微控制器Stellaris LM3S2616的主要特性及應用解決方案

TI公司的Stellaris LM3S2616是基于ARM Cortex -M3內核的32位MCU，具有32位RISC性能，具有多種外設如UART，CAN等，工作頻率為50MHz，設計用于工業(yè)應用包括遙控，電子POS機，測試和測量設備，網絡設備和交換，工廠自動化，HVAC和建筑物控制，游戲設備，運動控制，醫(yī)療儀器以及消防和安全。和指標，電路圖，材料清單和PCB元件布局圖。

Stellaris?系列微控制器是他第一個基于ARM?Cortex?M3的控制器，可為對成本敏感的嵌入式微控制器應用程序提供高性能的32位計算。這些具有開創(chuàng)性的部件為客戶提供32位性能，而成本卻與傳統(tǒng)的8位和16位設備相同，而且封裝尺寸小。

Stellaris系列提供高效的性能和廣泛的集成，可將設備有利地放置在需要大量控制處理和連接功能的，注重成本的應用中。Stellaris LM3S2000系列是為控制器局域網（CAN）應用而設計的，它通過短距離工業(yè)網絡的黃金標準Bosch CAN網絡技術擴展了Stellaris系列。Stellaris LM3S2000系列還標志著CAN功能與革命性的Cortex-M3內核的首次集成。

LM3S2616微控制器面向工業(yè)應用，包括遠程監(jiān)控，電子銷售點機器，測試和測量設備，網絡設備和交換機，工廠自動化，HVAC和樓宇控制，游戲設備，運動控制，醫(yī)療儀器和消防設備和安全性。

對于需要極度節(jié)能的應用，LM3S2616微控制器具有電池供電的休眠模式，可在長時間不活動期間將LM3S2616高效斷電，使其處于低功耗狀態(tài)。借助上電/斷電定序器，連續(xù)時間計數器（RTC），一對匹配寄存器，系統(tǒng)總線的APB接口以及專用的非易失性存儲器，休眠模塊將LM3S2616微控制器完美地放置在電池中應用程序。

此外，LM3S2616微控制器還具有ARM廣泛可用的開發(fā)工具，片上系統(tǒng)（SoC）基礎架構IP應用程序和龐大的用戶社區(qū)的優(yōu)勢。

此外，該微控制器使用ARM兼容Thumb的Thumb-2指令集來減少內存需求，從而降低成本。最后，LM3S2616微控制器與廣泛的Stellaris系列的所有成員都代碼兼容。提供滿足客戶精確需求的靈活性。

德州儀器（TI）通過評估和開發(fā)板，白皮書和應用筆記，易于使用的外圍驅動程序庫以及強大的支持，銷售和分銷網絡，提供了一個完整的解決方案，可快速推向市場。

LM3S2616主要特性：

LM3S2616微控制器包括以下產品功能：

■32位RISC性能

–針對小尺寸嵌入式應用進行了優(yōu)化的32位ARM?Cortex ?-M3 v7M體系結構–

系統(tǒng)計時器（SysTick），提供了簡單的24位清除功能-具有靈活控制機制的寫，遞減，零歸零計數器

–兼容Thumb?的Thumb-2指令集處理器內核，可實現高代碼密度

–50 MHz操作–

硬件除法和單周期乘法

–集成的嵌套矢量中斷控制器（NVIC），提供確定性的中斷處理

– 33個中斷，具有八個優(yōu)先級

–內存保護單元（MPU），為受保護的操作系統(tǒng)功能提供了特權模式

–未對齊的數據訪問，使數據可以有效地打包到內存中

–原子位操作（位帶），提供最大的內存利用率和簡化的外圍設備控制

■ARM?Cortex?-M3處理器內核–

緊湊型內核。

– Thumb-2指令集，可在通常與8位和16位設備關聯的存儲器大小中提供ARM內核所期望的高性能；對于微控制器類應用，通常在幾千字節(jié)的內存范圍內。

–通過哈佛體系結構快速執(zhí)行應用程序，該體系結構具有用于指令和數據的獨立總線。

–異常中斷處理，通過在硬件中實現處理中斷所需的寄存器操作來實現。

–確定性，快速的中斷處理：使用尾鏈時始終為12個周期或僅6個周期–

外部不可屏蔽中斷信號（NMI）可用于安全關鍵應用程序的NMI處理程序的立即執(zhí)行。

–內存保護單元（MPU），可為復雜的應用程序提供特權操作模式。

–從ARM7?處理器系列進行遷移，以實現更好的性能和電源效率。

–功能齊全的調試解決方案

?串行JTAG調試端口（SWJ-DP）

?用于實現斷點的Flash補丁和斷點（FPB）單元

?用于實現觀察點，觸發(fā)資源和系統(tǒng)分析的數據監(jiān)視點和觸發(fā)器（DWT）單元

?儀器跟蹤宏單元（ITM），用于支持printf樣式調試

?用于橋接至跟蹤端口分析器的跟蹤端口接口單元（TPIU）

–針對單周期閃存使用進行了優(yōu)化–

具有時鐘門控的三種睡眠模式，可實現低功耗

–單周期乘法指令和硬件分頻

–原子操作

– ARM Thumb2混合16 -/ 32位指令集

– 1.25 D MIPS / MHz

■JTAG

–兼容IEEE 1149.1-1990的測試訪問端口（TAP）控制器

–用于存儲JTAG指令的

四位指令寄存器（IR）鏈–IEEE標準指令：BYPASS，IDCODE ，SAMPLE / PRELOAD，EXTEST和INTEST

–ARM附加說明：APACC，DPACC和ABORT

–集成的ARM串行線調試（SWD）

■休眠

– 使用分立的外部穩(wěn)壓器進行系統(tǒng)電源控制–用于從外部信號喚醒的專用引腳

–電池低電量檢測，信號發(fā)送和中斷生成–

32位實時時鐘（RTC）–

兩個用于定時喚醒的32位RTC匹配寄存器

-up和中斷產生–來自32.768 kHz外部振蕩器或4.194304 MHz晶振

的時鐘源

–用于對時鐘速率進行微調的RTC預分頻器調整– 64個非易失性存儲器的32位字–

用于RTC匹配的可編程中斷，外部喚醒和電池電量不足事件

■內部存儲器–

128 KB單周期閃存

?以2 KB塊為基礎的

用戶管理的閃存塊保護?用戶管理的閃存數據編程

?用戶定義和管理的閃存保護模塊

–16 KB單周期SRAM

–預編程ROM

?Stellaris系列外圍設備驅動程序庫（DriverLib）

?Stellaris引導加載程序

■DMA控制器

– ARMPrimeCell?32通道可配置μDMA控制器

–支持適用于多種傳輸模式

?基本，適用于簡單的傳輸場景

?乒乓，用于與外設之間的連續(xù)數據流

?分散收集，來自從單個請求發(fā)起的任意傳輸的可編程列表

–支持的外設的專用通道

–一個通道每個用于雙向外圍設備的接收和發(fā)送路徑

–專用通道，用于軟件啟動的傳輸

–獨立配置和運行的通道–

每個通道可配置的總線仲裁方案

–兩種優(yōu)先級–

優(yōu)化設計以提高μDMA控制器和處理器內核之間的總線訪問性能

?μDMA控制器訪問服從內核訪問

?RAM條帶化

?外圍總線分段

– 8、16和32位的數據大小–

源和目標地址的增量大小為字節(jié)，半字，字或無增量–可

屏蔽設備請求–

可選軟件啟動的任何通道請求

–傳輸完成時中斷，帶有每個通道獨立的中斷

■GPIO

–1-33 GPIO，取決于配置

–輸入配置中具有5V容忍能力

–端口訪問的兩種方式：要么具有更好的背對背訪問性能的高級高性能總線（AHB），要么具有與現有設備向后兼容的舊式高級外圍總線（APB）代碼

–快速切換功能，能夠在AHB上的每個時鐘周期改變一次，在APB上的端口在每兩個時鐘周期改變一次–

GPIO中斷的可編程控制

?中斷生成屏蔽

?上升沿，下降沿或二者兼有的邊沿觸發(fā)

?電平敏感高或低值

–通過地址線的讀寫操作中的位屏蔽

–可以啟動ADC采樣序列

–配置為數字輸入的引腳施密特觸發(fā)。

– GPIO焊盤配置的可編程控制

?上拉或下拉電阻弱

?用于數字通信的2mA，4mA和8mA焊盤驅動；最多可為18mA焊盤驅動器配置四個焊盤，以用于大電流應用

?8mA驅動器的擺率控制

?漏極開路使能

?數字輸入使能

■通用定時器

–四個通用定時器模塊（ GPTM），每個都提供兩個16位定時器。每個GPTM可以配置為獨立運行：

?作為單個32位定時器

?觸發(fā)模數轉換–

32位定時器模式

?可編程單次定時器

?可編程周期性定時器

?當控制器在調試過程中聲明CPU暫停標志時，使能用戶使能的失速

?ADC事件觸發(fā)

–16位定時器模式

?具有8位預分頻器的通用定時器功能（僅適用于單觸發(fā)和周期性模式）

?可編程的-觸發(fā)定時器

?可編程周期定時器

?當控制器在調試期間聲明CPU暫停標志用戶啟用失速

?ADC事件觸發(fā)器

■兼容ARM FiRM的看門狗定時器

- 32位向下計數器與一個可編程的裝載寄存器

-獨立看門狗時鐘與使能

-帶有中斷屏蔽的可編程中斷生成邏輯

–來自失控軟件的鎖定寄存器保護

–帶啟用/禁用的復位生成邏輯

–當控制器在調試期間將CPU暫停標志置為有效時，由用戶啟用的停轉

■ADC –

六個模擬輸入通道

–單端和差分輸入配置

–片上內部溫度傳感器–

采樣速率為一百萬個樣本/秒–

靈活，可配置的模數轉換

–四個可編程的樣本轉換序列，長度從1到8個條目，并具有相應的轉換結果FIFO –

靈活的觸發(fā)控制

?控制器（軟件）

?計時器

?模擬比較器

?pWM

?GPIO –

硬件平均最多64個采樣以提高精度–

轉換器使用內部3V基準電壓源

–模擬電路的電源和地與數字電源和地是分開的

■UART

–具有IrDA支持的

完全可編程的16C550型UART –分離的16x8發(fā)送（TX）和接收（RX）FIFO，以減少CPU中斷服務的負載–

可編程的波特率速率發(fā)生器，最高速度可達3.125 Mbps –

可編程FIFO長度，包括1字節(jié)深度操作，提供常規(guī)的雙緩沖接口–

FIFO觸發(fā)級別為1 / 8、1 / 4、1 / 2、3 / 4和7 / 8個

用于啟動，停止和奇偶校驗的標準異步通信位

–斷線生成和檢測

–完全可編程的串行接口特性

?5、6、7或8個數據位

?偶校驗，奇校驗，搖動或無奇偶校驗位生成/檢測

?1或2個停止位生成

– IrDA串行IR（SIR）編碼器/解碼器提供

?可編程使用IrDA串行紅外（SIR）或UART輸入/輸出

?支持IrDA SIR編碼器/解碼器功能，數據速率最高為半雙工115.2 Kbps

?支持正常的3/16和低功耗（1.41-2.23μs）位持續(xù)時間

?可編程內部時鐘發(fā)生器，可將參考時鐘除以1至對于低功率模式位持續(xù)時間，為256

–專用的直接內存訪問（DMA）發(fā)送和接收通道

■I2C –

I2C總線上的設備可以指定為主設備或從設備

?同時支持以主機或從設備發(fā)送和接收數據奴隸

?支持同時進行主站和從站操作

–四種I2C模式

?主站發(fā)送

?主站接收

?從站發(fā)送

?從站接收–兩種

傳輸速度：標準（100 Kbps）和快速（400 Kbps）

–

主站和從站中斷產生?主站在以下情況下產生中斷發(fā)送或接收操作完成（或由于錯誤而中止）

?當主機發(fā)送或請求數據時，從機產生中斷

–具有仲裁和時鐘同步，多主機支持和7位尋址模式的主機

■控制器局域網（ CAN）

– CAN協(xié)議版本2.0部分A / B

–比特率高達1 Mbps

– 32個消息對象，帶有單獨的標識符掩碼

–可屏蔽的中斷

–針對時間觸發(fā)的CAN（TTCAN）應用禁用自動重傳模式

–用于自檢操作的可編程環(huán)回模式

–可編程FIFO模式可存儲多個消息對象

–通過CANnTX和CANnRX信號無粘性地連接到外部CAN接口

■模擬比較器–

兩個獨立的集成模擬比較器–可

配置為輸出以驅動輸出引腳，產生中斷或啟動ADC采樣序列–將

外部引腳輸入與外部引腳輸入或內部可編程參考

電壓進行比較–將測試電壓與這些電壓中的任何一個

?單個外部參考電壓

?共享單個外部參考電壓

?共享內部參考電壓

■

pWM –三個PWM發(fā)生器模塊，每個模塊具有一個16位計數器，兩個PWM比較器，一個PWM信號發(fā)生器，一個死區(qū)發(fā)生器和一個中斷/ ADC-觸發(fā)選擇器

–硬件中的一個故障輸入以促進低延遲關機

–一個16位計數器

?在Down或Up / Down模式下運行

?輸出頻率由16位負載值控制

?負載值更新可以同步

?產生輸出零位和負載值時的信號–

兩個PWM比較器

?比較器值更新可以同步

?在匹配時產生輸出信號

–pWM發(fā)生器

?輸出PWM信號是基于計數器和PWM比較器輸出信號的結果而構造的

?產生兩個獨立的PWM信號

死區(qū)發(fā)生器

?產生兩個具有可編程死區(qū)延遲的PWM信號，適用于驅動半H橋

?可以被旁路，使輸入PWM信號保持不變。

靈活的輸出控制模塊，每個PWM信號的PWM輸出使能

?每個PWM信號的pWM輸出使能

?每個PWM信號的可選輸出反相（極性控制）

?每個PWM信號的可選故障處理

?在PWM發(fā)生器模塊的定時器同步

跨越PWM發(fā)生器定時器/比較器更新的?擴展PWM同步

塊

?PWM生成器模塊的中斷狀態(tài)摘要

–可以啟動ADC采樣序列

■QEI

–跟蹤編碼器位置的位置

積分器

–使用內置計時器進行速度捕獲– QEI輸入的輸入頻率可能高達1/4處理器頻率（例如，對于50 MHz系統(tǒng)，為12.5 MHz）

–產生中斷：

?索引脈沖

?速度定時器到期

?方向改變

?正交誤差檢測

■電源

–片上低壓降（LDO）穩(wěn)壓器，用戶可在2.25 V至2.75 V范圍內調節(jié)可編程輸出

–休眠模塊處理核心數字邏輯和模擬電路的上電/斷電3.3 V排序和控制

–控制器上的低功耗選項：睡眠和深度睡眠模式

–外圍設備的低功耗選項：軟件控制各個設備的關機外設

– 3.3V電源掉電檢測，并通過中斷或復位進行報告

■靈活的復位源

–上電復位（POR）–復位

引腳

置位–掉電（BOR）檢測器針對系統(tǒng)功耗下降發(fā)出警報

–軟件復位–

看門狗定時器復位

–內部低壓降（LDO）調節(jié)器輸出未調節(jié)

■工業(yè)范圍64引腳RoHS兼容LQFP封裝

1.2目標應用

■遠程監(jiān)控

■電子銷售點（POS）機器

■測試和測量設備

■網絡設備和交換機

■工廠自動化

■HVAC和樓宇控制

■游戲設備

■運動控制

■醫(yī)療儀器

■消防和安全

■電力和能源

■運輸

圖1.Stellaris LM3S2616 MCU方框圖

RDK-BDC24 BLDC馬達驅動參考設計

RDK-BDC24是Stellaris參考設計，可在高達40 A的連續(xù)電流下對12 V和24 V有刷直流電動機進行速度控制。功能包括高性能CAN和RS232網絡以及豐富的控制選項和傳感器接口，例如模擬和正交編碼器接口。

高頻PWM使直流電動機在較寬的速度范圍內平穩(wěn)，安靜地運行。

MDL-BDC24使用高度優(yōu)化的軟件和功能強大的32位Stellaris LM3S2616微控制器來實現開環(huán)速度控制以及速度，位置或電動機電流的閉環(huán)控制。

參考設計套件（RDK-BDC24）包含一個MDL-BDC24電機控制模塊，以及用于評估RS232通信的其他硬件和軟件。在評估了RDK-BDC24之后，用戶可以選擇自定義硬件和軟件設計的一部分，或者直接使用MDL-BDC24。

RDK-BDC24 BLDC馬達控制板的主要特性：