近年來(lái)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的飛速發(fā)展,帶動(dòng)了計(jì)量表、穿戴設(shè)備、醫(yī)療電子、智能家居、遠(yuǎn)程測(cè)控等諸多應(yīng)用的發(fā)展,這些領(lǐng)域都有個(gè)共同的特點(diǎn)——對(duì)功耗要求極其嚴(yán)格。例如,智能水表在使用電池供電的情況下,要能連續(xù)使用3年以上。因此功耗成為了這些應(yīng)用的關(guān)鍵成功要素。
而低功耗MCU作為微控制器領(lǐng)域的一個(gè)細(xì)分市場(chǎng),主要面向電池供電、能量采集、便攜設(shè)備等需要低功耗工作的電子產(chǎn)品,通常這些產(chǎn)品在生產(chǎn)時(shí)都會(huì)使用一些特殊的方法來(lái)降低控制器的功耗和漏電流。
我們今天要介紹的開(kāi)發(fā)板——Microchip SAM D21就是這樣一款有著極低功耗的MCU產(chǎn)品。
1開(kāi)發(fā)板介紹
圖1:開(kāi)發(fā)板結(jié)構(gòu)框圖
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開(kāi)發(fā)板主要特征
該開(kāi)發(fā)板使用的芯片為ATSAMD21J18A,其內(nèi)部框圖如下:
圖2
其芯片特性
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CPU Cortex-M0+ Up to 48MHz
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具有256KBytes Flash
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具有32 KBytes SRAM
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低功耗模式小于70uA/MHz
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DMA和事件系統(tǒng)
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全速USB設(shè)備和嵌入式主機(jī)
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20通道12位ADC
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10位DAC
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16位定時(shí)計(jì)數(shù)器 x 5
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操作電壓:1.62 - 3.63V
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工作溫度:-40℃ - 85℃
基于48MHz的Cortex-M0+核心,性能可以達(dá)到2.46CoreMark/MHz,同時(shí)擁有極低的功耗。
該芯片支持兩種休眠模式,IDLE和STANDBY,其中IDLE模式又分為三個(gè)等級(jí):L0、L1、L2。
低功耗的配置表如下:
圖3
事件系統(tǒng):
它是允許外設(shè)之間進(jìn)行自主、低延時(shí)且可配置通信的方式。
事件系統(tǒng)有兩個(gè)角色,一個(gè)叫事件生產(chǎn)者,一個(gè)叫事件消費(fèi)者(用戶)。
每個(gè)外設(shè)均可配置為用戶或生產(chǎn)者。當(dāng)用戶收到生產(chǎn)者產(chǎn)生的事件后,可以馬上做出相應(yīng)的動(dòng)作,通過(guò)事件系統(tǒng),將兩個(gè)不同的外設(shè)直接建立連接,由于該動(dòng)作不需要MCU的參與,大大降低了系統(tǒng)消耗及響應(yīng)時(shí)間。
我們以定時(shí)器觸發(fā)ADC采樣事件來(lái)對(duì)比使用和不使用事件系統(tǒng)的流程。
不使用事件系統(tǒng)時(shí):
配置定時(shí)器,配置ADC定時(shí)器溢出,產(chǎn)生中斷MCU在中斷中調(diào)用ADC執(zhí)行采樣。
使用事件系統(tǒng)時(shí):
配置定時(shí)器、ADC、事件系統(tǒng)定時(shí)器溢出,該事件直接通知到ADC執(zhí)行采樣。
這樣就省去了MCU響應(yīng)中斷的時(shí)間,當(dāng)系統(tǒng)需要執(zhí)行高頻率的采樣任務(wù)時(shí),事件系統(tǒng)就會(huì)帶來(lái)非常大的優(yōu)勢(shì)。后邊的演示環(huán)節(jié),我們將詳細(xì)演示該系統(tǒng)的使用。
它包括:
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12個(gè)可配置事件通道:可連接到任何的事件生產(chǎn)者
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74個(gè)事件生產(chǎn)者
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29個(gè)事件用戶
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可配置邊沿檢測(cè)
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外設(shè)可以為事件生產(chǎn)者
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用戶,或同時(shí)為生產(chǎn)者及用戶
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支持睡眠模式下工作
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可支持軟件中斷
事件系統(tǒng)的框圖如下:
圖4
2開(kāi)發(fā)板體驗(yàn)
以Windows電腦為例,其它系統(tǒng)可參考官方教程頁(yè)
該開(kāi)發(fā)板的體驗(yàn)環(huán)節(jié),我們分三個(gè)部分進(jìn)行。一是開(kāi)發(fā)環(huán)境的搭建,二是開(kāi)發(fā)環(huán)境常用功能介紹,三是基于兩個(gè)例程來(lái)介紹SAM D21的亮點(diǎn)功能。
圖5
1、開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建
Sam D21芯片由ATMEL公司生產(chǎn),但自16年ATMEL被Microchip并購(gòu)之后,其開(kāi)發(fā)環(huán)境逐漸由ATMEL Studio改為了Microchip Studio,后者集成了前者所有的功能,切換IDE也毫無(wú)壓力。 該工具下載連接為:https://www.microchip.com/en-us/tools-resources/develop/microchip-studio安裝時(shí)一路NEXT即可安裝完成。
圖5
2、常用開(kāi)發(fā)功能介紹
圖6a)打開(kāi)首頁(yè)b)插入開(kāi)發(fā)板,開(kāi)發(fā)板會(huì)被自動(dòng)識(shí)別,相關(guān)信息會(huì)顯示在首頁(yè)。
c)數(shù)據(jù)手冊(cè)、例程鏈接也會(huì)一同顯示。
d)常用按鍵3、下載LED燈程序體驗(yàn)
圖7
a)在首頁(yè)選擇Nes ASF Example Projectb)菜單中選擇開(kāi)發(fā)板SAM D21 Xplained Pro,選擇LED Toggle例程,點(diǎn)擊確認(rèn)。
c)點(diǎn)擊Debug小三角,即可執(zhí)行編譯下載的動(dòng)作,這時(shí)候可以看到LED已經(jīng)在閃爍了。4、嘗試EVENT SYSTEM例程圖8
這里使用官方提供的例程作為演示:
a)該例程實(shí)現(xiàn)如下功能,將外部引腳中斷配置事件系統(tǒng)的生產(chǎn)者,當(dāng)觸發(fā)該事件后,直接通知事件系統(tǒng)的用戶:ADC的0通道,使其進(jìn)行采樣,將通過(guò)UART口,將數(shù)據(jù)打印的終端中。
b)流程如下:配置外部中斷,配置ADC,配置事件系統(tǒng),配置UART打印。下邊我們一步步來(lái)實(shí)現(xiàn)該工程。
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打開(kāi)Microchip Studio點(diǎn)擊文件、新建、新建Start工程。
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選擇EVENT SYSTEM例程
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點(diǎn)擊確認(rèn)后,選擇SAM D21開(kāi)發(fā)板。
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接下來(lái)就進(jìn)入到了IDE的圖形配置界面,該界面也是Microchip Studio的一大亮點(diǎn)。
左側(cè)有四個(gè)標(biāo)簽,分別為儀表盤(pán):以概覽的方式介紹整個(gè)系統(tǒng)軟件和外設(shè)間的連接關(guān)系、引腳配置,以圖形方式設(shè)置每個(gè)引用的功能、時(shí)鐘配置可以配置輸入和輸出的時(shí)鐘頻率、EVENTS配置。我們重點(diǎn)看一下EVENTS標(biāo)簽。
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按照前邊的定義,事件系統(tǒng)由生產(chǎn)者、用戶兩個(gè)部分構(gòu)成。
左側(cè)用來(lái)選擇生產(chǎn)者,在這個(gè)項(xiàng)目中,我們選擇的是EIC(外部中斷),由于SW0按鍵使用了ECI15,所以這里的生產(chǎn)者選擇為EIC 15,用戶選擇ADC。事件系統(tǒng)的通道選擇0通道。 -
配置完成后,點(diǎn)擊“GENERATE PROJECT”按鍵,生成工程。
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點(diǎn)擊運(yùn)行后下載的開(kāi)發(fā)板中,連接串口,按下SW0后查看串口打印。
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測(cè)試應(yīng)用功耗:可以看到工作時(shí),功耗僅為8ua。
圖9
這款開(kāi)發(fā)板適用于各類低功耗MCU場(chǎng)景:如表計(jì),可穿戴設(shè)備等。
4開(kāi)發(fā)板總結(jié)
各大MCU廠商都在盡力簡(jiǎn)化MCU的基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)工作,像I/O引腳配置,DMAC配置等等,好讓開(kāi)發(fā)工程師把節(jié)省出來(lái)的時(shí)間專注于項(xiàng)目的應(yīng)用開(kāi)發(fā)上。
Microchip Studio的圖形配置界面就很好地做到了這一點(diǎn),通過(guò)圖形的方式直觀地去配置每一個(gè)片上外設(shè)的功能,相比所有代碼都需要手動(dòng)輸入的開(kāi)發(fā)環(huán)境來(lái)說(shuō),極大縮短了開(kāi)發(fā)周期。
如果你對(duì)這款開(kāi)發(fā)板感興趣,
可以點(diǎn)此到貿(mào)澤電子官網(wǎng)購(gòu)買。
圖10
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