超低功耗微控制器是便攜式設(shè)備運(yùn)動控制的理想選擇

便攜式和電池供電的設(shè)備無處不在，并且越來越多地控制日常功能。一個完美的例子是那些帶有電機(jī)的小型機(jī)器人吸塵器，用于機(jī)械運(yùn)動和方向控制。雖然這些現(xiàn)在似乎已成為日常功能，但這些小型機(jī)器人內(nèi)部的電子設(shè)備繼續(xù)將設(shè)計人員推向小尺寸、重量和功率效率的極限，同時包裝完整的處理工具箱。

當(dāng)許多必要的電子設(shè)備可以封裝到一個IC中時，它會有所幫助。ADI公司的就是這種情況。這是一款非常小巧、超低功耗、高度集成的 32 位微控制器，專為電池供電設(shè)備和無線傳感器而設(shè)計。它具有強(qiáng)大的ARM Cortex M4處理器和浮點單元（FPU），由于其復(fù)雜的傳感器處理和電池壽命優(yōu)化，它非常適合我提到的設(shè)備設(shè)計。

正如您想象的那樣，MAX32672GTL+的應(yīng)用包括運(yùn)動/電機(jī)控制、工業(yè)傳感器和電池供電的醫(yī)療設(shè)備。其應(yīng)用也可以擴(kuò)展到光通信模塊和安全無線電調(diào)制解調(diào)器控制器。

MAX32672GTL+的功能框圖揭示了這款小型動力器件的多功能性（圖1）。

圖 1：MAX32672GTL+ 微控制器的框圖顯示了其功耗和靈活性，從 Arm M4 內(nèi)核到大量存儲器、安全性、電源管理和 I/O 支持。（圖片來源：ADI公司）

從存儲器開始，MAX32672GTL+集成了1兆字節(jié)（MB）的閃存和200千字節(jié)的SRAM。具有糾錯功能的內(nèi)部閃存用于非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲。它被組織在兩個大小相等的庫中，以允許對實時固件更新進(jìn)行邊寫邊執(zhí)行操作。

內(nèi)部 200 KB SRAM 支持應(yīng)用信息和相關(guān)數(shù)據(jù)的低功耗保留。為了增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性，SRAM可以配置為160 KB，具有單錯誤校正和雙錯誤檢測（SEC–DED）代碼，以保護(hù)存儲設(shè)備免受數(shù)據(jù)損壞。糾錯編碼很重要：它在整個閃存、RAM 和緩存上實施，可確保在惡劣環(huán)境條件下極其可靠的代碼執(zhí)行。

對于所有重要的電源管理和控制，功能包括多種模式，提供高性能和低功耗選項的組合。其中包括電源電壓和掉電監(jiān)視器，以確保在斷電和上電事件以及意外電源瞬變期間正常工作。

MAX32672GTL+具有多個串行I/O外設(shè)，包括I^2^C， I^2^S、SPI 和 UART。雙向 I^2^C 接口實例可以以每秒 100 千比特 （kbps） 到 3400 kbps 的傳輸速率運(yùn)行。SPI 接口的工作速度高達(dá) 50 兆比特/秒 （Mbps），并支持四線配置中的全雙工操作。雙向 I^2^S 音頻總線可與音頻放大器和編解碼器配合使用。

最后，UART接口使用帶有獨立波特率發(fā)生器的兩線或四線總線配置提供全雙工異步串行通信。低功耗UART（LPUART）在最低功耗的睡眠模式下運(yùn)行，以促進(jìn)喚醒活動，而不會丟失任何數(shù)據(jù)。

除串行接口外，外設(shè)組合還包括多達(dá) 42 個通用 I/O （GPIO） 引腳、多達(dá) 4 個 32 位定時器、多達(dá) 2 個低功耗 32 位定時器和 12 通道、12 位逐次逼近寄存器 （SAR） 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC）。

從純粹的硬件支持角度來看，串行數(shù)據(jù)鏈路、I/O引腳和ADC的組合使MAX32672GTL+成為需要大量數(shù)據(jù)處理的電機(jī)和其它旋轉(zhuǎn)電機(jī)的強(qiáng)大控制器。

靈活的支持可加速控制和機(jī)器人設(shè)計

沒有良好的支持工具，硬件就會受到限制。對于MAX32672GTL+，這不是問題。特定應(yīng)用工具包括監(jiān)控模擬或數(shù)字傳感器的能力，以生成脈寬調(diào)制信號和解碼來自正交軸編碼器的數(shù)據(jù)。我非常喜歡針對電機(jī)控制和機(jī)器人應(yīng)用的工具：它們消除了大部分復(fù)雜性，使設(shè)計啟動和運(yùn)行變得更加容易。

正交解碼器接口根據(jù)兩相信號線（QEA 和 QEB）以及來自軸編碼器的索引信號 （QEI） 破譯旋轉(zhuǎn)機(jī)器軸的軸角和旋轉(zhuǎn)速度。用戶選擇的 X1、X2 或 X4 倒計時可用于控制解碼操作的角度分辨率。軸的旋轉(zhuǎn)在 32 位位置計數(shù)器 （QDEC） 上跟蹤特定事件，例如到達(dá)預(yù)設(shè)位置。QDEC 值表示軸的當(dāng)前角位置。其他輸出指示運(yùn)動、方向和旋轉(zhuǎn)方向的變化（圖 2）。

圖 2：正交輸入 QEA 和 QEB（由正交時鐘計時）根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向遞增或遞減 QDEC 計數(shù)器。輸出信號指示運(yùn)動 （QDEC_INTFL）、方向 （QDIR） 和方向變化 （QDEC_INTRL）。（圖片來源：ADI公司）

MAX32672GTL+集成了高級加密標(biāo)準(zhǔn)（AES）硬件來保護(hù)器件。AES 密鑰由軟件自動生成并存儲在專用閃存區(qū)域中，以防止篡改。它包括一個真隨機(jī)數(shù)生成器（TRNG），為加密種子或強(qiáng)加密密鑰提供隨機(jī)數(shù)，以確保數(shù)據(jù)隱私。

所有這些處理能力都包含在一個小型 40 引腳 TQFN-EP 封裝中，該封裝的尺寸僅為 5 毫米 x 5 毫米 x 0.4 毫米。該器件具有五種不同的功率模式，可在操作上提供極大的靈活性，同時最大限度地降低功耗。微控制器采用 1.1 V 電源供電，在活動模式下每兆赫茲 （MHz） 僅消耗 61.5 微安 （mA），最大時鐘速率為 100 MHz。

ADI公司的MAX32672EVKIT評估板為測量MAX32672GTL+微控制器的功能提供了一個平臺（圖3）。任何想要使用此微控制器的人都會發(fā)現(xiàn)該評估板是一個很好的設(shè)計起點。

圖 3：ADI 公司的 MAX32672EVKIT# 評估板具有 MAX32672GTL+，帶有預(yù)編程演示功能，可訪問用戶開發(fā)的程序。（圖片來源：ADI公司）

初始上電時，評估板執(zhí)行演示程序。除此之外，該評估板通過其內(nèi)部I/O端口提供訪問，軟件開發(fā)套件（SDK）可用于編寫自己的程序。

結(jié)論

MAX32672GTL+是一款小尺寸、低功耗、功能強(qiáng)大、靈活的方案，適用于電機(jī)/運(yùn)動控制、工業(yè)傳感器和電池供電的醫(yī)療設(shè)備：機(jī)器人吸塵器就是一個完美的例子。憑借其評估套件和豐富的工具支持，我懷疑還會有許多其他基于它的有趣設(shè)計很快就會激增。如果您有想法，請告訴我。

審核編輯 黃昊宇