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ATMEL presentation

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Atmel® SAM D系列介绍 - 基于ARM® Cortex-M0+®内核的闪存微控 制器 1 © 2014 Atmel 03/25/2014 Atmel微控制器创新 自从1995年以来一直致力于创新 第一款带PTC和SERCOM的 Cortex-M0+ MCU 第一款基于Cortex-A5的嵌入式 微处理器 收入 第一款闪存微控制器 第一款带EEPROM的微控制器 第一款支持高级语言的8位RISC MCU 1995 1997 2 © 2014 Atmel 第一款具有业界最高存储密度的 Cortex-M4 MCU 第一款基于Cortex-M3且提 供高速USB接口的MCU 第一款基于闪存ARM7的32位微 控制器 2013 2012 2009 2010 2005 2007 第一款具有可配置事件系统的 MCU 第一款基于闪存的ARM9 微控制器 2004 第一款工作在200MHz的闪存32 位微控制器 第一款带RAM保持功能的100nA 微控制器 时间 03/25/2014 Atmel微控制器创新 自从1995年以来一直致力于创新 超过3种Cortex-M0+系列USB DMA I2S++ 1st Cortex-M0+ MCU with PTC and SERCOM 1st Cortex-A5 based embedded Microprocessor 收入 1st 闪存 Microcontroller 1st Microcontroller with EEPROM 1st 8-bit RISC MCU for HighLevel Language 1995 1997 3 © 2014 Atmel 1st with Industry’s Highest Memory Density Cortex-M4 MCU 1st Cortex-M3 based MCU with High-Speed USB 1st 闪存 ARM7-based 32-bit Microcontroller 2014 2013 2012 2009 2010 2005 2007 1st MCU with Configurable Event System 1st 闪存-based ARM9 Microcontroller 2004 1st 闪存 32-bit Microcontroller at 200MHz 1st 100nA Microcontroller with RAM Retention 时间 03/25/2014 SAM D 系列 • SAM D20 -> 基本型Atmel Coretx-M0+ 产品系列 • SAM D21 -> 在SAM D20基础上增加了USB, DMA ++ • SAM D10 -> 引脚数量少,内存小,但功能强大 • SAM D11 -> SAM D10 + USB 4 © 2014 Atmel 03/25/2014 Atmel 2013 产品组合 性能 32位MPU SAMA5 32位 MCU UC3 SAM3 Cortex-M3 SAM4 Cortex-M4 + FPU 180DMIPS 512KB 至 2MB 闪存 SAM9 Cortex-A5 + FPU ARM926 850 DMIPS FPU 低功耗 操作系统 440 DMIPS 基于闪存和 无闪存的操作系统 tinyAVR 8-bit AVR 20MIPS 0.5KB至 8KB 闪存 8位 SAM D Cortex-M0+ XMEGA SAM7 32-bit AVR 125 DMIPS 16KB 至 512KB 闪存 ARM7TDMI 100 DMIPS 16KB 至 512KB 闪存 50 DMIPS 16KB 至 512KB 闪存 megaAVR 8-bit AVR 45 DMIPS 8KB 至 256KB 闪存 8-bit AVR 20MIPS 4KB 至 256KB 闪存 32MIPS 16KB 至 384KB 闪存 8051 8-bit 5 © 2014 Atmel 特性 03/25/2014 Atmel SAM D系列介绍 将Atmel MCU的优势与ARM Cortex-M0+整合在一起 • 容易使用 • 强大的工具支撑 • 外设触摸控制器 • Atmel睡眠模式 • Atmel软件构架 AVR megaAVR Xmega Atmel SAM D UC3 SAM4 CM0+ • 事件系统 • 模拟性能 • 定时器/计数器 • 基于内部RC的USB • 广泛使用的内核 • 单周期IO访问 • 单周期乘法器 6 © 2014 Atmel 03/25/2014 Atmel SAM D 系列介绍 强大和高效的产品 • Atmel SAM D产品系列 • 48MHz操作 • 高达2.14 CoreMark® • 低至70µA/MHz • ±2% 8MHz内部RC振荡器 • 1.62V-3.63V • 4个产品系列 • 35个引脚/内存/功能的产品组合 • 8KB至256KB闪存 • 14至62个引脚封装 7 © 2014 Atmel 03/25/2014 Atmel SAM D 系列 • 事件系统 • 可配置为I2C、USART或SPI的SERCOM模块 • 全速USB • 基于内部RC振荡器的器件模式 • 嵌入式主机模式 • 电容式触摸硬件引擎 • 带增益级的12位350ksps ADC • 10位 350ksps DAC • DMA控制器 • I2S • 可以小数调节的PLL • 定时器/计数器 8 © 2014 Atmel 03/25/2014 外设事件系统 将Atmel AVR XMEGA的创新带给Atmel SAM D系列 • 外设间通信 • 独立于CPU • 8个独立通道 • 同步和异步 • 无时延事件处理 • 安全故障防护 • 100%可预测的反应时间 外设事件 GPIO 外设事件 异步定时器(RTC) 模拟比较器 ADC DAC 外设触摸控制器 • 优点 • 精确定时 • 高效地分担CPU负荷 • 减少功耗 9 © 2014 Atmel 03/25/2014 串行通信模块 (SERCOM) 高度灵活的多接口通信模块 • 可配置为 • I2C • SPI • USART • 双缓冲式接收 • IO引脚复用 • 可以用软件重新配置 • 可从所有功耗模式唤醒 • I2C地址匹配 • SPI数据接收 • USART Start 检测 10 © 2014 Atmel 03/25/2014 低功耗 • Atmel是低功耗领域中的市场领先者 • 业界领先的8位微微功耗器件 • 带微微功耗SAM4L的世界上最低功耗的Cortex-M • 低功耗Atmel SAM D系列 • 激活模式低至70µA/MHz • 运行实时时钟和全部RAM保持功能时只有3.4µA • 运行电容式触摸时低至8µA • 超低功耗振荡器 • 外设支持睡眠模式 • 在以下情况发生时可从低功耗睡眠模式唤醒 • 引脚改变 • SPI数据接收 • I2C地址匹配 • UART启动条件 • PTC触摸检测 11 © 2014 Atmel 03/25/2014 外设触摸控制器(PTC) 内置硬件触摸支持 • 支持按钮、滑动条、滚轮和接近传感 • 超高灵敏度和噪声容限 • 支持互电容和自电容触摸 • 通过触摸检测从断电状态下唤醒 封装 64引脚 48引脚 32引脚 24引脚 20引脚 14引脚 PTC通道互电容 最高到 256 最高到 120 最高到 60 最高到 72 最高到 42 最高到 12 PTC通道自电容 最高到 16 最高到 10 最高到 6 最高到 16 最高到 13 最高到 7 12 © 2014 Atmel 03/25/2014 PTC 13 © 2014 Atmel 03/25/2014 QTouch技术范例转移 2008 - 2013 标准 Atmel MCU 固件 2013- 带PTC的 Atmel MCU Firmware PTC • 全部固件解决方案 • 专门的硬件触摸控制器 • 不能与其它定时关键代码一起工作 • 要求扩展调整才能在有噪声环境中工作 可以与任何应用代码一起无缝工作 • 很容易通过抗10V传导性干扰测试 Application 14 © 2014 Atmel 技术比较 硬件平台 测量方法 带固件的标 准MCU QTouch QTouch ADC QMatrix 带PTC的 MCU 自电容 互电容 外部元件 每个通道2个 无 2x√n 无* 无* 引脚/通道数量 2 1 3x√n 1 2x√n CPU 利用率 最高 高 最高 低 低 响应时间/ 噪声容限 较好 好 较好 最好 最好 功耗 低 较低 低 最低 最低 *) 取决于抗传导干扰的要求 15 © 2014 Atmel 功耗 [µA] 140 120 100 80 60 40 20 0 1 2 4 8 16 32 64 Sample averaging 1 通道, Vcc=3.3V, f=48MHz [µA] 1200 1000 800 600 400 200 0 1 2 4 8 16 32 64 Sample averaging Scan rate 10ms Scan rate 50ms Scan rate 100ms Scan rate 200ms 10 通道, Vcc=3.3V, f=48MHz 16 © 2014 Atmel 03/25/2014 CPU 利用率 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 0% 10 50 100 200 扫描速率 [ms] Channel count 1 Channel count 10 Channel count 100 扫描速率 [ms] 通道数量 1 10 21 % 50 4% 100 2% 200 1% 10 25 % 5% 3% 1% 100 70 % 14 % 7% 4% 17 © 2014 Atmel 03/25/2014 通过QTouch库访问PTC 输入控制 补偿电路 QTouch 库 • 初始化 Y0 Y1 RS 采集模块 •灵敏度控制 IRQ • 设置增益 A Y15 100K •ADC •超采样 结果 • 设置滤波器电平 16 • 设置预调节器 P I X0 X1 X 线驱动器 • 设置频率模式 • 从通道#获取触摸值 X15 18 © 2014 Atmel 03/25/2014 SAMD20 平台概述 SAMD20 PTC QTouch库 • ASF兼容 • GCC和IAR • 中断驱动 • 动态噪声过滤 • 自动校准 SAMD20 Xplained Pro • 到QT1的接口 • 作为客户应用程序的调试 接口使用 19 © 2014 Atmel QTouch合成器 • GCC项目构建向导 • QTouch分析器 QT1 Xplained Pro • 自电容和互电容扩展板 • ASF中的例子代码 03/25/2014 SAM D的新特性 20 © 2014 Atmel 03/25/2014 直接存储器访问 - DMA SAM D10,D11和D21有此功能 • 支持数据传送 • 外设到外设 • 外设到内存 • 内存到外设 • 内存到内存 • 传送触发器 • 软件 • 事件系统 • 外设 • 12个通道 • 每个通道都支持挂起/恢复功能 • 与事件系统进行乒乓操作 • 3个优先级 • 灵活的寻址模式 • 静态 • 可编程增量 • 1- 64KB 数据传送 • 连接至 • ADC,DAC,I2S,SERCOM,T/C,T/CC • 传输时支持CRC • CRC-16 (CRC-CCITT) • CRC-32 (IEEE 802.3) 21 © 2014 Atmel 03/25/2014 全速USB SAM D11支持USB器件模式,D21支持USB器件和主机模式 • 支持USB全速(12Mbit/s)和低速(1.5Mbit/s) • 不需要外部元件 • 内置上拉和下拉电阻的片载收发器 • 片载USB串联电阻 • 没有端点/管道数量限制 • 将器件模式SRAM用作通信缓冲器 • 支持多数据包和双库的内置DMA • 支持反馈端点 • 如果不需要USB,USB引脚可以被配置为GPIO • 器件模式专门特性 • 支持多达8个IN端点和8个OUT端点 • 可以使用内部RC振荡器运行USB器件模式 • 主机模式专门特性 • 支持多达8个物理管道 • 支持USB2.0帧锁相启动功能 22 © 2014 Atmel 03/25/2014 材料清单成本最低的USB • USB器件模式使用内部RC振荡器工作,支持低速和全速 • 很少的外部元件 • PCB面积更小 • 硬件设计更简单 • 成本更低 VBUS D+ D- GND SHIELD 低压降 3.3V 稳压器 VCC VCC USB D+ USB D- GND AVCC 备注1:MCU必须工作在3.3V才能使USB正常工作。 备注2:USB主机工作模式时需要外接时钟/晶体。 23 © 2014 Atmel SAMD21 - USB软件 • Atmel软件构架(ASF)提供驱动程序 • 目前支持的USB类(器件和主机模式) • HID(人机界面设备)鼠标,键盘,通用…… • 大容量存储类(MSC) • 通信设备类(CDC) • 供应商设备类(Vendor) • 个人健康护理设备类(PHDC) • 安卓开放附件类 • 组合设备 • 驱动程序完全符合USB 2.1规范 • Atmel将认证支持USB器件和嵌入式主机模式的SAMD21-ASF: • 使用AS6.2中提供的USB堆栈(完全兼容所有例子) • 在器件模式下使用内部RC振荡器 • 认证正在进行中 24 © 2014 Atmel 内部IC声音控制器-带FPLL的I2S SAM D21中有此功能 连接外部音频设备的双向、同步、数字音频链路 • 2个独立的串化器,可配置为接收器或发送器 • 32位、24位、20位、18位、16位和8位单声道或立体声格式 • 16位和8位压缩立体声格式 • 左样本和右样本压缩在相同的字中,可减少数据传送量 • 每个串化器都有独立的外设DMA通道,允许连续的无需处理器干涉的高比特率数据传送 • 支持主、从或控制器模式的音频编解码器 • 提供专用I2S串行接口的立体声DAC或ADC • 使用TDM格式的多时隙或多个立体声DAC或ADC • 采用PDM接口的单声道或立体声MEMS麦克风 • 小数数字锁相环实现了USB到I2S数据流的数据同步,不会因单个晶体产生音 频干扰 25 © 2014 Atmel 03/25/2014 用于控制应用的定时器/计数器 SAM D10、D11和D21中有此功能 • 非常适合SMPS、照明和电机应用领域 • 与XmegaE TC具有相同的功能清单 • 16位至24位定时器分辨率 • 频率、单斜率和双斜率波形操作 • 两个输入事件 • 每个定时器/计数器最多有4个通道 • 每个通道可以独立工作在比较或捕获模式 • 每个通道有一个专门的输入事件 • 可恢复和不可恢复故障支持 • 最多有2个可识别可恢复的输入源 • 最多有2个可识别但不可恢复的输入源 • 双缓冲器支持: • 比较/捕获值 • 周期值 • 交换 • 图案产生 • 波形极性/操作 • 扩展: • 输出矩阵 [TCC0] • 死区插入 [TCC0] • 交换 [TCC0] • 图案产生 [TCC0, TCC1] • 抖动 [TCC0, TCC1] • SAM D21 - 3x T/CC • SAM D10/11 – 1x T/CC 26 © 2014 Atmel 03/25/2014 定时器/计数器使用例子 Only Availble on SAM D21 • 开关模式电源 • 半桥和全桥拓扑 • 功率因子校准(PFC) • Fly-Back • 升压/降压 • 电机控制 • 步进控制 • 无传感器无刷直流控制 • 异步控制 • 照明 • 紧凑型荧光灯 • 氙气灯 • LED串 Base Counter BV PERB PER Counter COUNT Prescaler "count" "clear" "load" "direction" Control Logic = =0 TOP BOTTOM OVF/UNF (INT/Event/DMA Req.) ERRF (INT Req.) "TCE0" "TCE1" "MCx" Event System Compare/Capture (Unit x = {0,1,…,7}) BV CCBx CCx = "capture" "match" Control Logic Waveform Generation "ev" UPDATE Recoverable Faults Output Matrix Dead-Time Insertion SWAP Pattern Generation Non-recoverable Faults WO[7] WO[6] WO[5] WO[4] WO[3] WO[2] WO[1] WO[0] MCx (INT/Event/DMA Req.) 27 © 2014 Atmel 03/25/2014 有很多GPIO引脚的小型封装 SAM D10和D11有此特性 • 只有2个引脚用于电源和地 • 即使在运行USB器件模式时! • 复位引脚可以用作GPIO • 24引脚的QFN封装最多可以提供22个GPIO • 20引脚的SOIC封装最多可以提供18个GPIO • 14引脚的SOIC封装最多可以提供12个GPIO • 参考信息: • 有种流行的M0器件采用了只有15个GPIO的QFN20封装 • 但需要5个外部元件=$$+电路板面积 28 © 2014 Atmel 03/25/2014 其它改进 SAM D10,D11和D21有此特性 • SERCOM • I2C速度从1MHz提高到3.4MHz • UART支持自动波特率 • 支持LIN总线 • 支持SMBus/PMBus • 红外接口速率可达115.2bkps • CPU • 增加了Micro Trace缓冲器 29 © 2014 Atmel 03/25/2014 器件概述, 工具及附表 30 © 2014 Atmel 03/25/2014 Atmel基于ARM的Cortex-M闪存型MCU产品组合 现货 开发中 闪存 2MB 1MB 512KB SAM4N 256KB 128KB 64KB 32KB 16KB 8KB SAM D10 2014年 第2季度 SAM D20 现在 SAM D11 2014年 第2季度 SAM D21 2014年 第1季度 SAM3N 通用型 SAM3S SAM4S SAM4S SAM4E SAM3X SAM3A SAM3U SAM4L 联网型 Atmel 微微功耗 保证12年使用寿命 31 © 2014 Atmel 03/25/2014 SAM D10 和 D11 系列概述 基于Cortex-M0的低引脚数量通用型MCU系列产品 闪存 / SRAM 子系列 Development 32KB / 4KB 16KB / 4KB 8KB / 4KB SAM D10C 2x SERCOM 2x 16位 定时/计数器 6通道 ADC 1通道 DAC 2x 模拟比较器 SAM D11C USB 器件模式 2x SERCOM 2x 16位 定时/计数器C 6通道 ADC 1通道 DAC 2x 模拟比较器 SAM D10D 3x SERCOM 3x 16位 定时/计数器 8通道 ADC 1通道 DAC 2x 模拟比较器 SAM D11D USB 器件模式 3x SERCOM 3x 16位 定时/计数器 8通道 ADC 1通道 DAC 2x 模拟比较器 4KB / 4KB 封装 14引脚 SOIC 20引脚 SOIC 24引脚 QFN 所有器件的主要特性和功能: ARM Cortex M0+ CPU,工作频率为48MHz,电源电压为1.62-3.6V,工作温度为-40℃至105℃ 12位350ksps ADC,10位DAC和模拟比较器 外设触摸控制器,带日历模式的32位实时时钟 支持梦游模式和USB器件模式的4通道事件系统和6通道DMA控制器 SERCOM支持具有自动波特率功能的USART/UART,SPI,速率高达3.4MHz的I2C,PM/SMBus,红外 1个针对控制应用优化了的定时器/计数器 32 © 2014 Atmel 03/25/2014 SAM D20 系列概述 基于Cortex-M0+的低功耗通用型MCU系列产品 闪存 / SRAM 子系列 256KB / 32KB 128KB / 16KB 64KB / 8KB SAM D20E 6x 16位 定时/计数器 4x SERCOM 12通道 ADC 1通道 DAC 2x 模拟比较器 26 GPIO SAM D20G 6x 16位 定时/计数器 6x SERCOM 14通道 ADC 1通道 DAC 2x 模拟比较器 38 GPIO 32KB / 4KB Production SAM D20J 8x 16位 定时/计数器 6x SERCOM 20通道 ADC 1通道 DAC 2x 模拟比较器 52 GPIO 16KB / 2KB 封装 32引脚 QFN 和 QFP 48引脚 QFN 和 QFP 64引脚 QFN 和 QFP 所有器件的主要特性和功能: ARM Cortex M0+ CPU,工作频率为48MHz,电源电压为1.62-3.6V,工作温度为-40℃至105℃ 12位350ksps ADC,10位DAC和模拟比较器 外设触摸控制器,带日历模式的32位实时时钟 支持梦游模式的8通道事件系统 SERCOM支持USART/UART,400kHz I2C和SPI 33 © 2014 Atmel 03/25/2014 SAM D21 系列概述 基于Cortex-M0+而且支持USB的通用型MCU系列产品 闪存 / SRAM 子系列 开发中 256KB / 32KB 128KB / 16KB 64KB / 8KB SAM D21E 6x 16位 定时/计数器 4x SERCOM 10通道 ADC 1通道 DAC 2x 模拟比较器 26 GPIO SAM D21G 6x 16位 定时/计数器 6x SERCOM 14通道 ADC 1通道 DAC 2x 模拟比较器 38 GPIO SAM D21J 8x 16位 定时/计数器 6x SERCOM 20通道 ADC 1通道 DAC 2x 模拟比较器 52 GPIO 32KB / 4KB 16KB / 2KB 封装 34 © 2014 Atmel 32引脚 QFN 和 QFP 48引脚 QFN 和QFP 64引脚 QFN 和QFP 所有器件的主要特性和功能: ARM Cortex M0+ CPU,工作频率为48MHz,电源电压为1.62-3.6V,工作温度为-40℃至105℃ 12位350ksps ADC,10位DAC和模拟比较器 外设触摸控制器,带日历模式的32位实时时钟 支持梦游模式、USB器件模式和主机模式的12通道事件系统和8通道DMA控制器 2通道I2S,SERCOM支持具有自动波特率功能的USART/UART,SPI,速率高达3.4MHz的I2C, PM/SMBus,红外 96MHz小数PLL,3个针对控制应用优化了的定时器/计数器 03/25/2014 容易移植 • 在Atmel SAM D系列中很容易实现代码移植 • 很容易移植到Atmel SAM4L系列 • 在引脚输出之间很容易移植 • 很容易移植到未来的SAM器件 35 © 2014 Atmel 03/25/2014 Atmel SAM D 工具 • C/C++ 编译器 • GCC • IAR • Keil • 调试器/编程器 • SAM-ICE/Atmel ICE • JTAGICE3 • 开发套件/编程器 • STK600 • SAM D20 Xplained Pro 现货! • SAM D21 Xplained Pro 2月底供货 • SAM D11 Xplained Pro 2014年第2季度供货 36 © 2014 Atmel 03/25/2014 Atmel SAM D20 Xplained Pro Atmel SAM D Xplained Pro产品 • Atmel SAM D 评估平台 • 使用系列产品中最大的器件 • 从USB供电 • 可选外部电源 • 内置编程器 • 编程板载SAM D • 编程外部目标器件 • 内置调试器 • 调试板载SAM D • 调试外部目标器件 • 扩展连接器 • IO Xplained Pro • PTC Xplained Pro • OLED Xplained Pro • PROTO Xplained Pro • ... OLED Xplained Pro 37 © 2014 Atmel PROTO Xplained Pro IO Xplained Pro 03/25/2014 容易开发 免费的Atmel Studio 6集成开发环境 • 支持所有Atmel AVR和SAM器件 • 智能代码编辑器 • 集成的GNU C/C++编译器 • 无缝连接到所有在系统调试器 • Atmel软件构架(ASF) • 项目向导提供2000多个可以实际运行的项目例子 • 外设驱动程序 • 硬件抽象 • 通信/堆栈 • ASF Explorer • 管理ASF组件 • 跟踪驱动程序依赖性 • 方便访问文档 • Atmel库-在线应用商店 • Atmel空间-云端开发工作区 38 © 2014 Atmel 03/25/2014 Atmel Studio 6 – Atmel 软件构架 39 © 2014 Atmel FreeRTOS 03/25/2014 数据手册中的定购信息:SAM D系列 SAM D 20 E 14 A - M U T 产品系列 SAM D = 通用型MCU 产品系列 10 = Cortex-M0+ CPU, 基本功能集, TCC,DMA 11 = D10 + USB 器件模式 20 = Cortex-M0+ CPU, 基本功能集 21 = D20 + USB 器件和嵌入式主机模式, I2S,DMA, TCC, 3.4 MHz I2C 引脚数量 C = 14 引脚 D = 20/24 引脚 E = 32 引脚 G = 48 引脚 J = 64 引脚 内存容量 13 = 8KB 14 = 16KB 15 = 32KB 16 = 64KB 17 = 128KB 18 = 256KB 包装 T = 带&卷 没有符号 = 盘/管 (默认) 电镀材料和温度等级 U = -40 – 85C 不光滑镀锡 N = -40 – 105C 不光滑镀锡 封装类型 A = TQFP M = QFN SS = SOIC 销售版本 A = 初始版本 Atmel SAM D 小结 • SAM D将Atmel AVR® MCU的优势和ARM CM0+整合在一起 • 智能外设 • 事件系统和DMA • SERCOM • 全速USB嵌入式主机和器件模式 • 外设触摸控制器 • GPIO数量多 • 设计时间短 • 广泛的兼容性! 41 © 2014 Atmel 03/25/2014 Thanks 42 © 2014 Atmel

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