近年來物聯(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，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)都會使用一些特殊的方法來降低控制器的功耗和漏電流。

我們今天要介紹的開發(fā)板——Microchip SAM D21就是這樣一款有著極低功耗的MCU產(chǎn)品。

1開發(fā)板介紹

下滑查看詳情

• ATSAMD21J18A MCU

• 用戶LED x 1

• 用戶按鍵 x 1

• 板載調(diào)試器

• USB調(diào)試供電接口

• USB接口

• Xplained Pro外部擴(kuò)展接口

• 8M串行FLASH

該開發(fā)板使用的芯片為ATSAMD21J18A，其內(nèi)部框圖如下：

圖2

其芯片特性

• CPU Cortex-M0+ Up to 48MHz

• 具有256KBytes Flash

• 具有32 KBytes SRAM

• 低功耗模式小于70uA/MHz

• DMA和事件系統(tǒng)

• 6個(gè)靈活的串口SERCOM（可配置為I²C，SPI，全速USB設(shè)備和嵌入式主機(jī)UART）

• 全速USB設(shè)備和嵌入式主機(jī)

• 20通道12位ADC

• 10位DAC

• 16位定時(shí)計(jì)數(shù)器 x 5

• 操作電壓：1.62 - 3.63V

• 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：L0、L1、L2。

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采樣事件來對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)就會帶來非常大的優(yōu)勢。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：

• 12個(gè)可配置事件通道：可連接到任何的事件生產(chǎn)者

• 74個(gè)事件生產(chǎn)者

• 29個(gè)事件用戶

• 可配置邊沿檢測

• 外設(shè)可以為事件生產(chǎn)者

• 用戶，或同時(shí)為生產(chǎn)者及用戶

• 支持睡眠模式下工作

• 可支持軟件中斷

圖4

2開發(fā)板體驗(yàn)

以Windows電腦為例，其它系統(tǒng)可參考官方教程頁

該開發(fā)板的體驗(yàn)環(huán)節(jié)，我們分三個(gè)部分進(jìn)行。一是開發(fā)環(huán)境的搭建，二是開發(fā)環(huán)境常用功能介紹，三是基于兩個(gè)例程來介紹SAM D21的亮點(diǎn)功能。

圖5

1、開發(fā)環(huán)境搭建

圖5

2、常用開發(fā)功能介紹

圖7

b）菜單中選擇開發(fā)板SAM D21 Xplained Pro，選擇LED Toggle例程，點(diǎn)擊確認(rèn)。

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。下邊我們一步步來實(shí)現(xiàn)該工程。

• 打開Microchip Studio點(diǎn)擊文件、新建、新建Start工程。

• 選擇EVENT SYSTEM例程

• 點(diǎn)擊確認(rèn)后，選擇SAM D21開發(fā)板。

• 接下來就進(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：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。

• 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。

• 點(diǎn)擊運(yùn)行后下載的開發(fā)板中，連接串口，按下SW0后查看串口打印。

• 測試應(yīng)用功耗：可以看到工作時(shí)，功耗僅為8ua。

圖9

這款開發(fā)板適用于各類低功耗MCU場景：如表計(jì)，可穿戴設(shè)備等。

4開發(fā)板總結(jié)

各大MCU廠商都在盡力簡化MCU的基礎(chǔ)開發(fā)工作，像I/O引腳配置，DMAC配置等等，好讓開發(fā)工程師把節(jié)省出來的時(shí)間專注于項(xiàng)目的應(yīng)用開發(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)輸入的開發(fā)環(huán)境來說，極大縮短了開發(fā)周期。

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