EFM32应用方案之数字万用表

时间： 2016-04-07 来源：电子技术设计

技术问答

突出的低功耗，完美适用与电池供电

概述

数字万用表，一种多用途电子测量仪器，一般包含安培计、电压表、欧姆计等功能，有时也称为万用计、多用计、多用电表，或三用电表。

系统结构

EFM32是由SILICON LABS公司采用ARM Cortex-M0+\M3\M4内核设计而来的高性能低功耗32位微控制器。它具有突出的低功耗特性，适用于“三表”（电表、水/热表、气表）、工业控制、警报安全系统、健康与运动应用系统、手持式医疗设备以及智能家居控制等领域。

图1是数字万用表的结构框图，包括供电，测量模块，存储芯片，显示模块，主处理器，控制按键。

数字万用表结构框图

图1：数字万用表结构框图

• 供电

数字万用表一般为9V电池供电，EFM32的工作电压为1.8~3.8V，工作电压范围比较宽，有利于周围器件的选型。

• 测量模块

利用高精度的AD芯片测量不同量程的电阻、电压、电容或电流等。其中测量电路是将不同的被测量、不同的量程经过一系列的处理统一转变成一定量限的电压供AD采集。

• 存储IC

保存测量结果，可用于查询或波形显示。

• 显示模块

通过LCD或TFT显示测量结果及查寻之前测量结果或显示其他功能。

• 主控制器

根据数字万用表功能不同可选择不同型号的EFM32作为主控MCU。EFM32具有良好的兼容性，同编号芯片引脚为pin-pin兼容。在低端应用中可选择EFM32TG系列作为主控，其flash和RAM资源为4～32KB和2～4KB；在高端产品中可选择EFM32LG系列，其与EFM32TG系列 pin-pin兼容，flash和RAM资源为64～256KB和32KB，带有TFT驱动及USB。

• 控制按键

用于选择不同的测量量、量程及功能按键。

方案优势

相对于传统的8位、16位单片机实现的数字万用表，基于EFM32实现的本方案具有以下优势：

• 超低功耗

EFM32是全球最低功耗的32位微控制器，RTC、DMA可运行的EM2模式下，功耗电流仅为900nA，不运行RTC的模式下可低至600nA，而在不保存RAM数据时更是只有20nA。由于数字万用表为电池供电，对功耗有一定的要求，因此EFM32的低功耗具有明显的优势。

• 集成度高，性能高

EFM32内核的指令效率以及代码密度比传统的8位单片机高，尤其是在算法处理方面具有比较大的优势。在某些对AD精度要求不是太高的环境下可使用片上带有1M采样速率的12位ADC，配合PRS及DMA可以实现精准定时的采样和数据存储。除此外，EFM32片上集成高达8X36 的LCD驱动器，甚至支持16位RGB接口的TFT屏驱动，其支持emwin的GUI界面，可以实现界面管理及波形显示。EFM32带有3个运算放大器及2个16路比较器，可以省去电路上的一些外围器件，节省成本。丰富的集成外设为不同的系统应用提供多样性的选择。

• 扩展性良好

EFM32的TG、G、GG、LG系列之间具有良好的兼容性，同型号不同系列的芯片是pin-pin兼容，保证用户在统一的硬件平台上，可进行不同功能需求的裁剪。Flash资源从最低的4KB~1024KB，RAM资源从2KB~128KB。

总结

EFM32具有优异的低功耗特性，非常适合于对于低功耗有一定要求的数字万用表的应用。EFM32内核采用目前流行的Cortex-M0+\M3\M4设计，极大地缩短了开发者的开发时间。EFM32具有丰富的外设，为系统扩展功能及降低成本提供了条件。

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1、对于Silicon Labs EFM32系列32位低功耗MCU的系统设计者，有几个值得关注的因素，包括如何为芯片提供鲁棒性的电源，如何连接外部调试接口以及如何设计外部时钟源。 2、电源: 尽管EFM32支持宽的电压范围并且消耗很小的平均电流，但是正确的去耦是极其重要的。对于高频暂态信号去耦电容能使得电源和MCU以及地之间的电流回路尽量短。 3、调试接口及外部复位引脚 (RESETn): 除了可选的SWO(串行线输出），调试接口包括SWCLK(时钟输入）和SWDIO(数据输入输出）线，除此之外可选的SWO(串行线输出）。在无需外部复位的情况下因为复位引脚（RESETn）具有内部上拉电阻所以可以不做连接。强行拉低RESETn引脚将对产生EFM32触发复位。 4、外部时钟源： EFM32除了内部低频和高频RC振荡器模式外也支持不同的外部时钟源来产生低频以及高频时钟。可能的低频LF和高频HF域外部时钟源是外部振荡器（方波或者正弦波）或者晶体/陶瓷谐振器。

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1、支持最多240个中断输入、不可屏蔽中断输入和多个系统异常。除了NMI外，每个中断都可以被单独使能或禁止。 2、中断和多个系统异常具有可编程的优先级。对于Cortex-M3/M4，优先级可以在运行时动态修改（注意，Cortex-M0/M0+不支持优先级的动态修改）。 3、嵌套中断/异常以及中断/异常按照优先级自动处理。 4、向量中断/异常。意味着处理器会自动取出中断/异常向量，无需软件确定产生的是哪个中断/异常。 5、向量表可以重定位在存储器中的多个区域。 6、低中断等待。对于具有零等待状态的存储器系统，中断等待仅为12个周期。 7、中断和多个异常可由软件触发。 8、多个优化用于降低不同异常上下文切换时的中断处理开销。 9、中断/异常屏蔽功能可以将所有的中断和异常（NMI除外）屏蔽掉，或者将中断/异常屏蔽为某个优先级之下。为了支持这些特性，NVIC使用了多个可编程寄存器。这些寄存器经过了存储器映射，而CMSIS-Core则为大多数常见的中断控制任务提供了所需的寄存器定义和访问函数（API），这些访问函数非常已于使用。

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