CY7C53120神經元芯片及其應用
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摘要：由Cypress公司和Toshiba公司制造的神經元芯片CY7C53120是組成LonWorks控制網絡的核心。其芯片內集成了介質訪問控制、網絡管理、控制應用等三個處理器，且內嵌LonTalk協議，并在ROM固件映像中包含先編好的I/O驅動程序和網絡操作系統。文中介紹了CY7C53120的內部結構、特點及具體應用。
本文引用地址：http://www.104case.com/article/242319.htm關鍵詞：神經元芯片 LonWorks控制網絡 LonTalk協議 固件 CY7C53120
1 概述
CY7C53120神經元芯片內集成了三個處理器，
這是LonWorks控制網絡的核心單元，網絡中所有節點的介質訪問控制、網絡管理、控制應用均由它完成。CY7C53120的工作電壓為5V，時鐘頻率為10MHz（CY7C53120E2）、40MHz（CY7C53120E4）。片內有2k(CY7C53120E2)、4k(CY7C53120E4)字節的EEPROM和2k字節的SRAM以及10k（CY7C53120E2）、12k(CY7C53120E4)字節的ROM。其內嵌的低壓檢測電路可用于防止電源電壓降低過程中的不正確操作和錯誤寫入。另外，CY7C53120還內嵌LonTalk協議通信協議，并在ROM固件映像中包含預先編好的I/O驅動程序和一個完整的網絡操作系統。CY7C53120這些特征使得它非常適合于組成現場監視控制網絡。
CY7C53120的主要特點：
●11個可編程I/O引腳；
●內嵌2個16位的可編程定時器/計數器；
●具有34種不同類型垢I/O功能，可處理大量的輸入和輸出；
●ROM固件映像中包含預先編好的I/O驅動程序，大大簡化了應用程序的編寫；
●2個CPU用來處理內嵌的通信協議。通信CPU與應用CPU可并行工作；
●內嵌LonTalk協議，協議支持ISO（國際標準化組織）所定義的OSI（開放系統互連）參考模型的全部7層服務；
●ROM固件映像中包含一個完整的網絡操作系統，可大大簡化應用程序的編寫；
●內嵌雙絞線收發器；
●通信模式和通信速率可支持不同類型的外部收發器；
●通信端口收發器模式和邏輯地址的信息都存儲在EEPROM中；
●應用程序可存儲在EEPROM中，并可通過網絡下載來更新應用；
●內嵌看門狗定時器；
●每個芯片都有唯一的ID號。此ID號可用于網絡的邏輯安裝；
●支持睡眠工作模式，以達到節能的目的；
●具有高阻抗通信端口（CP0～CP3）。
2 CY7C53120的結構
CY7C53120的內部結構如圖1所示。它主要由處理器單元、應用I/O口和通信端口三部分組成。
2.1 處理器單元
CY7C53120芯片內集成有三個處理器，其中一個執行用戶應用程序，另兩個用于完成網絡任務。三個處理器的功能信內部共享存儲器區域之間關系如圖2所示。
CPU-1是介質訪問控制（Media Access Control-MAC）處理器，負責處理7層LonTalk協議的第1層和第2。CPU-1的處理功能包括驅動通信子系統硬件和執行介質訪問算法。CPU-1和CPU-2使用可共享存儲區中的網絡緩沖區相互通信。
CPU-2是網絡處理器，用來實現LonTalk協議的第3～6層。CPU-2負責處理網絡變量、尋址、事務處理、證實、背景診斷、軟件定時器和網絡管理。CPU-2使用網絡緩沖區與CPU-1通信，并使用應用緩沖區與CPU-3通信。這些緩沖區也位于共享存儲區中。當更新共享數據時，對這些緩沖區的訪問是由硬件信號裝置協調的，因為這樣可以避免沖突。
CPU-3是應用處理器，用來執行用戶編寫的代碼，并執行應用程序代碼所調用的操作系統服務。使用的編程語音是Neuron C,Neuron C派生于ANSI C語言，并對ANSI C語言進行了優化和增強，并能使用LonWorks分布式控制系統的應用程序。
2.2 應用I/O口
CY7C53120具有11個I/O引腳（IO0～IO10），提供有34種編程方式，并可通過編程支持不同的I/O對象，如電平、脈沖、頻率、編碼等各種信號模式，以及直接I/O對象、定時器/計數器I/O對象、串行I/O對象、并行I/O對象等。另外，2個16位定時器/計數器可用于頻率和定時I/O。由固件產生的15種軟件定時器并不占用應用處理器的運算時間，而由完成網絡功能的處理器實現。因此，用戶可直接使用軟件定時器，而不必考慮其具體操作。
2.3 通信端口
由CP0～CP4組成的通信接口可以工作在單端、差分模式或特殊模式，這些模式可直接驅動，也可外接變壓器驅動或外接485總線驅動。其傳輸速率的選擇范圍為0.6kbps～1.2Mbps。
3 引腳功能
CY7C53120具有32腳SOIC和44腳TQFP兩種封裝形式，圖3和圖4分別為SOIC封裝和44腳TQFP封裝的引腳排列。各引腳的功能說明見表1所列。
表1 TMPN3210FE5M的引腳描述p100
| SOIC-32引腳編號 | TQFP-44引腳編號 | 引腳名稱 | I/O | 引 腳 功 能 |
| 15 | 15 | CLK1 | 輸入 | 連接振蕩器或外部時鐘輸入 |
| 14 | 14 | CLK2 | 輸出 | 連接振蕩器。當外部時鐘信息輸入CLK1時，CLK2懸空 |
| 1 | 40 | RESET | I/O | 復位引腳。（低態有效） |
| 8 | 5 | SERVICE | I/O | 服務引腳。工作期間指示燈輸出 |
| 7，6，5，4 | 4，3，2，32 | IO0IO3 | I/O | 大電流吸收能力（20mA）。通用I/O端口。當使用模數轉換器時，IO3用作芯片與外部電阻器的連接 |
| 3，30，29，28 | 42，36，35，32 | IO4IO7 | I/O | 通用I/O端口。可制定IO4IO7中的一個引腳為定時器/計數器1的輸入。輸出信號能傳達到IO0。IO4可用做定時器/計數器2的腳，此時IO1作為輸出引腳。當使用16位的模數轉換器時，IO4IO6當中一個引腳可用作模擬輸入，IO7必須通過適當的外部電阻器連接到適當的外部電容器和IO3 |
| 27，26，24 | 31，30，27 | IO8IO 10 | I/O | 通用I/O端口，可與其它器件串行通信 |
| 2，11，12，18，25，32 | 9，10，19，29，38，41 | VDD | I/O | 電源輸入（典型值5.0V） |
| 9，10，13，16，23，31 | 7，13，16，26，37 | VSS | 輸入 | 電源輸入（0V接地） |
| 10 | 8 | VPP | 輸入 | 內部電路測試模式控制 |
| 19，20，17，21，22 | 20，21，18，24，25 | CP0CP4 | I/O | 雙向測信端口。通過指定模式支持一些通訊協議 |
1，6，11，12，17，22，23，28，33，34，39，44 | NC |
4 應用系統
圖5所示是基于Neuron芯片的應用系統，該系統由Neuron芯片、收發器和應用電路等部分構成。
其中Neuron芯片主要用于實現LonTalk協議服務，并執行節點中的應用程序。而收發器其實是連接Neuron芯片和通信介質之間的接口，
可用來支持雙絞線、電力線、無線射頻、光纖及紅外等多種介質的通信。應用電路是連接Neuron芯片的I/O引腳到諸如傳感器、執行器、鍵盤、顯示器等I/O設備所需的電路。可以按照不同的應用要求來配置I/O對象和編制Neuron C應用程序，以控制該應用系統的工作，并實現網絡通信功能。
從圖5所示的應用系統可知：Neuron芯片的I/O可通過應用電路輸入或輸出數據與外界接口。借助于Neuron芯片固件中的LonTalk支持協議，Neuron芯片可通過收發器實現與網上其它應用系統的雙向數據通信。Neuron芯片的強大功能和靈活結構，使其可以非常方便地組建分布式應用網絡系統。
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