高性能節(jié)能型 EFM32? 外圍設(shè)備

Silicon Labs 的 EFM32? ARM??Cortex?-M 32 位微控制器 (MCU) 配備諸多旨在實(shí)現(xiàn)低能耗運(yùn)行的外圍設(shè)備。低功耗外設(shè)可在不犧牲性能的情況下提供高吞吐量和性能，使用創(chuàng)新控制技術(shù)和周邊反射系統(tǒng) (PRS)，一切皆有可能。外圍設(shè)備可在任何 CPU 都未介入的情況下響應(yīng)和對外部或內(nèi)部觸發(fā)器的輸入信息作出反應(yīng)。結(jié)合使用直接存儲(chǔ)器存取 (DMA) 控制器，啟用 PRS 的 EFM32 系統(tǒng)會(huì)受益于自主行為，進(jìn)而減少延遲和能源消耗。

• 核心和內(nèi)存
• 時(shí)鐘管理
• 能耗管理
• 串行接口
• I/O 端口
• 定時(shí)器和觸發(fā)器
• 模擬接口
• 安全

核心和內(nèi)存

ARM Cortex-M 處理器

內(nèi)存和總線系統(tǒng)

Silicon Labs 的 EFM32 32 位微控制器產(chǎn)品系列內(nèi)置低延遲內(nèi)存系統(tǒng)，采用具有數(shù)據(jù)保存功能的低功耗閃存和 RAM，可實(shí)現(xiàn)極具吸引力的低能耗模式運(yùn)行。EFM32 包含 4 主內(nèi)存分段（閃存、RAM、外部總線接口和低延遲外圍設(shè)備），其可通過 ARM Cortex-M CPU 或 DMA 控制器訪問。

調(diào)試接口

EFM32 Cortex-M 設(shè)備采用 ARM CoreSight? 片上調(diào)試和跟蹤接口。串行線調(diào)試技術(shù)，特別是適用于 EFM32 的串行線調(diào)試端口，可用作片上調(diào)試模塊和計(jì)算機(jī)開發(fā)環(huán)境之間的接口。EFM32 調(diào)試接口使現(xiàn)場重新編程和更新系統(tǒng)變得很容易，并允許使用最少的 I/O 引腳進(jìn)行調(diào)試。

調(diào)試和編程亮點(diǎn)包括：

• 2 線串行線調(diào)試接口
  • 調(diào)試/編程
• 1 線串行線查看器輸出
  • 打印樣式調(diào)試信息
  • 功耗 (PC) 采樣
• 固件保護(hù)用調(diào)試鎖定
• 預(yù)編程引導(dǎo)加載程序
  • 所有 EFM32 中的 UART
  • 帶 USB 的零部件中的 UART+USB
• 5 線嵌入式跟蹤宏單元 (EFM32 Leopard Gecko、Giant Gecko 和 Wonder Gecko)
  • 指令和數(shù)據(jù)跟蹤
    

直接存儲(chǔ)器存取 (DMA) 控制器

DMA 可在 CPU 未介入的情況下移動(dòng)數(shù)據(jù)，從而有效減少能耗和 CPU 工作量。此外圍設(shè)備可使系統(tǒng)以低能耗模式遷移數(shù)據(jù)，例如從 USART 遷移到 RAM 或從外部總線接口遷移到 DAC。

• 閃存/RAM 和外圍設(shè)備間傳輸
• 多達(dá) 12 個(gè)通道
• 多個(gè)高級傳輸模式（散集、往復(fù)式）
• 減少延遲

時(shí)鐘管理

時(shí)鐘管理單元

MCU 的功耗主要來自于時(shí)鐘和振蕩器。時(shí)鐘管理單元控制 Silicon Labs EFM32 MCU 上的時(shí)鐘和振蕩器，能夠單獨(dú)打開和關(guān)閉所有外圍設(shè)備模塊的時(shí)鐘，并啟用/禁用可用的振蕩器。結(jié)合使用低功耗振蕩器和靈活的時(shí)鐘控制方案即可最大程度減少任何給定應(yīng)用的能耗。

時(shí)鐘管理單元具有以下特征：

• 多個(gè)時(shí)鐘源（集成 RC 和晶體振蕩器）
• 電流饑餓型振蕩器可確保低能耗運(yùn)行
• 低啟動(dòng)時(shí)間
• 動(dòng)態(tài)系統(tǒng)時(shí)鐘分頻
• 32 kHz 外圍設(shè)備模塊時(shí)鐘預(yù)分頻器選擇
• 時(shí)鐘門控

下載應(yīng)用說明：

0 系列時(shí)鐘管理單元概述

1 系列時(shí)鐘管理單元概述

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能耗管理

穩(wěn)壓器

所有 Silicon Labs EFM32 MCU 均配有片上穩(wěn)壓器，其可在運(yùn)行時(shí)將供電電壓轉(zhuǎn)變?yōu)檎_的內(nèi)部電源。片上穩(wěn)壓器不受供電電壓范圍 (1.85–3.8 V) 支配，可產(chǎn)生全部所需電壓，從而使得給 EFM32 MCU 供電變得極為容易。

電壓比較器

電壓比較器會(huì)在電源電壓達(dá)到臨界水平后發(fā)出警報(bào)，簡單省事。如果電壓電平太低，復(fù)位管理單元會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)復(fù)位，電壓比較器會(huì)比較電源電壓和內(nèi)部帶隙基準(zhǔn)電壓。也可通過軟件調(diào)整電壓比較器的占空比，進(jìn)一步減少能耗和功能：

• 64 步驟內(nèi)的可分 VDD，可選作為正比較器輸入值
• 內(nèi)部 1.25 V 帶隙基準(zhǔn)電壓
• 適用于內(nèi)部 VDD 和帶隙基準(zhǔn)電壓的低功耗模式
• 可選邊緣產(chǎn)生的異步中斷

上電復(fù)位

EFM32 MCU 開啟后，上電復(fù)位會(huì)在達(dá)到適當(dāng)?shù)墓ぷ麟妷汉蟊O(jiān)控輸入電源電壓和信號，確保該 MCU 擁有正確的啟動(dòng)狀態(tài)。上電復(fù)位外圍設(shè)備采用超低功耗設(shè)計(jì)，同時(shí)監(jiān)控外加功率，并在復(fù)位原因寄存器內(nèi)設(shè)置復(fù)位原因，以供軟件使用。

欠壓檢測器

如果電源電壓在運(yùn)行期間跌至閾值電壓以下，“欠壓”即已發(fā)生。然后，欠壓檢測器會(huì)使 MCU 復(fù)位，以防止意外程序執(zhí)行和數(shù)據(jù)損壞。EFM32 配備兩個(gè)欠壓監(jiān)測器，一個(gè)用于外部非穩(wěn)壓電源，一個(gè)用于 1.8 V 穩(wěn)壓導(dǎo)電軌。

注意：欠壓監(jiān)測器模式已在 EM0 – EM3 模式下啟用，并且在 EM4 模式下亦可用于 EFM32 Leopard Gecko、Giant Gecko 和 Wonder Gecko MCU。

串行接口

UART

嵌入式系統(tǒng)經(jīng)常使用串行通信，UART 可與眾多外部設(shè)備進(jìn)行高效通信。UART 是一款極為靈活的串行 I/O 模塊，支持全雙工和半雙工異步 UART 通信。

UART 外圍設(shè)備的特征包括：

• 各種運(yùn)行模式、幀格式和可編程波特率可供選擇
• 可使 UART 在未解決時(shí)保持空閑狀態(tài)的多處理器模式
• 三重緩沖和 DMA 支持，可在 CPU 最小介入的情況下實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)傳輸率

低能耗 UART

EFM32 低能耗 UART 采用低頻 32 kHz 時(shí)鐘，提供全 UART 通信，并包括必要的硬件支持，可在軟件最小介入和最低能耗的情況下實(shí)現(xiàn)異步串行通信。低能耗 UART 的優(yōu)點(diǎn)是其能在 EM2（深度睡眠）模式下運(yùn)行，同時(shí)其他模塊關(guān)閉，以節(jié)約能源。

下載應(yīng)用說明：了解關(guān)于低能耗 UART 外圍設(shè)備的更多信息

USART

嵌入式系統(tǒng)經(jīng)常使用串行通信，USART 可與眾多外部設(shè)備進(jìn)行高效通信。USART 外圍設(shè)備可以處理高速 UART、SPI 總線、智能卡和 IrDA 通信，并具有以下特征：

• 異步和同步 (SPI) 通信
• 全雙工和半雙工
• 獨(dú)立的接收/傳輸 2 級緩存
• 可編程波特率
• 各種異步和同步模式支持
• I2S 支持（EFM32 Zero GEcko、Tiny Gecko、Leopard Gecko、Giant Gecko 和 Wonder Gecko）
• 首先通過 LSB 或 MSB 傳輸數(shù)據(jù)
• 可配置的數(shù)據(jù)位和停止位數(shù)
• 硬件沖突檢測
• 多處理器模式
• USART0 上 IrDA 調(diào)制器
• 智能卡模式 (ISO7816)
• 環(huán)回模式

I2C 接口

I2C 模塊可以僅使用一個(gè)數(shù)據(jù)線和一個(gè)時(shí)鐘線在集成電路之間進(jìn)行簡單、可靠和經(jīng)濟(jì)高效的通信。借助 DMA 的幫助，I2C 接口可在 CPU 最小介入的情況下進(jìn)行 I2C 通信。地址識(shí)別在所有能耗模式下均可用，可使 MCU 等待 I2C 總線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，具有 Sub-μA 的電流消耗。

• 包含多達(dá)兩臺(tái)I2C 外圍設(shè)備
• I2C 和 SMBus 支持
• 數(shù)據(jù)速率高達(dá) 1 Mbps
• EM3（停止）模式下的硬件地址識(shí)別

I/O 端口

外部總線接口

外部總線接口是一款多功能異步并行地址/數(shù)據(jù)總線，其可簡化常見外部并行接口設(shè)備的訪問，如 SRAM、閃存、ADC 和液晶顯示器。該接口通過內(nèi)存映射到 Cortex-M 的地址總線，每次讀寫時(shí)無需 I/O 級存取即可實(shí)現(xiàn)無縫軟件訪問。可通過 DMA 接合外部總線接口，然后在 EM1（睡眠）模式下運(yùn)行。

• 數(shù)據(jù)和地址線可進(jìn)行多路傳輸，以減少接合外部設(shè)備所需的引腳數(shù)量
• 每個(gè)新品選擇庫的定時(shí)均單獨(dú)可調(diào)，以符合外部設(shè)備的規(guī)范
• 該接口僅限異步設(shè)備使用（無時(shí)鐘信號可用）

外部中斷

Silicon Labs 的 EFM32 MCU I/O 具有 16 個(gè)外部中斷，可用于發(fā)送系統(tǒng)內(nèi)的事件和狀態(tài)信號。可以使用嵌套向量中斷控制器 (NVIC) 配置外部中斷在下降沿/上升沿和不同優(yōu)先級時(shí)觸發(fā)。Cortex-M 核心處理器支持快速嵌套中斷請求，并使系統(tǒng)具備超短響應(yīng)時(shí)間和低延遲能力。

定時(shí)器和觸發(fā)器

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

大多數(shù)應(yīng)用都擁有需要在 CPU 極少介入和功耗極低的情況下精確計(jì)時(shí)的操作。高頻定時(shí)器/計(jì)數(shù)器外部設(shè)備可以跟蹤定時(shí)和計(jì)數(shù)時(shí)間，并產(chǎn)生輸出波形，觸發(fā)其他外圍設(shè)備的定時(shí)操作。

• 多達(dá) 3 個(gè) 16 位定時(shí)器
  • 上、下、上/下模式
  • 正交解碼器
  • 3 比較/捕獲/PWM
  • TIMER0 空載時(shí)間插入
• Systick 定時(shí)器
  • 集成到 Cortex-M
  • 操作系統(tǒng)定時(shí)器

周邊反射系統(tǒng) (PRS)

Silicon Labs 的 EFM32 微控制器中的周邊反射系統(tǒng)可以在不使用 CPU 的情況下直接連接不同的外圍設(shè)備。借助此系統(tǒng)，外圍設(shè)備能夠產(chǎn)生其他外圍設(shè)備可以接收并即刻反應(yīng)的信號，同時(shí) CPU 依然處于睡眠狀態(tài)。

低能耗定時(shí)器

大部分設(shè)備關(guān)閉后，可以使用低能耗定時(shí)器進(jìn)行定時(shí)和輸出生成，從而允許在系統(tǒng)功耗處于絕對最小值時(shí)執(zhí)行簡單的任務(wù)。低能耗定時(shí)器也可以連接到實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器 (RTC)，并可配置為從 RTC 開始計(jì)數(shù)以比較匹配。借助緩沖重復(fù)和最高值寄存器，低能耗定時(shí)器可以提供高達(dá) 16 kHz 頻率的無干擾波形。

• 16 位計(jì)數(shù)器、8 位重復(fù)
• 從 LFXO/LFRCO 開始計(jì)時(shí)
• 波形生成
• 外部組件/傳感器占空比控制

I/O 端口

脈沖計(jì)數(shù)器

脈沖計(jì)數(shù)器會(huì)在檢測到特定數(shù)量的脈沖或旋轉(zhuǎn)后中斷，以消除定時(shí)或 I/O 中斷和 CPU 處理需求。外圍設(shè)備：

• 包括多達(dá) 3 個(gè) 8/16 位脈沖計(jì)數(shù)器，
• 計(jì)數(shù)輸入的上升沿或下降沿，和
• 包括方向中斷變更（異步正交解碼器）。

實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器 (RTC)

許多應(yīng)用存在幾乎不需要執(zhí)行任何操作的長時(shí)間間隔。因而，這些時(shí)間間隔應(yīng)設(shè)定在睡眠模式中，以節(jié)約能源。RTC 外圍設(shè)備可確保以低能耗模式進(jìn)行計(jì)時(shí)。結(jié)合使用低功率 32 kHz 振蕩器，RTC 可在 EM2（深度睡眠）模式下運(yùn)行，并且電流消耗低于 0.6 μA。在 EM2 模式下，核心和高速外圍設(shè)備會(huì)關(guān)閉，但可以啟用 LCD 控制器、低能耗 UART 和 RTC 等低能耗外圍設(shè)備。

看門狗定時(shí)器

看門狗定時(shí)器可以在軟件故障或外部事件致使 MCU 無響應(yīng)的情況下，重置系統(tǒng)以恢復(fù)已知的安全狀態(tài)，從而提高應(yīng)用程序的可靠性。已啟用的看門狗定時(shí)器執(zhí)行可配置的超時(shí)期限，如果 CPU 未能在超時(shí)發(fā)生前重新啟動(dòng)看門狗定時(shí)器，將會(huì)觸發(fā)系統(tǒng)全面復(fù)位。

看門狗的功耗不大，并可使設(shè)備在低能耗模式安全保持高達(dá) 32 秒。

• 系統(tǒng)故障情況下的定時(shí)復(fù)位
• 9 至 256k 時(shí)鐘周期超時(shí)
• 從 ULFRCO/LFXO/LFRCO 開始計(jì)時(shí)
• 鎖定以避免意外變更導(dǎo)致啟用或禁用選定振蕩器

模擬接口

模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)

模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 用于將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字表示：

• 8 外部輸入信道
• 12 位 @ 1Msps，電流消耗僅為 350 μA
• 低至 0.5 μA，1000 個(gè) 6 位樣本/秒

集成輸入混合可從 8 個(gè)外部引腳和 6 個(gè)內(nèi)部信號中選擇輸入。使用 PRS 和 DMA 時(shí)，ADC 可在 CPU 未介入的情況下運(yùn)行，從而最大程度減少通電資源的數(shù)量。ADC 可進(jìn)一步調(diào)整占空比設(shè)置，以減少能耗。

數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC)

數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC) 可在僅消耗有限能源的情況下將數(shù)字值轉(zhuǎn)換為模擬信號。使用 DMA 和定時(shí)器后，DAC 可用于在任何 CPU 均未介入的情況下生成波形。

• 12 位 @ 500 ksps，電流消耗僅為 200 μA
• 2 獨(dú)立信道
• 持續(xù)的采樣保持和采樣關(guān)閉轉(zhuǎn)換模式
• 正弦生成模式

LCD 控制器

EFM32 MCU 包含一個(gè)獨(dú)立的超低功耗 LCD 驅(qū)動(dòng)器，其中配備內(nèi)部偏置電壓電路和升壓轉(zhuǎn)換器以最大程度減少外部組件需求。LCD 驅(qū)動(dòng)器在 EM2（深度睡眠）模式下的電流消耗低于 2 μA，能夠驅(qū)動(dòng)分段 LCD 顯示屏，最高可達(dá) 8x36 個(gè)分段。

低功耗 LCD 驅(qū)動(dòng)器支持在應(yīng)用中、甚至是能耗苛刻系統(tǒng)中使用 LCD 顯示屏。

• 升壓功能可使其為 LCD 顯示屏輸入高于設(shè)備電源電壓的電壓
• 動(dòng)畫功能可以在任何 CPU 均未介入的情況下使用 LCD 顯示屏播放自定義動(dòng)畫
• LCD 驅(qū)動(dòng)器可在 EM2 模式下保持活躍，并中斷幀計(jì)數(shù)器工作，以定期喚醒設(shè)備，更新數(shù)據(jù)

模擬比較器

通常僅當(dāng)應(yīng)用中的模擬信號超出閾值時(shí)，應(yīng)用才需要知道模擬信號的確切值。模擬比較器可用于比較兩個(gè)模擬輸入電壓，然后顯示數(shù)字輸出，以表明哪個(gè)輸入電壓更高。輸入既可以是某個(gè)可選的內(nèi)部參考，也可以是外部引腳，并且可以直接將比較器輸出發(fā)送到 GPIO 或 PRS。

• 高達(dá) 2 個(gè)模擬輸入（一正一負(fù)）
• 每個(gè)比較器具有 8 個(gè)輸入引腳
• 可配置的速度/電流 4.5 μs / 0.1 μA0.2 μs / 2 μA
• 電容式感應(yīng)模式

安全

AES 加密加速器

Silicon Labs 的 EFM32 MCU 包括一個(gè)硬件 AES 加速器，其可在 CPU 極少或根本未介入的情況下與 128 位區(qū)塊大小和 128 或 256 位密鑰共同使用，顯著減少了加密/解密時(shí)間。AES 模塊是一個(gè) AHB 從模塊，可用于高效地訪問數(shù)據(jù)和密鑰寄存器。

• 加密/解密
• 128/256 位密鑰 @ 54/75 周期
• 比軟件快 20–80 倍
• 實(shí)時(shí)密鑰生成
  • 無需內(nèi)存
• 密鑰在 128 位模式下緩存
  • 無需重新加載密鑰
• DMA 支持自主密碼模式