Atmel SAM D21 系列微控制器：低功耗與高性能的完美結(jié)合

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)工作中，選擇一款合適的微控制器至關(guān)重要。Atmel | SMART? SAM D21 系列微控制器憑借其出色的性能和豐富的功能，成為了眾多工程師的首選。今天，我們就來深入了解一下這款微控制器。

文件下載：ATSAMD21G15A-AU.pdf

一、SAM D21 系列概述

Atmel SAM D21 是一系列采用 32 位 ARM? Cortex? - M0+ 處理器的低功耗微控制器。它的引腳數(shù)量從 32 到 64 不等，擁有高達(dá) 256KB 的 Flash 和 32KB 的 SRAM。該系列設(shè)備的最大運(yùn)行頻率為 48MHz，每兆赫茲能達(dá)到 2.46 CoreMark?。其設(shè)計(jì)理念是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單直觀的遷移，產(chǎn)品系列內(nèi)所有設(shè)備具有相同的外設(shè)模塊、十六進(jìn)制兼容代碼、相同的線性地址映射和引腳兼容的遷移路徑。

二、關(guān)鍵特性剖析

（一）處理器

• 高性能 CPU：ARM Cortex - M0+ CPU 最高運(yùn)行頻率可達(dá) 48MHz，并且配備單周期硬件乘法器，能顯著提升數(shù)據(jù)處理速度。
• 調(diào)試輔助：具備 Micro Trace Buffer (MTB)，方便工程師進(jìn)行代碼調(diào)試和性能分析。

（二）存儲(chǔ)器

提供多種容量的 Flash 和 SRAM 組合，包括 32/64/128/256KB 的系統(tǒng)內(nèi)自編程 Flash 和 4/8/16/32KB 的 SRAM，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的存儲(chǔ)需求。

（三）系統(tǒng)

• 電源管理：擁有上電復(fù)位 (POR) 和欠壓檢測(cè) (BOD) 功能，確保系統(tǒng)在不同電源條件下穩(wěn)定運(yùn)行。
• 時(shí)鐘選項(xiàng)：提供內(nèi)部和外部時(shí)鐘選項(xiàng)，包括 48MHz 數(shù)字鎖頻環(huán) (DFLL48M) 和 48MHz 至 96MHz 分?jǐn)?shù)數(shù)字鎖相環(huán) (FDPLL96M)，可靈活配置系統(tǒng)時(shí)鐘。
• 中斷管理：外部中斷控制器 (EIC) 支持 16 個(gè)外部中斷和 1 個(gè)不可屏蔽中斷，能及時(shí)響應(yīng)外部事件。
• 調(diào)試接口：采用兩線串行線調(diào)試 (SWD) 編程、測(cè)試和調(diào)試接口，方便開發(fā)和調(diào)試工作。

（四）低功耗設(shè)計(jì)

具備空閑和待機(jī)睡眠模式，并且支持 SleepWalking 外設(shè)，在不影響外設(shè)功能的前提下降低功耗，延長(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間。

（五）豐富的外設(shè)

• 直接內(nèi)存訪問控制器 (DMAC)：12 通道的 DMAC 可實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)傳輸，減輕 CPU 負(fù)擔(dān)。
• 事件系統(tǒng)：12 通道的事件系統(tǒng)用于外設(shè)間的信號(hào)交互，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和靈活性。
• 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：包括多達(dá)五個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 (TC) 和三個(gè) 24 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 (TCC)，可實(shí)現(xiàn)多種定時(shí)和計(jì)數(shù)功能，如 PWM 信號(hào)生成等。
• 實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器 (RTC)：32 位的 RTC 具備時(shí)鐘/日歷功能，可用于計(jì)時(shí)和定時(shí)任務(wù)。
• 看門狗定時(shí)器 (WDT)：用于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，防止系統(tǒng)死機(jī)。
• USB 接口：一個(gè)全速 (12Mbps) 的通用串行總線 (USB) 2.0 接口，支持嵌入式主機(jī)和設(shè)備功能，擁有八個(gè)端點(diǎn)。
• 串行通信接口 (SERCOM)：多達(dá)六個(gè) SERCOM，可配置為 USART、I2C、SPI 或 LIN 從機(jī)，滿足不同通信需求。
• I2S 接口：一個(gè)兩通道的 Inter - IC Sound (I2S) 接口，適用于音頻數(shù)據(jù)傳輸。
• 模擬轉(zhuǎn)換器：12 位、350ksps 的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 具有多達(dá) 20 個(gè)通道，支持差分和單端輸入，具備可編程增益、自動(dòng)誤差補(bǔ)償和過采樣功能；10 位、350ksps 的數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC) 可實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)輸出。
• 模擬比較器 (AC)：兩個(gè)具有窗口比較功能的模擬比較器，可用于信號(hào)比較和檢測(cè)。
• 觸摸控制器 (PTC)：256 通道的電容式觸摸和接近感應(yīng)功能，可實(shí)現(xiàn)觸摸按鍵、滑塊和滾輪等用戶界面。

（六）I/O 與封裝

• I/O 引腳：多達(dá) 52 個(gè)可編程 I/O 引腳，并且與 SAM D20 引腳兼容，方便進(jìn)行產(chǎn)品升級(jí)和替換。
• 封裝形式：提供多種封裝選擇，包括 64 引腳的 TQFP、QFN、UFBGA，48 引腳的 TQFP、QFN、WLCSP 和 32 引腳的 TQFP、QFN、WLCSP，滿足不同應(yīng)用的尺寸和布局要求。

（七）工作電壓

工作電壓范圍為 1.62V - 3.63V，可適應(yīng)不同的電源環(huán)境。

三、應(yīng)用場(chǎng)景思考

SAM D21 系列微控制器的這些特性使其適用于眾多領(lǐng)域，如智能家居、工業(yè)控制、消費(fèi)電子等。在智能家居中，其低功耗和豐富的外設(shè)可以實(shí)現(xiàn)各種傳感器數(shù)據(jù)的采集和處理，以及與其他設(shè)備的通信；在工業(yè)控制領(lǐng)域，其高性能和穩(wěn)定性能夠滿足復(fù)雜的控制任務(wù)需求。

作為電子工程師，我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景和需求，充分發(fā)揮 SAM D21 系列微控制器的優(yōu)勢(shì)。比如，在設(shè)計(jì)一個(gè)低功耗的傳感器節(jié)點(diǎn)時(shí)，我們可以利用其睡眠模式和 SleepWalking 外設(shè)功能，降低系統(tǒng)功耗；在需要高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用中，合理使用 DMAC 和 SERCOM 接口，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。

你在實(shí)際項(xiàng)目中是否使用過 Atmel SAM D21 系列微控制器呢？遇到過哪些問題或者有什么獨(dú)特的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。