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一颗电池用10年——Atmel SAM L21 Xplained Pro评测
发布时间:2015-06-10
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一颗电池用10年——Atmel SAM L21 Xplained Pro评测
发布时间:2015-06-10
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众所周知,目前电池已经成为移动设备的致命弱点,而随着IoT的不断升温,功耗也对萌芽中的物联网应用提出了严峻的挑战。不久前,爱板网发布了Atmel SAM L21 Xplained Pro开发板活动,其超低的功耗直指32位ARM微控制器的低功耗极限,让人印象深刻。今天我们就彻底来了解下SAM L21开发板,看看它到底有些什么特点?又是如何做到如此低的功耗的?

SAM L21 Xplained Pro

咋眼一看,SAM L21 Xplained Pro无论是包装还是板卡本身都和我们平时接触过的Atmel Xplained Pro系列板卡没太大区别,可能最惹眼的还是代表着超低功耗的SAM L21的命名吧。

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Xplained Pro系列开发板最便利的地方在于提供了Atmel 标准的20PIN扩展接口,可以和Xplained Pro其它扩展板兼容使用,方便工程师评估、开发Atmel的微控制器。仔细看了下笔者手上的这块SAM L21开发板,最让人感兴趣的莫过于板卡正面的SAM L21(SAM L21数据手册)微控制器以及板卡背面的XAM模块,L21不用说,是本次评测的重点,那XAM模块又是什么呢?在Atmel以往的Xplained Pro板卡上从未出现过,它到底有些什么作用呢?一起往下看,我们从整个板卡上的资源入手来揭开这些器件的功能。

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Atmel SAM L21 Xplained Pro为4层PCB板,100mm*60mm大小,板载的主要资源有:

  • ATSAML21J18A(ATSAML21J18A数据手册)微控制器
  • 一个机械复位按钮、一个机械用户按钮
  • 备用电池
  • 32.768kHz晶振
  • USB接口,设备和主机模式
  • 三个20pin Xplained Pro扩展接口
  • 一个QTouch按钮
  • XAM模块
  • EDBG嵌入式调试模块,数据网关接口:SPI,I²C,4个GPIO、虚拟COM端口(CDC)
  • 一个黄色的状态LED、一个黄色用户LED、一个绿色功率LED
  • USB供电
  • 支持与爱特梅尔软件框架(ASF)的应用实例

从板卡上的资源情况来看,主要吸引我们的的两点莫过于板载的主控SAM L21以及背面的XAM模块,具体的功能特点又是如何?我们拆分开来看。(下一页

Atmel 开发板推荐:

  • ATSAML21J18A微控制器

Atmel SAM L21 Xplained Pro搭载的微控制器型号为ATSAML21J18A,是SAM L21系列中规格配置最高的一款MCU,基于ARM Cortex-M0+处理器,48MHz主频,采用微控制器常用的LQFP64封装,如下图所示。

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(点击图片放大)

ATSAML21J18A特点:

  • 基于ARM Cortex-M0+处理器,48MHz主频,内部集成256KB Flash、40KB SRAM
  • 工作功耗35uA/MHz,休眠功耗200nA/MHz
  • 六个串行通信模块(SERCOM),可配置为UART/ USART,SPI或I2C
  • 8个16位的定时/计数器,32位实时时钟和日历,24个通道的PWM
  • 一个20通道的12位ADC,2路12位DAC,三个运算放大器
  • 全速USB,支持从设备和主机设备模式
  • 支持多达192个通道的触摸接口
  • 1.62V~3.63V的供电电压
  • 引脚兼容SAM D20以及SAMD21系列微控制器
  • 支持Atmel Studio IDE,ASF以及SAM L21 Xplained Pro工具包

有关ATSAML21J18A微控制器更多更详细的特性可以参考Atmel官网的datasheet,不过相对来说,相信工程师最感兴趣的还是SAM L21微控制器的低功耗。其实,除了SAM L21本身的低功耗外,其内部还有一个功耗域,包含对应MCU各个部分或者功能的功耗配置文件,这也是SAM L21低功耗的关键因素之一。在通常的情况下,MCU使用这些配置文件,完全关闭MCU当中不需要的部分和功能,只开启必要的功能。另外,在必要功能启动情况下,也可以调控负责这些功能的硬件功耗,降低到最低限度,如下图的系统框图中所示。

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从上图可以看到,SAM L21内部分别包含了PD0、PD1,PD2,PDTOP、PDBACKUP这5个功耗域。

  • 其中PD0属于最低功耗域,它包括事件系统、通用时钟控制、晶振控制、主时钟控制等,另外PD0还包括一系列外设控制,它允许器件通过外部中断唤醒。
  • PD1属于中等的功耗域,它包括DMA控制器、外设接入控制器,低功耗的总线矩阵等。
  • PD2则是最高功耗域,它包括Cortex-M0+,存储、SRAM、USB等。
  • PDTOP包括了看门狗定时器、外部中断等。
  • PDBACKUP包括了32kHz时钟、复位控制、RTC控制等。

这几个功耗域的关系也非常简单,有点大圆包裹小圆的意思,PD2一旦激活,则(PD0,PD1,PDTOP,PDBACK)必然激活;PD1激活,则(PD0,PDTOP,PDBACK)必然激活;PD0激活,则(PDTOP,PDBACK)必然激活;PDTOP激活,则PDBACKUP则必然激活;而除非在OFF Sleep模式(整个器件初段断电状态)下,否则PDPDBACKUP则是一直激活的。从如此细致的功耗域划分来看,Atmel能将SAM L21的功耗控制的如此之好也在情理之中了。

  • XAM模块

在SAM L21板卡上,还有一个让人比较感兴趣的东西,那就是板卡背面的XAM模块。XAM全称为Xplained Pro Analog Module,在SAM L21板卡上也是首次“问世”,它使工程师可以通过原本的EDBG模块接口进行板卡的电流(功耗)的测量,具体是怎么一回事呢?来看下图。

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仔细一瞧惊呆了,有木有?这不就是Atmel 的SAM D系列(D21开发板评测文章)的微控制器嘛,整个XAM模块的简要硬件系统框图如下:

XAM模块包含了:(下一页

  • 一个校准电路
  • 一个参考电压
  • 模拟前端
  • 微控制器(SAM D20)

Atmel 开发板推荐:

XAM模块有4个电流的测量范围,通过模拟前端的两个分流电阻以及两个增益等级控制,具体可实现的4测量分辨率如下表所示,为20nA级别,150nA级别,10uA级别以及100uA级别,XAM会自动切换测量范围以达到最优的测量结果。

而相应的,在Atmel SAM L21 Xplained Pro板卡上,通过在电路中加入跳帽的兼容设计来控制是否启用XAM模块,如下图所示,可以根据实际的需求"搭建“是否属于自己的电路,MCU以及外设的供电是通过XAM模块呢?还是直接通过降压器获取电源。

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SAM L21 Xplained Pro开发板使用

了解了SAM L21 Xplained Pro开发板上的几个重要特点,我们再来实际上电看看。首先可以先安装两个辅助开发的开发调试软件,Atmel Studio6.2以及Atmel Data Visualizer 2.1。

  • Data Visualizer 

相信Atmel Studio大家都熟悉,而Data Visualizer是Atmel的一个用于处理和可视化数据的程序,包含了功耗测量、示波器、数据采集等功能,可以用来接收各种来源的数据,如Atmel的EDBG模块接口,COM端口,软件可以在Atmel官方下载,如下图所示。

打开Data Visualizer,给Atmel SAM L21 Xplained Pro上电,我们可以看到软件能直接识别Atmel的开发板。

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选择对应的COM端口,点击连接,可以从Data Visualizer看到板卡运行出厂程序时串口打印的数据。(下一页

再来看下Data Visualizer的功耗测量功能,如下图,选择Power功能,我们来看下SAM L21板卡默认出厂程序的功耗情况,以下分别在板卡未做任何操作以及点亮LED情况下的功耗测量情况。

有关SAM L21更多的功耗测试以及Data Visualizer软件的使用可以参考经验:

  • Atmel Studio6.2

除了自带的出厂程序,我们还可以通过Atmel Studio6.2下载其他程序,Atmel官方提供的SAM L21例程非常多,初略看下,有100多个,选择一个名为FreeRTOS demo using OLED1 Xplained Pro-SAM L21 Xplained Pro(需要配合Atmel的OLED1 Xplained Pro扩展板实现)例程编译下载。

下载完成后,复位板卡,我们能在OLED屏幕上看到伪随机信号,如下图所示。

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此时通过OLED 扩展板上的机械按键可以切换不同的显示,比如按下中间的机械按键,我们可以从串口工具输入信息到OLED屏幕上,如下图所示,输入”www.eeboard.com“,则在屏幕上显示了相应的信息。

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更多的例程在本篇评测中不再一一演示了,有兴趣体验SAM L21板卡的可以联系爱板网申请试用。

小结

介绍了Atmel 最新的超低功耗开发板SAM L21 Xplained Pro,板卡搭载了基于ARM Cortex-M0+的低功耗微控制器ATSAML21J18A、基于SAM D系列微控制器的电流测试模块XAM等资源,配合Atmel Xplained Pro系列扩展板,可以方便工程师有效的评估板载微控制器的性能以及功能,在物联网产品不断增长的今天,功耗问题越来越值得重视,而Atmel推出的低功耗的微控制器SAM L21恰如久旱甘露那般滋润人心,不失为低功耗IoT的完美控制解决方案,心动的朋友可以联系爱板网申请试用。

参考资料

Atmel 开发板推荐:

原创申明:本文为爱板网原创,谢绝转载!

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讨论 (4)

讨论区
stuWang ·  2015-06-17
噗噗熊 ·  2015-06-19

@stuWang:申请试用活动马上要上线啦

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lujianghuai918 ·  2015-06-17
卷毛不卷 ·  2015-06-16
ALTIUM2 ·  2015-06-10