瑞薩RL78/G13 MCU多功能平臺(tái)的演示介紹

當(dāng)前者包含一個(gè)具有足夠內(nèi)存的快速，低功耗MCU時(shí)，演示套件和開(kāi)發(fā)系統(tǒng)之間的界限很難定義。足夠的外圍設(shè)備可以處理任何類(lèi)型的應(yīng)用程序;一個(gè)1-1/4英寸的液晶顯示屏;一整套開(kāi)發(fā)工具;內(nèi)置調(diào)試器;十幾個(gè)示例程序，帶有構(gòu)建自己的框架;代碼生成工具;最后是原理圖和Gerber文件。如果缺少某些東西，那就不明顯了。

圖1：RL78/G13演示板。

用于RL78/G13 MCU的瑞薩演示套件（RDK）（見(jiàn)圖1）提供了一個(gè)用于評(píng)估超低功耗瑞薩RL78/G13 MCU的多功能平臺(tái)。許多外圍設(shè)備包括揚(yáng)聲器，麥克風(fēng)，紅外發(fā)射器，紅外探測(cè)器，LCD屏幕，3軸加速度計(jì)，溫度傳感器和環(huán)境光傳感器，所有這些都可以通過(guò)套件中包含的示例代碼進(jìn)行操作。 RDK包括IAR KickStart工具和集成的Renesas TK調(diào)試器。

RDK圍繞瑞薩16位32 MHz RL78/G13構(gòu)建 - 一種通用的超低功耗CISC MCU，適用于廣泛的消費(fèi)和工業(yè)應(yīng)用。 G13目前有14種不同的封裝，從帶有16 KB閃存的R5F101FAAFP＃V0到帶有512 KB閃存和32 KB RAM的R5F100MLAFB＃V0。 RL78包含一個(gè)片上32 MHz振蕩器，但該芯片可以快速切換到32 kHz子系統(tǒng)時(shí)鐘，以實(shí)現(xiàn)超低速運(yùn)行。片上還包括單電源閃存，調(diào)試功能，乘法器和分頻器/累加器，中斷功能，四個(gè)定時(shí)器，一個(gè)8/10位ADC，16到120個(gè)I/O端口等等。瑞薩足以將其中一個(gè)較大的芯片放入RDK。

入門(mén)

套件入門(mén)很簡(jiǎn)單。安裝盤(pán)會(huì)自動(dòng)安裝所有瑞薩軟件和驅(qū)動(dòng)程序，以及適用于RL78，KickStart版本的IAREmbeddedWorkbench?，您必須在安裝時(shí)注冊(cè)。 IAR編譯器限制為16 KB，因此如果您要認(rèn)真對(duì)待，則需要升級(jí)許可證或切換到其他工具。十個(gè)示例程序的代碼是可移植的并且評(píng)論很好，因此移植肯定是可能的。代碼整齊地打包和調(diào)試，以便在IAR工具上運(yùn)行，使用此許可證肯定會(huì)啟動(dòng)開(kāi)發(fā)。其中一個(gè)示例程序是從頭開(kāi)始構(gòu)建自己的程序的詳細(xì)框架。

安裝完所有軟件后，將電路板置于調(diào)試模式（SW5-2關(guān)閉），然后通過(guò)USB電纜將其連接到PC。如果需要，請(qǐng)告訴Windows在哪里找到驅(qū)動(dòng)程序，此步驟應(yīng)該快速進(jìn)行。

要驗(yàn)證安裝，請(qǐng)?jiān)俅螁螕鬝W5-2（RUN）并按下電路板的Reset按鈕，啟動(dòng)一個(gè)名為“Theramin”的程序（雖然我認(rèn)為它應(yīng)該被稱(chēng)為“憤怒的蜜蜂”）。液晶顯示屏上出現(xiàn)十字準(zhǔn)線，同時(shí)還有一個(gè)點(diǎn)，當(dāng)您傾斜屏幕時(shí)，該點(diǎn)會(huì)改變位置。按S3啟動(dòng)“憤怒的蜜蜂”聲音，這會(huì)改變音量和/或音調(diào)，具體取決于您傾斜電路板的方式。這是ADI公司推出的ADXL345BCCZ-RL7 3軸加速度計(jì)的一個(gè)很好的演示，但聲音關(guān)閉時(shí)不那么煩人。

ADI公司的加速度計(jì)不是電路板上唯一的非瑞薩電子組件（見(jiàn)圖2）。事實(shí)上，瑞薩已經(jīng)在其生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴中安裝了許多其他外設(shè)，包括但不限于美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體的LM4808和LM4889音頻功率放大器，ADI公司的ADMP401硅麥克風(fēng)和SSM2167低壓麥克風(fēng)前置放大器，Vishay的TSKS5400S紅外發(fā)射器，第三方LDC屏幕，揚(yáng)聲器，溫度傳感器，LED，晶體，EPROM等。

為了控制低功率交流負(fù)載，瑞薩包含自己的BCR3AS-12A TRIAC，它可以打開(kāi)和關(guān)閉負(fù)載，但不用于調(diào)光或比例（相位）控制。相反，瑞薩的N溝道功率開(kāi)關(guān)MOSFET可以對(duì)小型電機(jī)（最高60伏，2安培）進(jìn)行PWM控制。

圖2：RL78/G13演示板組件布局（由Renesas提供）。

開(kāi)始營(yíng)業(yè)

設(shè)置完成后，啟動(dòng)IAREmbeddedWorkbench?并單擊示例程序代碼（“入門(mén)指南”中的步驟10到17）。示例程序執(zhí)行RL78/G13的許多關(guān)鍵功能，包括ADC_OneShot，ADC_Repeat，Async_Serial，DMAC，IIC_Master（需要第二塊板），LVD，RTC，定時(shí)器和WDT。還有一個(gè)教程程序，以及一個(gè)名為Application的程序，它是一個(gè)用于開(kāi)發(fā)自己的程序的框架 - 盡管顯然你可以構(gòu)建一個(gè)示例，或者如果你喜歡從其他程序中將代碼剪切并粘貼到Application中刮。

如果你決定使用RDK開(kāi)發(fā)自己的程序，你會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)有用的工具是Applilet3，它為不同的MCU外設(shè)功能（時(shí)鐘，定時(shí)器，串行接口，A/D轉(zhuǎn)換器，DMA）生成設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序控制器等）基于您輸入程序GUI的設(shè)置。驅(qū)動(dòng)程序功能作為API提供，不限于外圍功能的初始化。

要編譯，下載和運(yùn)行程序，選擇一個(gè)程序，右鍵單擊它，然后選擇“設(shè)置為活動(dòng)狀態(tài)”。然后：

在“工作區(qū)”窗口下，單擊項(xiàng)目以查看

從Project菜單中，選擇Rebuild All。

如果您還沒(méi)有這樣做，請(qǐng)通過(guò)USB電纜將電路板連接到PC并設(shè)置SW5 -2到調(diào)試位置（OFF）。

選擇Project/Download and Debug。項(xiàng)目下載到RL78，Workbench切換到調(diào)試模式。如果一切順利，你的屏幕應(yīng)該與圖3中的類(lèi)似。

點(diǎn)擊Reset圖標(biāo)，然后點(diǎn)擊Go按鈕。

LCD屏幕現(xiàn)在將顯示一條歡迎信息，并說(shuō)明下一步該做什么，所有這些都與您剛剛下載的程序有所不同。

圖3： IAR調(diào)試屏幕。

由于RL78/G13的設(shè)計(jì)考慮了低功耗電池供電應(yīng)用，因此我對(duì)低壓檢測(cè)器（LVD）程序特別感興趣。 RL78具有低壓檢測(cè)電路，可確保CPU的電壓范圍，并在電源電壓降至某一水平以下時(shí)將器件設(shè)置為停止模式，如圖4所示。

圖4：RL78低壓檢測(cè)電路動(dòng)作（由Renesas提供）。

我根據(jù)每個(gè)示例程序附帶的Description.txt文件中的說(shuō)明構(gòu)建，下載和啟動(dòng)程序。接下來(lái)，我將電路板置于運(yùn)行模式（SW5-2 ON），斷開(kāi)USB電纜，并將五伏電源連接到J4。打開(kāi)電源啟動(dòng)程序運(yùn)行，LCD屏幕左側(cè)的指示燈閃爍。

將DVM連接到電源的輸出端和RTC的范圍，我慢慢降低電壓，看著液晶屏快速開(kāi)始褪色。在3.2伏特時(shí)，紅色LED熄滅，剩余的綠色LED熄滅，但仍然亮著。在大約1.8伏特的電壓下，綠色LED熄滅，因?yàn)槌薘TC之外的所有東西都關(guān)閉了，它的電壓大約為1.5伏。

我按照承諾將電壓重新調(diào)高，LED恢復(fù)到大約1.9伏的壽命。只是為了確保不是僥幸（J4的剩余電壓，電源一直向下轉(zhuǎn)動(dòng)仍然是24 mV），我完全斷開(kāi)了電源，數(shù)到10，慢慢地將電壓恢復(fù) - 相同的結(jié)果。上電復(fù)位按照承諾工作。

掉電

除了停止模式外，RL78還有兩種掉電模式。 RL78的一個(gè)獨(dú)特功能是貪睡模式，與沒(méi)有此模式的實(shí)現(xiàn)相比，它使RL78/G13 MCU的平均系統(tǒng)功耗降低了30％以上。

RL78/G13有三種電源管理模式：Halt，Snooze和Stop（參見(jiàn)圖5）：

在Halt模式下，CPU時(shí)鐘被禁用但所有外圍設(shè)備仍在運(yùn)行。

在貪睡模式下，除了配置ADC，UART和CSI外，外設(shè)的時(shí)鐘被禁用。

在停止模式下，高速系統(tǒng)時(shí)鐘和內(nèi)部高電平 - 禁用速度振蕩器，停止整個(gè)系統(tǒng);但是，子系統(tǒng)時(shí)鐘設(shè)置會(huì)保留。

圖5：RL78電源管理模式（由Renesas提供）。

要從運(yùn)行模式進(jìn)入暫停或停止模式，只需分別輸入暫?；蛲Ｖ怪噶?。返回運(yùn)行模式需要未屏蔽中斷請(qǐng)求或復(fù)位信號(hào)。由于高速時(shí)鐘仍以Halt模式運(yùn)行，因此返回僅需要正常的中斷服務(wù)延遲。當(dāng)在產(chǎn)生中斷請(qǐng)求時(shí)立即重啟CPU操作很重要時(shí)，建議使用暫停模式。

由于時(shí)鐘在停止模式下停止，因此返回運(yùn)行模式需要額外的時(shí)間來(lái)穩(wěn)定時(shí)鐘。當(dāng)所需的響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)于喚醒時(shí)間（最長(zhǎng)可達(dá)20μs）時(shí)，最好使用停止模式。

如果啟用了貪睡模式，則高速內(nèi)部時(shí)鐘正在運(yùn)行，只需執(zhí)行手頭任務(wù)所需的外圍設(shè)備。這些可能包括RTC，間隔定時(shí)器，看門(mén)狗定時(shí)器，上電復(fù)位，低壓檢測(cè)器，外部中斷和按鍵中斷。

在貪睡模式下，無(wú)需等待CPU喚醒以接收串行數(shù)據(jù)。例如，ADC可以接收數(shù)據(jù)并檢查它是否在預(yù)定范圍內(nèi)。如果數(shù)據(jù)在“安全范圍”內(nèi)，則RL78從“貪睡”模式轉(zhuǎn)換為“停止”模式。如果不是，則CPU返回“運(yùn)行”模式以處理數(shù)據(jù)。

利用貪睡模式可以在便攜式應(yīng)用中延長(zhǎng)電池壽命，可以盡可能地停止或停止MCU。表1列出了RL78/G13的典型工作電流，其中96 KB的閃存工作電壓為3伏，工作頻率為32 MHz。請(qǐng)注意，運(yùn)行，暫停和停止模式不包括ADC或LVD電流，因此如果在模式期間使用這些功能，則必須添加其電流。

運(yùn)行期間的電流功率4.7 mA（32 MHz，30。 V，典型值。）停止時(shí)的功率6.21 mA（32 MHz，3.0 V，典型值）停止時(shí)的功率0.23μA（-40°C至+ 70°C，無(wú)WDT，典型值）貪睡期間的功率停止電流加有效功能RTC工作電流0.02μA（3.0 V，32 kHz，典型值）RTC +32 kHz振蕩電流0.54μA（3.0 V，32 kHz，典型值）WDT工作電流0.22μA（3.0 V，15 kHz） ，典型值。）ADC工作電流0.5 mA（低壓模式，3V，典型值）溫度傳感器75μA（典型值3.0 V）LVD工作電流0.08μA（典型值3.0 V）

表1：RL78/G13工作電流（FIH，32 MHz，3伏，96 KB，典型值）（由Renesas提供）。那么表1中的數(shù)字如何與真實(shí)世界的設(shè)計(jì)相關(guān)？表2顯示了使用RL78/G13在不使用貪睡模式的情況下使用RDK上的傳感器測(cè)量溫度的功率曲線 - 在這種情況下，CPU需要喚醒以進(jìn)行處理 - 與表3相反，表3顯示了使用結(jié)果貪睡模式。

功能操作 - 無(wú)貪睡當(dāng)前時(shí)間總測(cè)量溫度5.2 mA42.8μsec2.2256E-07 Amp-Sec存儲(chǔ)事件4.7 mA8μs3.76E-08 Amp-Sec等待事件0.62μA（0.5 s - 50.8 μs3.1E-07 Amp-Sec平均電流0.57μA0.5s1.14 Amp-Sec

表2：平均電流估算 - 無(wú)貪睡（由Renesas提供）。

功能操作 - 貪睡當(dāng)前時(shí)間段總測(cè)量溫度1.12 mA42.8μsec4.7E-08 Amp-Sec存儲(chǔ)事件4.7 mA8μs3.76E-08 Amp-Sec等待事件0.62μA（0.5 s - 50.8μs3.10E-07 Amp-Sec平均電流0.791μA0.5s3.95E- 07 Amp-Sec

表3：平均電流估計(jì) - 使用貪睡（由Renesas提供）。

將這些數(shù)字與表2和表3進(jìn)行比較，使用Snooze m ode將溫度測(cè)量功能的電流從大約0.2 mA降低到1.12 mA，降低了79％。此外，整個(gè)周期的工作功率從1.14安培 - 秒降至3.95E-07安培 - 秒，節(jié)電約31％。