性能；应用（Applications）大致了解芯片的用途，可应用在哪些方面等。有些手册会给出等效原理图（Schematic Diagram），但只是电路效果相同，并非芯片内部的实际电路，即使按该电路搭建，也无法替代该芯片的使用。

2.2 熟悉元器件的功能框图、引脚功能描述及注意事项

首先要特别注意元器件的工作电源及引脚编号，若单片机集成电路AT89S52 是5 V 工作电源，只有一个接地引脚，而目前很多基于ARM Cortex-M0、ARM Contex-M4 等微控制器的工作电源为 3.3 V，且有多个工作电源 VDD 引脚与多个接地引脚GND。其次接线图（Connection Diagram）或引脚描述（Pinout andPin Description）会告诉读者引脚的编号、功能，注意选用的芯片封装，不同的封装往往编号相同但引脚功能不同。最后功能块图（Block Diagram）会描述芯片内部的主要功能模块，方便使用者进一步熟悉芯片内部的资源；注意事项是指芯片工作所能长期承受的电气参数及工作环境，超出这一条件芯片便会损坏或无法正常工作。正确理解引脚功能描述是使用芯片、正确设计外围接口电路并选取正确电路参数的前提。

2.3 外围电路的设计

阅读芯片数据手册的最终目的是使用电子元器件进行电路设计。正确设计外围电路是应用该电子元器件的前提。所谓外围电路设计就是在电子元器件的外面添加一些电阻以限流，添加电容进行滤波，添加三极管进行电流放大，添加光电藕合器进行隔离以提高抗干扰或实现电平转换等，以便电子元器件能够按照工艺控制要求正常、稳定、长期工作。不仅要查阅数据手册提供的典型应用电路（Typical Application Circuit）作为参考，还要特别注意制造商提供的应用笔记（Application Note），应用笔记是生产制造商对 Data Sheet 的延伸和补充，是制造商对芯片使用经验的总结，提供的参考电路具有非常好的实用效果，若有应用笔记一般会在 Data Sheet 中加以说明。

2.4 器件的封装

在进行原理图设计时，必须确定芯片的封装，因为不同的封装其引脚的编号很可能不同，且制作电路板时必须有详细的尺寸才能建PCB 元件库。封装尺寸（Package Dimensions）或封装信息（Package Information）会详细说明芯片的机械尺寸，主要包括芯片大小、引脚间距、引脚宽度及 PCB 库元件封装参考图（Soldering Footprint or Recommended Package Footprint）。

2.5 横向阅读

通过横向阅读可以阅读不同公司相同产品的数据手册，因为有的制造商提供的数据手册比较详细，而有的则比较简单，且仅部分制造商会提供应用笔记参考。同时还可以从互联网上百度芯片的应用案例，并进入知网查阅芯片的相关应用论文，以进一步加深对芯片应用的理解，正确、快速设计出芯片的应用电路。

2.6 元器件的采购

认真阅读订货须知（Ordering Information），主要内容为型号的详细含义，注意芯片引脚数、芯片封装、引脚间距、工作温度范围、包装形式等标识，需提供详细的型号才能采购，同时注意包装信息，方便实现自动贴装。

2.7 微控制器的阅读

对于微控制器的阅读，必须注意内部资源及相关寄存器，具体内容为程序空间及存贮类型、数据空间 RAM、掉电保护E2PROM 或D_Flash 空间、系统振荡电路及时钟、定时器 / 计数器、A/D 转换及D/A 转换、SPI 接口、I2C 总线、CAN 总线、异步通信口UART 等。值得注意的是，通用输入输出（GPIO）引脚往往是复合多功能引脚，其功能的确定由相关寄存器设置，因此硬件设计必须与软件设计相结合。此外，从编程的角度出发，还要熟悉编译系统及程序下载适配器等。

3 快速阅读集成电路芯片数据手册方法建议

阅读集成电路芯片数据手册方法

快速阅读集成电路芯片的数据手册，建议采用如下步骤：

1)到芯片制造商官方网站下载数据手册及芯片应用笔记资料，亦可通过供货商提供；

2)正确理解参数的含义，熟悉芯片的相关参数，确认该芯片能否满足功能需求；

3)硬件设计时要研究与引脚、功能控制等相关的芯片内部资源；

4)软件编程要熟悉相关寄存器；

5)无需阅读全文，只需阅读所要使用的功能部分即可，且需注意所选型号与所提供资源的关系；

6)注意关连性，如用到定时器时要熟悉系统时钟，因为定时器的时钟源来自系统时钟分频；

7)软件编程时应注意分析并读懂时序图，不必阅读大量的文字说明；

8)到百度或智库查阅相关应用性案例作为参考，以节省研究时间，尽快正确使用。

9)注意结合芯片采购，选中的型号或封装需能在市场采购到且要考虑供货时间、价格成本等，尤其对于用量不大的产品设计，更应注意供货市场的稳定性。