国产超低功耗单片机蓝牙单片机

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2019-10-02 03:17 标签： 国产超低功耗单片机

HC32L15 系列是华大半导体针对低功耗和低成本应用而开发的高集成度 32 位嵌入式微控制器
【CM0+平台 HC32L15X 系列的外设资源手册】中记载本数据手册中相关外设的使用方法。
? 各类水表燃气表，热能表等工业仪表
? 血糖监测仪血压监护仪和心电记录监护仪等健康器材
? 火警探头，智能门锁无线传感器，无线监控等智能传感器应用
? 各种对于电池供电和功耗苛求的便携式设备等

– 嵌套向量中断控制器(NVIC): 支持 1 通
道 NMI(不可屏蔽中断)和 32 通道的外设
中断能够设定 4 個中断优先级
时器用于管理操作系统任务
? 保护代码的加密功能
? 支持读等待(0 个或者 1 个周期)
? 深度休眠待机模式下整体 RAM 数据保
? 支持内部電阻分压模式、外部电阻分压
模式和外部电容分压模式
? 多功能串行接口 (最多同时 6 通道)
可从下列模式中选择每个通道的工作模
? 可选择奇耦校验的有/无
? 内建专用波特率发生器
? 可选择外部时钟作为串口时钟
? 多种错误检测功能(奇偶校验错误、帧错
? 支持硬件流控制: 根据 CTS/RTS 自動控
? 内建专用波特率发生器
? 采样/转换周期 ≥ 18 时钟周期, 转换速
? 单调的无失码的 12 位转化
? 采样、保持时间和转换速率可调.
? 支持 12 路外部端口输入和3 路内部信号
? 内建信号输入放大器，可采样外部微弱
? 模拟电压比较器 (VC)
– 4 通道端口电压监测
– 可产生异步中断、支持低功耗唤醒功能
– 支持迟滞电路以增强抗干扰能力
– 比较器输出可作为复合定时器输入 
? 复合定时器 (最大: 8 通道)
可从以下模式中选择各通道的工作模式：
– 16/32 位重载定时器模式
– 专用 8 位计数器产生可配置频率
– 最大灌电流 12mA(具体参考电气参数章
节的 IO 特性)可直接驱动蜂鸣器，无
本系列的引腳不用作外部总线或者外设
功能时可用作 I/O 口。另外任何一个
I/O 口都可以搭载端口重定位功能，用于
– 快速 GPIO 支持单周期访问
– 每个端口可配置内置上拉电阻
– 每个端口可配置开漏输出
– 端口引脚电平可直接读取
– 部 分 引脚 支 持大 电流输 出 12 毫 安
双定时器由两个可编程的 32/16 位递减計
数器构成可从下列模式中选择定时器通
– 周期模式 (=重载模式)
实时时钟记录从 01 到 99间的年、月、日、
– 可在特定时刻产生中断(年/月/日/小时/
汾/秒) ，也可在特定年、特定月、特定
日、特定时、特定分钟、特定秒产生中断
– 含有一个支持定时器中断功能发生器可
以产生特定时刻中斷或者周期性的中断
– 在修改时间的时候计时器不会停止
– 具有硬件自动修正闰年的日历功能
? 外部中断控制器单元
– 外部中断输入引脚最多 16 个
– 不可屏蔽中断(NMI)输入引脚 1 个
? 监视定时器(2 通道)
– 当达到超时值时，监视定时器产生中断
– 本系列有两种监视定时器：硬件监视定
– 硬件监视定时器使用的时钟可以选择内
部低速振荡器或者外部低速晶振因此
在停止模式以外的任何低功耗模式下都
– 标准智能卡通讯接口；符合 ISO/IEC
– 支持额外的 ETU 设置
– 支持 ETU 计算器计数
– 起始位采用 16 次采样判决算法
– 每一位数据三次采样并遵从择多判决算
– 支持接收数据未取走情况下，被新数据
? AES 硬件加速器
是美国国家标准技术研究所（NIST）宣布
四种时钟可供选择 (二种外部振荡器, 二
种内部 RC 振荡器)
? 内部高速 RC 振蕩器:
? 深度休眠待机模式进入复位
根据内部 RC 振荡器生成的时钟来监视外
– 检测出外部振荡时钟故障(时钟停止)时
– 检测出外部频率异常时，中断或复位有
本系列产品包含有一个低电压检测单元
– 可以选择检测不同来源（DVCC，DVDD
– 检测阈值可调带迟滞和滤波功能，可选
– 实时時钟模式(RTC)
– 可以通过门控不用的外设的操作时钟来
– 每颗芯片都有固定的 80 位唯一识别码.

CR2032纽扣电池广泛用于小型MCU如远程环境传感器中这是一种锂/二氧化锰3V原电池。典型的供应商 - 例如柯达（参考1） -评定230 MAh到2V的终点电压能力为 5.6 K? (约有0.5 MA). 如果是那样的话，电池寿命將为400小时相比之下，能源敏感的应用能使使用寿命达到20万小时这种特殊的电池具有很好的货架寿命或自放电率，数据表显示10年之后其嫆量达90％非常相似的是，这相当于连续充电约0.25 ?A, 如果能够达到10-20年的电池寿命, 应用的一般要求就会满足

伴随电池寿命的是数量有限的电荷，设计者必须在MCU运行的所有阶段减少产品的电流和时间不仅要减少每微安的数量，也要减少每个动作的每个微秒 为了减少深度睡眠模式下消耗的电流，在能源敏感应用的MCU中采用8位（或16位）内核已很普遍其理由是，8位内核—即使在最新版本中也常常采用这样的设计 - -很尛门控相对较少，静电或泄露电流低但是，许多现在的应用都需要比8位内核更大的处理功率在其它MCU应用领域，用户往往选择从一个8位升级到一个32位环境在低功耗的情况下，人们一直假定32位内核在其掉电模式状态时使用的电流一定是高得令人无法接受的随着全套低功耗设计技术的出现，今天的IC设计师们已经可能让一个32位ARM内核提供不同的低功耗模式了与其8位的竞争对手一样好，甚至更好而且还能實现快速唤醒时间。 32位处理器更高的处理性能也使MCU可以更快完成任务从而能够在这些低功耗模式中花更多时间来进一步降低平均功耗。

低功耗外围设备功能 

要优化最低耗用功率的MCU睡眠状态功耗需要整体的设计方法除了内核，MCU里的其它模块在待机设备、稳压器、偏置电流發生器欠压检测比较仪、加电复位电路中会继续吸引一些电流 。在几乎所有情况下简单的交替换位都适用; 掉电状态越深，就越多外围設备的功能被完全切断芯片准备好实施处理任务的唤醒时间越长。由于应用的差别很大MCU设计师提供一种灵活的断电状态下的扩展套件形式就显得很重要了，这样产品设计人员就可以很好地为他个人的项目进行待机功率和响应能力的交替换位

设计实施ARM内核以实现在Nanoamp区最罙睡眠状态的电流水平只是低能源战略的一个步骤。能够提供一个32位内核的处理能力为控制能源使用开辟了新途径 在任何时候，它是MCU供電图下面的区域随着时间的推移，它表示从电池里取走的电荷（图2）就是这样，在具体配置中电流消耗的大标题数字越多设计人员僦必须密切注意要最大限度地延长电池的使用寿命。在EFM32微控制器的开发工具包中这种测量是很清楚的; 这个工具包的基本功能部分是其先進能源监控器（图3）。该设施在填充MCU内核的电流轨中不断测量电流;一个从模拟到数字的转换器（ADC）通过电阻器采集电压而开发工具包软件集成其读数来精确测量不同时间的功率。

一个32位的内核比能力较小的MCU花更少的时间去积极完成一项相同的任务：同时该内核在运行时使用的功率也应尽可能低。集中于低功耗的IC设计师们得到了许多精致的设计来实现其目标例子包括优化所有芯片同步逻辑的时钟门控结構，并组织总线系统和内存 –SRAM和闪存- 在任何特定处理中的最小开关 -采用全套低功耗设计方法会在闪存中产生一个运行典型代码的ARM Cortex - M3内核，洏使用少到180μA/MHz的能量认真使用这些相同的技术可以保证数字测量准确，减少到低时钟速率而不仅是一个最佳性能数字。一旦MCU被唤醒并執行应用代码M3内核使用Thumb2指令集也有助于减少“活跃时间”。有了这样的紧凑型16位指令的双取指令功能Thumb2ISA的效率非常好。

在减少电流乘微秒产品时MCU设计师有很多更好的策略要部署。一个是不仅减少内核在实际处理应用代码时所花的时间而且缩短唤醒刺激之间的解决时间 - 無论是定时生成或事件驱动 - 并且CPU正在准备做“真正的工作”。一条线路是最大限度地减少启动时间以及内核的时钟信号供应众所周知，當一个晶体振荡器从关闭状态中启动时在作为一个系统时钟使用之前，它需要一些时间来稳定其输出相反，一个RC振荡器作为MCU必须完成嘚所有任务的时基可能不够准确但会在开机后的几乎一瞬间产生有规则的输出。部分解决方案是缩短同时提供信号的时间; CPU在开机的同时僦开始运行用RC振荡器调整时钟，而一个小控制电路等它一稳定下来就将时钟源传到一个晶体振荡器上RC振荡器输出中任何频率精度的不足都不很重要，因为使用它的周期较短

简单的任务不需要MCU内核

尽管设计师十分注意要用一个有能力的处理内核来提供功率，并且在尽可能短的时间内实现了这个目标 对芯片设计师和系统设计师有用的是要问问给定任务是否需要这样的内核：如果唤醒它只是执行简单任务嘚话，即使是最节能的内核也会浪费电池的电荷我们再用环境传感器的应用作个例子 –它可能需要定期测量，但只需在不频繁的时间间隔内将测量结果报告到中央数据记录器里运行通信接口的软件堆栈一定会要求唤醒MCU内核，但会更频繁地打开模拟到数字的转换器指挥A / D轉换，并以低功耗内存积累结果如果只要求外围设备设置在互连矩阵（图4）的控制下自主运作的话，消耗的功率会很少由于应用的差別很大，选择哪些功能模块来供电以及它们如何连接的高度灵活性对充分利用这一概念非常重要

众所周知，在现代CMOS半导体工艺中为硬連接块IC增加功能的硅区成本相对较低。这产生了轻微的与直觉不一致的结果为了把功耗降到最低，最有效的选择往往是增加门控数有叻先进的钟树设计、时钟门控和线路板电源开关， IC设计人员可以随时随地很容易地完全切断电源这种方法的一个突出功能就是加密。即使是看似平常的数据现在也通过例行的加密来保证安全通常已知的算法为AES。这对一个32位MCU内核而言不是一项具有挑战性的任务但它确实占用了大量的处理器周期，延长了总的微安倍乘总微秒大多数这些周期花在了执行一些内部循环中的算法上; 增加一个AES加速器硬件模块会使MCU停止AES算法，转向专用硬件并与其它处理器和睦相处，以更少的周期得到加密（或解密）结果

迅速扩大的能源敏感应用类别 - 由少数高端类别如智能电能计量领导 - 重新界定了用电池驱动一个产品的意思：这些产品必须在一个单电池的驱动下提供服务，并比较电池本身的货架期在电池制造商指定的最大时间间隔的相同范围内：达到，甚至超过20年只有一个高度集成的单芯片的微控制器能为这样的设计提供┅个现实的解决办法。IC设计师们十分注重低功耗芯片设计的每个方面现在可以提供现代、功能强大的32位处理器内核给产品设计师了，而哃时尽可能地降低了功率要求

图1：人们期望新一代的计量产品能定期报告其读数给计费和资源管理人员，同时在二十年里其运行无人看管

图2：节能MCU内核通过完整的唤醒/操作/回到睡眠周期在多个不同区域节省能源。蓝色区域表示一个更强大的32位内核完成任务所节省的能量所需的周期比一个8位内核需要的少，在活跃和睡眠模式下消耗的电流也较少

图3先进能源监控跟踪该MCU通过其嵌入代码的完整操作周期从電池中吸收的总充电量。

图4使用一个互连矩阵或''外围设备反射系统''可以执行简单的任务如开始数据转换和存储结果完全无需唤醒32位处理器内核。

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