HC32L021 — новое поколение энергоэффективных микроконтроллеров на ядре ARM Cortex-M0+ от компании Xiaohua Semiconductor (входит в концерн HUADA). Чип сочетает сверхмалое энергопотребление, современную периферию и работает на частотах до 48 МГц в корпусах TSSOP-20, QFN-20 и QFN-14.
Актуальность перехода на 32-битные микроконтроллеры
За последние годы на рынке доступных микроконтроллеров произошли существенные изменения. Развитие технологий полупроводниковой промышленности позволяет размещать на одном кристалле всё больше функциональных элементов. В результате современные 32-разрядные чипы нижнего ценового диапазона теперь конкурентны или даже дешевле традиционных 8- и 16-битных решений.
32-битные микроконтроллеры обладают заметным преимуществом в производительности благодаря расширенной разрядности шины данных и повышенной тактовой частоте. Более совершенная технология изготовления обеспечивает богатый функционал периферии. Кроме того, подавляющее большинство современных 32-битных МК разрабатываются с особым вниманием к энергоэффективности — одному из ключевых требований электроники последних лет. Эти факторы позволили 32-битным микроконтроллерам значительно потеснить 8- и 16-битные решения, и на сегодняшний день большинство новых проектов реализуется именно на их основе.
Представление HC32L021
HC32L021 — это новая серия микроконтроллеров со сверхмалым энергопотреблением, недавно представленная компанией Xiaohua Semiconductor (XHSC), входящей в состав концерна Huada Semiconductor (HDSC). Производитель является признанным лидером в разработке сверхмаломощных МК и активно внедряет технологические инновации.
На кристаллах HC32L021 достигнута сверхмалая утечка тока через транзисторные структуры, а применённая передовая система управления питанием позволяет минимизировать потребление устройства даже в сложных сценариях использования. На предприятии Xiaohua Semiconductor внедрена строгая система контроля качества: каждый этап производства — от проектирования кристалла и изготовления пластин до финального тестирования — предусматривает многочисленные проверки, что гарантирует стабильность параметров и надежность выпускаемой продукции.
Архитектура и основные характеристики
Микроконтроллеры серии HC32L021 построены на ядре ARM Cortex-M0+, поддерживающем работу на частотах вплоть до 48 МГц. Ядро оснащено встроенным 32-битным умножителем и совместимо с отладчиками сред Keil и IAR.
В состав ядра интегрирован контроллер векторных прерываний (NVIC), обеспечивающий поддержку до 17 входов запросов на прерывание (IRQ) с четырьмя уровнями приоритета.
Варианты исполнения
Серия HC32L021 предлагается в четырех исполнениях:
HC32L021C8PB-TSSOP20TR (корпус TSSOP-20)
HC32L021C8PB-TSSOP20 (корпус TSSOP-20)
HC32L021C8UB-ZFN20TR (корпус QFN-20, 3x3 мм)
HC32L021B8UB-XFN14TR (корпус QFN-14, 2x2 мм)
Режимы работы и энергопотребление
Все микроконтроллеры этой серии поддерживают три режима работы с различным энергопотреблением:
Активный режим (Active Mode) — ядро и периферийные модули работают в штатном режиме. При температуре 25°C и частоте 48 МГц максимальное потребление составляет 3,4 мА, а при 4 МГц — 0,72 мА.
Спящий режим (Sleep Mode) — ядро отключено, но тактовый генератор, контроллер NVIC и периферия функционируют нормально. Максимальное потребление при 25°C равно 2,4 мА на 48 МГц и 0,34 мА на 4 МГц.
Режим глубокого сна (Deep Sleep Mode) — работают только выбранные низкопотребляющие периферийные модули и контроллер NVIC, тактирование возможно только от источников низкой частоты. В отсутствие тактового сигнала потребление составляет всего 0,65 мкА при 25°C, а при наличии — не превышает 1,4 мкА.
Нажмите для увеличения (930x881)
Память и тактовое обеспечение
Встроенная флеш-память объёмом 64 кбайт предназначена для хранения программ. Встроенный контроллер памяти поддерживает методы программирования ISP, IAP и ICP.
Оперативная память объёмом 6 кбайт используется для хранения переменных. Данные сохраняются во всех трёх режимах энергопотребления.
Микроконтроллер оснащён встроенным RC-генератором, позволяющим работать на частотах 32,768 кГц, 38,4 кГц, 4 МГц, 6 МГц, 32 МГц и 48 МГц. Альтернативно поддерживается внешний кварцевый резонатор на частотах 32,768 кГц или 4…24 МГц.
Система управления питанием
Встроенная система управления питанием включает функции «Power-on Reset» (POR), «Brown-out Reset» (BOR) и детектор пониженного напряжения LVD с программируемым уровнем срабатывания (16 вариантов).
Таймеры и счётчики
В составе HC32L021 предусмотрены:
Два составных 16-битных таймера/счётчика, каждый конфигурируемый либо как устройство общего назначения (с 8 каналами: 4 захвата и 4 сравнения для формирования ШИМ с коэффициентом заполнения 0…100%), либо как группа из трёх базовых таймеров/счётчиков с функцией переполнения и возможностью каскадирования в 32- или 48-разрядный счётный узел.
Один расширенный 16-битный таймер/счётчик общего назначения для формирования 6 независимых ШИМ-сигналов, с 6 входами захвата, счётным входом и входом измерения ширины импульса. Поддерживает формирование связанных сигналов с мёртвой зоной для управления BLDC-двигателями.
Часы реального времени с выбором 12- или 24-часового формата, функцией будильника и автоматической настройкой на високосные годы.
12-разрядный сторожевой таймер (WDT), обнаруживающий и устраняющий зависания устройства. Работает от отдельного RC-генератора частотой 10 кГц и сохраняет функциональность даже при отказе основного источника тактовых импульсов.
24-битный системный таймер для переключения задач в многозадачных ОС или периодических событий.
Узел CTRIM, работающий в режимах калибровки и таймера. В режиме калибровки осуществляется автоматическая подстройка выходной частоты внутреннего RC-генератора в реальном времени, устраняя зависимость от условий окружающей среды. В режиме таймера — функционирует как таймер общего назначения с малым потреблением, работающий даже в режиме глубокого сна (только функция переполнения).
Последовательные интерфейсы
UART интерфейсы — два универсальных синхронных/асинхронных приемопередатчика (Low-power UART, LPUART) с поддержкой аппаратного управления потоком (сигналы RTS и CTS). Работают в режиме глубокого сна для пробуждения микроконтроллера. Длина символа может быть 8 или 9 бит, количество стоповых битов — 1, 1,5 или 2. Поддерживается проверка на чётность.
SPI интерфейс — один последовательный периферийный интерфейс с настраиваемой длиной кадра данных (4…16 бит). Поддерживает режимы «ведущий/ведомый», два порядка передачи битов (LSB первым и наоборот), программное и аппаратное управление выбором ведомого, а также настройку полярности и фазы тактовых импульсов SCK.
I^2C интерфейс — один двухпроводной последовательный интерфейс, соответствующий спецификации SMBus (Version 3). Обеспечивается поддержка режимов «Standard Mode», «Fast Mode», «High-Speed Mode» и мультимастера, 7- и 10-битной адресации, а также программного сброса.
Аналоговая периферия
АЦП — 12-битный АЦП последовательного приближения с высокой скоростью преобразования до 1 MSPS. Позволяет оцифровывать сигналы с 8 внешних и 2 внутренних входов, запуск преобразования может производиться от различных периферийных устройств. В качестве опорного напряжения может использоваться внешний источник или напряжение питания аналоговой части МК (AVCC).
Компараторы — два аналоговых компаратора с программируемым или отключаемым гистерезисом и цифровой фильтрацией сигнала. Входы компараторов можно подключать к портам МК, напряжению питания ядра или выходу программируемого резистивного делителя (64 варианта деления напряжения AVCC). Оба компаратора работают в режиме глубокого сна.
Генератор случайных чисел — один генератор истинно случайных 64-битных чисел с программируемым методом генерации.
Условия эксплуатации
Микроконтроллеры HC32L021 допускают работу в диапазоне питающего напряжения +1,8…+5,5 В и температуры окружающей среды -40…+105°С. Количество доступных портов ввода/вывода зависит от выбранного корпуса. Варианты в корпусе QFN-14 имеют несколько урезанный функционал в сравнении с TSSOP-20 и QFN-20.
Разработка и оценка
Для оценки возможностей микроконтроллеров Xiaohua Semiconductor предоставляет отладочную плату SK-L021-TSSOP20.
Нажмите для увеличения (1200x375)
На плате размещены:
Микроконтроллер HC32L021C8PB в корпусе TSSOP-20 с минимальным обвесом;
Часовой кварц 32,768 кГц;
Две микросхемы памяти: Flash (W25Qxx) и EEPROM (24Cxx);
Пользовательская кнопка и светодиод.
Плата совмещена с SWD-отладчиком XH-DAPLink, работающим по интерфейсу CMSIS-DAP, что обеспечивает удобство разработки.
Производитель предоставляет схемы отладочной платы, исходные файлы и примеры кода для работы с микроконтроллерами HC32L021. Также доступны полные библиотеки для ускорения разработки.
