近年來物聯網領域的飛速發展，帶動了計量表、穿戴設備、醫療電子、智能家居、遠程測控等諸多應用的發展，這些領域都有個共同的特點——對功耗要求極其嚴格。例如，智能水表在使用電池供電的情況下，要能連續使用3年以上。因此功耗成為了這些應用的關鍵成功要素。

而低功耗MCU作為微控制器領域的一個細分市場，主要面向電池供電、能量采集、便攜設備等需要低功耗工作的電子產品，通常這些產品在生產時都會使用一些特殊的方法來降低控制器的功耗和漏電流。

我們今天要介紹的開發板——Microchip SAM D21就是這樣一款有著極低功耗的MCU產品。

1開發板介紹

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• ATSAMD21J18A MCU

• 用戶LED x 1

• 用戶按鍵 x 1

• 板載調試器

• USB調試供電接口

• USB接口

• Xplained Pro外部擴展接口

• 8M串行FLASH

該開發板使用的芯片為ATSAMD21J18A，其內部框圖如下：

圖2

其芯片特性

• CPU Cortex-M0+ Up to 48MHz

• 具有256KBytes Flash

• 具有32 KBytes SRAM

• 低功耗模式小于70uA/MHz

• DMA和事件系統

• 6個靈活的串口SERCOM（可配置為I²C，SPI，全速USB設備和嵌入式主機UART）

• 全速USB設備和嵌入式主機

• 20通道12位ADC

• 10位DAC

• 16位定時計數器 x 5

• 操作電壓：1.62 - 3.63V

• 工作溫度：-40℃ - 85℃

基于48MHz的Cortex-M0+核心，性能可以達到2.46CoreMark/MHz，同時擁有極低的功耗。

該芯片支持兩種休眠模式，IDLE和STANDBY，其中IDLE模式又分為三個等級：L0、L1、L2。

圖3

事件系統：

它是允許外設之間進行自主、低延時且可配置通信的方式。

事件系統有兩個角色，一個叫事件生產者，一個叫事件消費者（用戶）。

每個外設均可配置為用戶或生產者。當用戶收到生產者產生的事件后，可以馬上做出相應的動作，通過事件系統，將兩個不同的外設直接建立連接，由于該動作不需要MCU的參與，大大降低了系統消耗及響應時間。

我們以定時器觸發ADC采樣事件來對比使用和不使用事件系統的流程。

不使用事件系統時：

配置定時器，配置ADC定時器溢出，產生中斷MCU在中斷中調用ADC執行采樣。

使用事件系統時：

配置定時器、ADC、事件系統定時器溢出，該事件直接通知到ADC執行采樣。

這樣就省去了MCU響應中斷的時間，當系統需要執行高頻率的采樣任務時，事件系統就會帶來非常大的優勢。后邊的演示環節，我們將詳細演示該系統的使用。

它包括：

• 12個可配置事件通道：可連接到任何的事件生產者

• 74個事件生產者

• 29個事件用戶

• 可配置邊沿檢測

• 外設可以為事件生產者

• 用戶，或同時為生產者及用戶

• 支持睡眠模式下工作

• 可支持軟件中斷

圖4

2開發板體驗

以Windows電腦為例，其它系統可參考官方教程頁

該開發板的體驗環節，我們分三個部分進行。一是開發環境的搭建，二是開發環境常用功能介紹，三是基于兩個例程來介紹SAM D21的亮點功能。

圖5

1、開發環境搭建

圖5

2、常用開發功能介紹

圖7

b）菜單中選擇開發板SAM D21 Xplained Pro，選擇LED Toggle例程，點擊確認。

圖8

這里使用官方提供的例程作為演示：
a）該例程實現如下功能，將外部引腳中斷配置事件系統的生產者，當觸發該事件后，直接通知事件系統的用戶：ADC的0通道，使其進行采樣，將通過UART口，將數據打印的終端中。

b）流程如下：配置外部中斷，配置ADC，配置事件系統，配置UART打印。下邊我們一步步來實現該工程。

• 打開Microchip Studio點擊文件、新建、新建Start工程。

• 選擇EVENT SYSTEM例程

• 點擊確認后，選擇SAM D21開發板。

• 接下來就進入到了IDE的圖形配置界面，該界面也是Microchip Studio的一大亮點。

  左側有四個標簽，分別為儀表盤：以概覽的方式介紹整個系統軟件和外設間的連接關系、引腳配置，以圖形方式設置每個引用的功能、時鐘配置可以配置輸入和輸出的時鐘頻率、EVENTS配置。我們重點看一下EVENTS標簽。

• 按照前邊的定義，事件系統由生產者、用戶兩個部分構成。
  左側用來選擇生產者，在這個項目中，我們選擇的是EIC（外部中斷），由于SW0按鍵使用了ECI15，所以這里的生產者選擇為EIC 15，用戶選擇ADC。事件系統的通道選擇0通道。

• 配置完成后，點擊“GENERATE PROJECT”按鍵，生成工程。

• 點擊運行后下載的開發板中，連接串口，按下SW0后查看串口打印。

• 測試應用功耗：可以看到工作時，功耗僅為8ua。

圖9

這款開發板適用于各類低功耗MCU場景：如表計，可穿戴設備等。

4開發板總結

各大MCU廠商都在盡力簡化MCU的基礎開發工作，像I/O引腳配置，DMAC配置等等，好讓開發工程師把節省出來的時間專注于項目的應用開發上。

Microchip Studio的圖形配置界面就很好地做到了這一點，通過圖形的方式直觀地去配置每一個片上外設的功能，相比所有代碼都需要手動輸入的開發環境來說，極大縮短了開發周期。

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