Atmel SAM R21E / SAM R21G無線微控制器：低功耗與高性能的完美結(jié)合

在當(dāng)今的電子設(shè)計領(lǐng)域，低功耗、高性能的微控制器是眾多工程師追求的目標(biāo)。Atmel推出的SAM R21系列無線微控制器，憑借其卓越的性能和豐富的功能，成為了許多應(yīng)用場景的理想選擇。今天，我們就來深入了解一下這款微控制器。

文件下載：ATSAMR21E18A-MFTA7.pdf

一、產(chǎn)品概述

Atmel? | SMART? SAM R21系列采用32位ARM? Cortex? - M0+處理器，并集成了超低功耗的2.4GHz ISM頻段收發(fā)器。該系列有32引腳和48引腳的封裝可供選擇，具備高達256KB的Flash和32KB的SRAM，最高運行頻率可達48MHz，每MHz能達到2.14 Coremark。

其設(shè)計理念非常注重產(chǎn)品系列內(nèi)的兼容性，所有設(shè)備具有相同的外設(shè)模塊、十六進制兼容代碼、相同的線性地址映射和引腳兼容的遷移路徑，方便工程師進行簡單直觀的遷移。同時，該系列還包含智能靈活的外設(shè)、Atmel事件系統(tǒng)用于外設(shè)間信號傳輸，并支持電容式觸摸按鈕、滑塊和滾輪用戶界面。

二、產(chǎn)品特性

（一）處理器

• 高性能核心：ARM Cortex - M0+ CPU最高運行頻率達48MHz，配備單周期硬件乘法器和Micro Trace Buffer（MTB），為數(shù)據(jù)處理提供強大動力。
• 豐富配置選項：支持32個外部中斷、小端數(shù)據(jù)字節(jié)序、SysTick定時器、2個觀察點比較器、4個斷點比較器等，滿足多樣化的應(yīng)用需求。

（二）存儲器

• 大容量存儲：提供256/128/64KB的片內(nèi)自編程Flash和32/16/8KB的SRAM，可滿足不同規(guī)模程序和數(shù)據(jù)的存儲需求。

（三）系統(tǒng)特性

• 穩(wěn)定的電源管理：具備上電復(fù)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。
• 靈活的時鐘系統(tǒng)：內(nèi)部和外部時鐘選項豐富，包括48MHz數(shù)字鎖頻環(huán)（DFLL48M）和48MHz至96MHz分數(shù)數(shù)字鎖相環(huán)（FDPLL96M），不同時鐘域可獨立配置運行頻率，實現(xiàn)功耗優(yōu)化。
• 便捷的調(diào)試接口：擁有外部中斷控制器（EIC），支持多達15個外部中斷和1個不可屏蔽中斷，以及雙引腳串行線調(diào)試（SWD）編程、測試和調(diào)試接口。

（四）低功耗設(shè)計

• 多種睡眠模式：具備空閑和待機兩種軟件可選睡眠模式。空閑模式下CPU停止運行，其他功能可繼續(xù)工作；待機模式下除選定的功能外，所有時鐘和功能停止運行。
• SleepWalking功能：外設(shè)能夠自行喚醒并啟動自身時鐘，執(zhí)行預(yù)定義任務(wù)而無需喚醒CPU，進一步降低功耗。

（五）外設(shè)功能

1. 通信接口豐富
   • 無線通信：集成超低功耗2.4GHz ISM頻段收發(fā)器，數(shù)據(jù)速率達250kB/s，接收靈敏度為 - 99dBm，發(fā)射輸出功率最高可達 + 4dBm，支持硬件輔助MAC（自動確認、自動重試）等功能。
   • 串行通信：多達五個串行通信模塊（SERCOM），每個可配置為USART、UART、SPI、I2C（最高3.4MHz）和LIN從機，滿足不同通信協(xié)議的需求。
   • USB接口：提供一個全速（12Mbps）的USB 2.0接口，支持嵌入式主機和設(shè)備功能，擁有八個端點。
2. 定時器與計數(shù)器
   • 普通定時器：三個16位定時器/計數(shù)器（TC），可配置為16位、8位或32位定時器，具備比較/捕獲通道，可用于頻率和波形生成、精確程序執(zhí)行計時或數(shù)字信號的輸入捕獲。
   • 控制定時器：三個16位控制定時器/計數(shù)器（TCC），具有擴展功能，如多達四個比較通道、同步脈沖寬度調(diào)制（PWM）模式生成、確定性故障保護、快速衰減和可配置的互補輸出死區(qū)時間等。
3. 模擬外設(shè)
   • ADC：一個12位、350ksps的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），最多支持八個外部通道，具備差分和單端輸入、1/2x至16x可編程增益級、自動偏移和增益誤差補償，以及硬件過采樣和抽取功能，支持13 - 16位分辨率。
   • 模擬比較器：兩個具有窗口比較功能的模擬比較器（AC）。
   • 觸摸控制器：外設(shè)觸摸控制器（PTC）支持多達48通道的電容式觸摸和接近感應(yīng)。
4. 其他外設(shè)：32位實時計數(shù)器（RTC）具備時鐘/日歷功能、看門狗定時器（WDT）、CRC - 32生成器等。

三、產(chǎn)品配置

SAM R21系列包含SAM R21G和SAM R21E兩個型號，它們在引腳數(shù)量、通用I/O引腳數(shù)、Flash和SRAM容量等方面存在一些差異。例如，SAM R21G為48引腳，有28個通用I/O引腳；而SAM R21E為32引腳，有16個通用I/O引腳。具體的配置信息可參考文檔中的“Configuration Summary”部分。

四、引腳與復(fù)用

（一）引腳分布

SAM R21G采用QFN48封裝，SAM R21E采用QFN32封裝，兩個封裝的大中心焊盤均為金屬材質(zhì)且內(nèi)部連接到GND，焊接時需連接到電路板的數(shù)字地以確保機械穩(wěn)定性，但不建議用其替代常規(guī)GND引腳。

（二）引腳復(fù)用

每個引腳默認由PORT作為通用I/O控制，也可分配給外設(shè)功能A - H。要啟用引腳的外設(shè)功能，需將PORT中對應(yīng)引腳配置寄存器的外設(shè)復(fù)用使能位（PINCFGn.PMUXEN）置為1，并通過PORT中外設(shè)復(fù)用寄存器的奇偶位（PMUXn.PMUXE/O）選擇外設(shè)功能。文檔中的“PORT Function Multiplexing”表格詳細描述了引腳與外設(shè)信號的復(fù)用關(guān)系。

五、產(chǎn)品映射

文檔中的“Product Mapping”部分展示了Atmel | SMART SAM R21的全局內(nèi)存空間布局，包括內(nèi)部Flash、SRAM、AHB - APB橋接器以及各種外設(shè)的地址范圍。這有助于工程師在開發(fā)過程中準(zhǔn)確地進行內(nèi)存訪問和外設(shè)控制。

六、包裝信息

（一）熱阻數(shù)據(jù)

不同封裝的熱阻數(shù)據(jù)有所不同，32引腳QFN封裝的θJA為37.2 °C/W，θJC為3.1 °C/W；48引腳QFN封裝的θJA為33 °C/W，θJC為11.4 °C/W。通過熱阻數(shù)據(jù)和相關(guān)公式，可計算芯片的平均結(jié)溫，從而評估是否需要散熱裝置。

（二）封裝圖紙

文檔提供了48引腳QFN和32引腳QFN封裝的圖紙，包括尺寸、公差等信息。同時，還給出了設(shè)備和封裝的最大重量、封裝特性（如濕度敏感度等級MSL3）以及封裝參考（如JEDEC圖紙參考）。

（三）焊接曲線

推薦的焊接曲線符合J - STD - 20標(biāo)準(zhǔn)，包括平均升溫速率、預(yù)熱溫度、保持在217°C以上的時間、實際峰值溫度附近的時間、峰值溫度范圍、降溫速率以及從25°C到峰值溫度的時間等參數(shù)。每個組件最多允許進行三次回流焊。

七、總結(jié)

Atmel SAM R21E / SAM R21G無線微控制器以其高性能、低功耗、豐富的外設(shè)功能和良好的兼容性，為電子工程師提供了一個強大而靈活的設(shè)計平臺。無論是智能家居、工業(yè)自動化還是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，這款微控制器都能滿足多樣化的需求。在實際設(shè)計中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用場景和需求，合理選擇型號和配置，充分發(fā)揮其優(yōu)勢。你在使用類似微控制器時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。