Atmel SAM L21系列微控制器：低功耗設(shè)計的理想之選

在電子設(shè)備不斷追求更低功耗、更高性能的今天，Atmel推出的SAM L21系列微控制器憑借其卓越的特性，成為了眾多工程師的首選。下面我們就來深入了解一下這款微控制器。

文件下載：ATSAML21J16B-AUT.pdf

一、產(chǎn)品概述

Atmel | SMART SAM L21是一系列超低功耗微控制器，采用32位ARM Cortex - M0+處理器，最高運行頻率可達48MHz，每兆赫茲能達到2.46 CoreMark。它有32、48和64引腳封裝可選，閃存最大支持256KB，SRAM最大支持40KB。該系列運用了先進的電源管理技術(shù)，如電源域門控、SleepWalking、超低功耗外設(shè)等，有效降低了電流消耗。其高度可配置的外設(shè)中，還包含支持帶接近感應(yīng)的電容式接口的觸摸控制器。

二、核心特性

（一）處理器

• 高性能CPU：ARM Cortex - M0+ CPU最高運行頻率達48MHz，具備單周期硬件乘法器和微跟蹤緩沖區(qū)（Micro Trace Buffer），能有效提升數(shù)據(jù)處理速度。
• 指令兼容性：與前代Cortex - M0核心100%指令集兼容，且向上兼容Cortex - M3和M4核心，方便工程師進行遷移和開發(fā)。

（二）存儲器

• 多樣的閃存配置：提供32/64/128/256KB的片內(nèi)自編程閃存，還有1/2/4/8KB的閃存讀寫部分（Flash Read - While - Write section），滿足不同存儲需求。
• 靈活的SRAM組合：主內(nèi)存SRAM有4/8/16/32KB可選，低功耗內(nèi)存SRAM有2/4/8/8KB可選，可根據(jù)實際應(yīng)用場景合理分配內(nèi)存資源。

（三）系統(tǒng)

• 可靠的復位與檢測：具備上電復位（POR）和欠壓檢測（BOD）功能，保障系統(tǒng)在不同電源環(huán)境下的穩(wěn)定運行。
• 豐富的時鐘選項：提供內(nèi)部和外部時鐘選項，可根據(jù)實際需求靈活配置，滿足不同外設(shè)的時鐘要求。
• 強大的中斷控制：外部中斷控制器（EIC）支持16個外部中斷和1個不可屏蔽中斷，配合兩引腳串行線調(diào)試（SWD）接口，方便進行程序的編程、測試和調(diào)試。

（四）低功耗設(shè)計

• 多種睡眠模式：支持空閑（Idle）、待機（Standby）、備份（Backup）和關(guān)機（Off）四種睡眠模式，可根據(jù)系統(tǒng)不同的工作狀態(tài)選擇合適的模式，降低功耗。
• SleepWalking外設(shè)：允許外設(shè)根據(jù)預定義條件從睡眠中喚醒，僅在需要時喚醒內(nèi)部操作（如DMA傳輸和/或CPU），進一步節(jié)省功耗。
• 電源管理架構(gòu)：采用靜態(tài)和動態(tài)電源門控架構(gòu)，支持電池備份，有兩個性能級別可供選擇，嵌入式降壓/低壓差穩(wěn)壓器（Buck/LDO regulator）支持動態(tài)選擇，有效降低功耗。

（五）外設(shè)

• 高效的數(shù)據(jù)傳輸：16通道直接內(nèi)存訪問控制器（DMAC）和12通道事件系統(tǒng)，實現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)傳輸和外設(shè)間的協(xié)同工作。
• 靈活的定時器：多達五個16位定時器/計數(shù)器（TC），包括一個低功耗TC，每個可配置為16位、8位或32位模式；兩個24位和一個16位控制定時器/計數(shù)器（TCC），具備擴展功能，如多通道比較輸出、同步脈沖寬度調(diào)制（PWM）模式生成、故障保護等。
• 豐富的通信接口：一個全速（12Mbps）通用串行總線（USB）2.0接口，支持嵌入式主機和設(shè)備功能；多達六個串行通信接口（SERCOM），可配置為USART、I2C、SPI、LIN從機等多種模式。
• 強大的模擬功能：一個12位、1MSPS模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），最多支持20個通道，具備差分和單端輸入、自動偏移和增益誤差補償、過采樣和抽取功能，可支持13 - 16位分辨率；兩個12位、1MSPS雙輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）；兩個模擬比較器（AC）和三個運算放大器（OPAMP）。
• 觸摸控制功能：外設(shè)觸摸控制器（PTC）支持169通道電容式觸摸和接近感應(yīng)，可在待機模式下實現(xiàn)觸摸喚醒。

（六）振蕩器

提供多種振蕩器選項，包括32.768kHz晶體振蕩器（XOSC32K）、0.4 - 32MHz晶體振蕩器（XOSC）、32.768kHz內(nèi)部振蕩器（OSC32K）、32.768kHz超低功耗內(nèi)部振蕩器（OSCULP32K）、16/12/8/4MHz高精度內(nèi)部振蕩器（OSC16M）、48MHz數(shù)字鎖頻環(huán)（DFLL48M）和96MHz分數(shù)數(shù)字鎖相環(huán)（FDPLL96M），滿足不同時鐘頻率的需求。

（七）I/O

最多支持51個可編程I/O引腳，方便與外部設(shè)備進行連接和通信，并且易于從SAM D系列進行遷移。

三、不同型號配置對比

SAM L21系列包含SAM L21J、SAM L21G和SAM L21E三個型號，它們在引腳數(shù)量、通用I/O引腳數(shù)、閃存和SRAM容量、定時器和計數(shù)器數(shù)量、外設(shè)功能等方面存在一定差異。例如，SAM L21J引腳數(shù)最多，為64引腳，通用I/O引腳有51個，閃存最大支持256KB；而SAM L21E引腳數(shù)最少，為32引腳，通用I/O引腳有25個，閃存最小支持32KB。工程師可以根據(jù)具體項目需求選擇合適的型號。

四、訂購信息

每個型號都有不同的訂購代碼，對應(yīng)不同的閃存容量、SRAM容量、封裝類型和載體類型。例如，ATSAML21J18B - AUT表示SAM L21J型號，閃存為256K，SRAM為32K，采用TQFP64封裝，載體類型為卷帶包裝。同時，設(shè)備變體（訂購號的最后一個字母）與芯片版本（DSU.DID.REVISION）相互獨立，設(shè)備變體表示功能差異，芯片版本標記芯片的演進。

五、處理器與架構(gòu)

（一）Cortex M0+處理器

• 配置靈活：在Atmel SAM L21中，Cortex M0+處理器的中斷、數(shù)據(jù)字節(jié)序、系統(tǒng)定時器、觀察點和斷點比較器等功能都有特定的配置，如支持29個外部中斷、小端字節(jié)序、具備系統(tǒng)定時器等。
• 總線接口：擁有32位AMBA - 3 AHB - Lite系統(tǒng)接口和32位I/O端口總線接口，可實現(xiàn)對內(nèi)存和外設(shè)的高效訪問，支持單周期I/O訪問。

（二）嵌套向量中斷控制器（NVIC）

支持32條中斷線，有四個不同的優(yōu)先級級別。每個中斷線對應(yīng)一個外設(shè)實例，可通過外設(shè)的中斷使能寄存器進行中斷的開啟和關(guān)閉。NVIC能對中斷進行優(yōu)先級排序，確保系統(tǒng)對不同優(yōu)先級的中斷進行高效處理。

（三）微跟蹤緩沖區(qū)（MTB）

為Cortex - M0+處理器提供程序流跟蹤功能，MTB SRAM可用于跟蹤信息存儲和通用存儲。其跟蹤緩沖區(qū)在SRAM中的位置和大小可通過軟件配置，符合CoreSight標準。通過MTB，調(diào)試器可以提取跟蹤信息，重構(gòu)程序流，方便工程師進行調(diào)試和優(yōu)化。

（四）高速總線系統(tǒng)

• 高速總線矩陣：采用對稱交叉開關(guān)總線交換實現(xiàn)，支持不同主設(shè)備對不同從設(shè)備的并發(fā)訪問，32位數(shù)據(jù)總線，與總線主設(shè)備時鐘頻率一致，確保數(shù)據(jù)的高速傳輸。
• H2LBRIDGE：支持LP時鐘分頻，具備寫緩沖FIFO，可減少總線停頓，在特定條件下可實現(xiàn)超低延遲模式，提高系統(tǒng)性能。

Atmel SAM L21系列微控制器以其低功耗、高性能、豐富的外設(shè)和靈活的配置，為電子工程師提供了一個優(yōu)秀的解決方案。無論是在電池供電的便攜設(shè)備、工業(yè)控制還是智能家居等領(lǐng)域，都能發(fā)揮出其獨特的優(yōu)勢。你在實際項目中是否使用過類似的微控制器呢？遇到過哪些挑戰(zhàn)和問題？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗。