深度剖析ML610Q431/ML610Q432：8位内置LCD驱动的微控制器

公司变更说明

2020年10月1日，LAPIS Semiconductor实施了公司拆分，成立了LAPIS Technology Co., Ltd.，并由其承接LSI业务。因此，文档中所有“LAPIS Semiconductor Co., Ltd.”等相关表述均替换为“LAPIS Technology Co., Ltd.”，不过除公司名称、商标、标志等外，产品相关文档并无变化。

文件下载：ML610Q431-NNNTCZ03A.pdf

产品概述

ML610Q431和ML610Q432是高性能的8位CMOS微控制器，围绕8位CPU nX - U8/100集成了丰富的外设电路，如实时时钟、同步串口、UART、I²C总线接口、旋律驱动、电池电量检测电路、RC振荡型A/D转换器、12位逐次逼近型A/D转换器以及LCD驱动等。其CPU采用3级流水线架构并行处理，能在1指令1时钟模式下高效执行指令。内置的Flash ROM作为程序存储器，具备与掩膜ROM相当的低电压低功耗读取操作，非常适合电池驱动应用，同时还具备片上调试功能，方便进行程序调试和编程。

产品特性

CPU相关

• CPU类型：8位RISC CPU（nX - U8/100），采用16位指令系统，指令集丰富，涵盖传输、算术运算、比较、逻辑运算、乘除、位操作、位逻辑运算、跳转、条件跳转、调用返回栈操作、算术移位等。
• 执行时间：最小指令执行时间在32.768 kHz系统时钟下为30.5 µs，在4.096 MHz系统时钟下为0.244 µs。
• 内部存储器：包含64KB Flash ROM（含1KByte不可用TEST区域）、2KByte Data RAM、1KByte Display Allocation RAM和192Byte用于显示的RAM。
• 中断控制器：有2个不可屏蔽中断源（1个内部源和1个外部源）和23个可屏蔽中断源（19个内部源和4个外部源）。

定时器与计数器

• 时基计数器：有低速和高速时基计数器各1通道，低速时基计数器具备频率补偿功能，补偿范围约为 - 488ppm至 + 488ppm，补偿精度约为0.48ppm；看门狗定时器有不可屏蔽中断和复位功能，可自由运行，溢出周期有4种可选（125ms、500ms、2s和8s）。
• 定时器：4个8位通道（可配置为16位），还有1 kHz定时器和10 Hz/1 Hz中断功能，以及2个时间基捕获通道（频率范围4096 Hz至32 Hz）。

其他外设

• PWM：1个16位分辨率通道。
• 实时时钟：具备年、月、日、星期、时、分、秒寄存器，可自动进行闰年校正，有规律中断（0.5秒、1秒、1分钟、1小时）和2个闹钟中断通道。
• 同步串口：主/从模式可选，LSB/MSB优先可选，8位/16位长度可选。
• UART：1个TXD/RXD通道，可选择位长度、奇偶校验、停止位数量以及正/负逻辑，内置波特率发生器。
• I²C总线接口：仅支持主功能，有快速模式（400 kbps@4MHz）和标准模式（100 kbps@4MHz、50kbps@500kHz）。
• 旋律驱动：有29种音阶、63种音长、15种节奏，支持4种蜂鸣器输出模式、8种频率和16种占空比。
• A/D转换器：包括RC振荡型A/D转换器（24位计数器，2个时分通道）和12位逐次逼近型A/D转换器（2个输入通道）。
• 通用端口：有不可屏蔽中断输入端口、仅输入端口、仅输出端口和输入/输出端口，ML610Q431有22个输入/输出通道，ML610Q432有14个输入/输出通道。
• LCD驱动：支持点阵显示，ML610Q431最大支持1024点（64 seg × 16 com），ML610Q432最大支持1536点（64 seg × 24 com），可选择1/1至1/24占空比、1/3或1/4偏置，有帧频率和偏置电压倍增时钟可选，支持对比度调整和多种显示模式，还有可编程显示分配功能（仅在1/1 - 1/8占空比时可用）。

复位与电源管理

• 复位：可通过RESET_N引脚复位，上电时产生上电复位，检测到低速时钟振荡停止时复位（“A”版本无此功能），看门狗定时器溢出时复位。
• 电源管理：有HALT模式（CPU停止指令执行，外设电路仍工作）和STOP模式（停止低速和高速振荡，CPU和外设电路停止工作），可通过软件改变高速系统时钟频率（1/1、1/2、1/4或1/8振荡时钟），还具备块控制功能，可对未使用的外设电路进行掉电操作。

产品阵容

芯片类型	ROM类型	低速振荡停止检测复位	工作温度	产品可用性
ML610Q431 - xxxWA	Flash ROM	是	- 20°C至 + 70°C	是
ML610Q431A - xxxWA	Flash ROM	-	- 20°C至 + 70°C	是
ML610Q432 - xxxWA	Flash ROM	是	- 20°C至 + 70°C	是
ML610Q432A - xxxWA	Flash ROM	-	- 20°C至 + 70°C	是
ML610Q431 - xxxTC	Flash ROM	是	- 20°C至 + 70°C	是
ML610Q432 - xxxTC	Flash ROM	是	- 20°C至 + 70°C	是
ML610Q432A - xxxTC	Flash ROM	-	- 20°C至 + 70°C	是

引脚配置与描述

文档详细给出了ML610Q431和ML610Q432的LQFP144引脚布局、芯片引脚布局及尺寸、焊盘坐标等信息。同时，对每个引脚的功能进行了详细描述，包括系统引脚（如RESET_N、XT0、XT1等）、通用输入/输出端口、UART、I²C总线接口、同步串口、PWM、外部中断、捕获、定时器、旋律、LED驱动、A/D转换器、LCD驱动信号、LCD驱动电源、测试引脚和电源引脚等。还针对未使用引脚给出了推荐的端接方法，如VPP引脚应开路，AVDD、AVSS、VREF等引脚应连接到VSS等。

电气特性

绝对最大额定值

规定了各电源电压、输入电压、输出电压、输出电流、功耗和存储温度的最大允许值，如VDD在Ta = 25°C时为 - 0.3至 + 4.6V，存储温度范围为 - 55至 + 150°C。

推荐工作条件

包括工作温度（ - 20至 + 70°C）、工作电压（VDD为1.1至3.6V，AVDD为2.2至3.6V）、工作频率（根据VDD不同有不同范围）以及外部连接电容的参数等。

时钟生成电路工作条件

对低速和高速晶体/陶瓷振荡的频率、等效串联电阻值、外部电容等参数进行了规定，例如低速晶体振荡频率为32.768kHz，推荐等效串联电阻值不超过40kΩ。

Flash ROM工作条件

在写入和擦除Flash存储器时，对工作温度（0至 + 40°C）、工作电压（VDD为2.75至3.6V，VDDL为2.5至2.75V，VPP为7.7至8.3V）、写入周期（80次）和数据保留时间（10年）有要求。

直流特性

涵盖了各种时钟振荡频率（如500kHz RC振荡频率、PLL振荡频率等）、振荡启动时间（低速晶体振荡、500kHz RC振荡、高速晶体振荡、PLL振荡等）、复位相关时间（复位脉冲宽度、复位噪声消除脉冲宽度、上电复位激活电源上升时间）、LCD偏置电压（VL1、VL2、VL3、VL4）、BLD阈值电压、电源电流（不同工作状态下的IDD1 - IDD6）、输出电压、输出泄漏、输入电流、输入电压和输入引脚电容等参数。

交流特性

• 外部中断：规定了外部中断禁用周期，在32.768kHz系统时钟下为76.8至106.8µs。
• UART：给出了发送和接收波特率的相关参数，接收波特率有 - 3%至 + 3%的误差。
• 同步串口：对SCLK输入/输出周期、脉冲宽度、SOUT输出延迟时间、SIN输入建立和保持时间等参数进行了规定，不同振荡模式下参数有所不同。
• I²C总线接口：分别给出了标准模式（100kHz）和快速模式（400kHz）下的SCL时钟频率、SCL和SDA的各种时间参数（如保持时间、设置时间等）。
• RC振荡A/D转换器：规定了振荡电阻、振荡频率和RS到RT振荡频率比等参数，不同电源电压下这些参数会有所变化。
• 逐次逼近型A/D转换器：分辨率为12位，给出了积分非线性误差、微分非线性误差、零刻度误差、满刻度误差、参考电压和转换时间等参数。

封装与安装注意事项

提供了LQFP144封装的尺寸信息，同时提醒表面贴装型封装在回流焊安装和存储时易受热量和湿度影响，在进行回流焊安装前，需联系ROHM销售办公室了解产品名称、封装名称、引脚数量、封装代码和所需安装条件。

总结与思考

ML610Q431/ML610Q432微控制器凭借其丰富的外设资源和低功耗特性，在电池驱动的电子设备中具有很大的应用潜力。工程师在设计时，需要根据具体的应用需求，合理选择芯片型号和配置参数，同时要注意电气特性和引脚配置等方面的要求，以确保产品的稳定性和可靠性。例如，在使用A/D转换器时，要注意外部元件的布局和连接，避免噪声对转换结果的影响；在进行电源管理时，要根据实际工作状态选择合适的模式，以降低功耗。大家在实际应用中，是否遇到过类似芯片在功耗控制或外设配置方面的挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。