【应用】基于EFM32系列32位MCU系列的新型无磁水表
针对新型无磁水表的设计，SILICON LABS（芯科科技）的代理商合作伙伴贝能国际撰写了本篇文章，探讨基于Silicon Labs的EFM32系列32位MCU 内部集成的Low Energer Sensor 外设基础上方便实现无磁水表计量技术方案。除水表外，气表、热表采用这种计量方式也非常可行。
SiliconLabs 公司高性能MCU EFM32TG11B340F64GQ64 是基于ARM Cortex-M0+核 MCU。其优势有如下几点：
•采用最新90nm 新工艺设计，工作频率可达48MHz；
•超低功耗，51 μA/MHz @ 3VSleep Mode，5 种低功耗模式可以灵活满足各种功耗设计需求；
•32K 的Flash 空间，4K SRAM；
•丰富外设为集成化设计提供了便利，内部集成可选的超低功耗LCD 驱动达8*20 段位；
•集成内部比较器/运放，12bit ADC 及12bit DAC模块， DAC 输出可配置为比较器参考电压输入；
•8通道DMA大大提高系统效率，通讯接口丰富；
•双串口加上一个低功耗串口Low Energy UART，IIC/SPI 都可以支持在DMA 模式下工作；
•加密算法灵活，支持自动随机数；
•提供高进度低功耗RTC 及RTC 备用电源接口；
•Low Energer Sensor 模块可以实现电容/电感/电量变化检测及唤醒机制；
•抗干扰性强，性能稳定。
在无磁水表产品中，无磁检测与低功耗设计是难点，而MCU内部的Low Energy Sensor模块既为无磁检测简化了算法，也降低了系统功耗，同时该芯片又高度集成各种外设，使无磁水表设计实现高集成度，缩小体积，降低成本，产品更具市场竞争力。
SiliconLabs 开发环境Simplicity Studio 支持多种标准C 编译器Keil/IAR/Hi-teck 等，采用可配置化编程工具SimplicityConfigurators，灵活方便，适合新用户快速入手。
图一：EFM32TG11Bxxx内部框图
图二：水表计量无磁检测示意图
该方案设计框图如下：
图三：无磁水表方案框图
Low Energy Sensor介绍
LowEnerger Sensor 在Silicon Labs 的高性能32bit MCU 中作为一个标准外设，从ARMCortex-M0+到M3/M4 系列中都存在。它是将几种不同已存在的其它外设进行组合配置而形成的的测量传感器，可用于测量电感/电容/电量等的变化，它将模拟比较器采集的模拟数据与通过高精度DAC 生成的参考电压进行比较，通过比较翻转逻辑来判断输入电压与参考电压的高低，输出结果为翻转次数，这些结果将存储在设定区域中，并通过预设的时序逻辑处理，计数处理，从而通过多次结果分析来判断所采样的模拟波形变化情况。
借助于Low Energer Sensor，当 EFM32TG11Bxxx 处于 EM2（深睡眠模式）时，可自动处理使用模拟比较器、DAC和计数器的几乎所有传感器接口任务。只有在传感器读数改变并且达到触发阈值，或者需要更高级别的校准时，才需要唤醒至 EM0（运行模式），大大简化产品的低功耗设计要求。在EM2模式下，MCU电流参数为1.54μA左右。
图四：LowEnerger Sensor 模块框图
Low Energy Sensor无磁检测的实现
在给LC电路充电后，断开充电电路，LC电路的振荡有一个稳定过程，这个过程在检测算法中需要一个Delay延时来规避检测，防止误判。
1,充电：Low EnergerSensor给LC电路中电容C充电。充电时间很短，通DAC0-CHx开关对电容充电，定时断开。
图五：充电开关图示
2，延时：在刚充电到一段时间内，正弦波衰减是很缓慢的，这时候需要一段延时，等待有规律的衰减期到来，这段延时是根据LC参数及电感涡流大小来调整的，需要通过实验测试得到合适的值。
图六：延时图示
3，检测：在延时之后，Low EnergerSensor需要判断此时正弦波的的衰减速度，从而判断Sensor的状态得到转子位置。因为接收到的是正弦波，所以LowEnerger Sensor通过比较器来测量，并通过调整比较器参考电压的方法来判断衰减情况，如检测图示：图中红色基准线为通过DAC调整的参考电压点，该参考点可按实际参数来通过DAC调整输出从而调整该参考点的。
可以看到，调整到合适的参考点，处于金属区的Sensor因为衰减较快，所以很快电压处于基准线以下，所对应比较器翻转次数就少；而处于非金属区的Sensor，因为衰减较慢，电压衰减到基准线以下的时间相对较长，所对应的比较器翻转次数就多。
图七：检测图示
4，处理：将本次获得的转子位置存储，并与上次获得位置进行分析，符合顺转或者逆转逻辑为合理，一旦不符合变化逻辑，则为无效计量，需要排查或者重新启动检测。Low Energer Sensor对以上步骤，通过软件设置即可以实现，无需客户自行通过软件来实现组合外设及控制逻辑，并且在测量完成后自动进入IDIE模式，大大提高效率降低功耗。
图八：Low Energer Sensor处理逻辑图
其他功能应用：
•LCD驱动（可选）：LCD驱动器能够驱动多达8x32段分段LCD显示。电压升压功能使它能够提供比电源电压高的LCD驱动电源。还提供一个专用的电荷再分配驱动器可以减少40%LCD驱动供电电流。此外，还支持动画功能，可以在LCD上运行自定义动画，而无需任何CPU干预。
•双串口通讯：可以实现与上位机通讯及外加抄表模块/通讯模块等，使用灵活，还提供一个LowEnergyUART，可在32.76K时钟下工作在9600bps波特率，提高效率降低功耗。
•其他功能：PWM驱动:高效实现电机的开合;12bitADC:实现电池电量检测及电机过流保护等。
方案优势：
•Silicon Labs的高性能高稳定性MCU EFM32TGxxx，以高度集成的外设，实现低成本低功耗单一芯片的无磁水表方案，与目前市场上无磁方案相比，该方案在功耗、集成度、成本、性能等方面都有明显优势。
•在技术支持上将为客户提供强全方位支持，包括Silicon Labs MCU开发平台、无磁检测算法、硬件设计评估、软件算法指导及其他技术协助，全力协助客户完成无磁水表方案的成品量产工作。
•该无磁检测方案性能、成本优势明显，设计灵活，同时大大降低无磁检测技术难度及功耗，并适用于气表、热表等其他类似表计方案应用。
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10531315世强 Lv7. 资深专家 2019-05-16学习学习 -
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红土海 Lv4. 资深工程师 2019-04-15大磁铁会不会干扰计数功能？ -
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KDS Lv7. 资深专家 2018-09-21学习了！ -
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新生物 Lv8. 研究员 2018-09-17mark -
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yichun417 Lv7. 资深专家 2018-09-16学习了。 -
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luosai Lv8. 研究员 2018-09-09学习了！ -
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海锋 Lv9. 科学家 2018-09-03不错 -
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luose Lv8. 研究员 2018-07-30不错！
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SILICON LABS 32-bit Microcontroller选型表
SILICON LABS 32位MCU选型，频率24MHz~80MHz，Flash存储4kB~2048kB，RAM存储2kB~512kB。
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产品型号
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品类
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系列
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Frequency（MHz）
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Flash (kB)
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RAM (kB)
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Vdd min（V）
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Vdd max（V）
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Package Type
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Package Size (mm)
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Internal Osc.
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Debug Interface
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Cryptography
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Dig I/O Pins
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ADC 1
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DAC
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USB
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Cap Sense
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LCD
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Temp Sensor
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Timers (16-bit)
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UART
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USART
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SPI
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I2C
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I2S
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EMIF
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RTC
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Comparators
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EFM32GG290F512-BGA112
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32位MCU
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EFM32 Giant Gecko
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48
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512
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128
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1.98
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3.8
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BGA112
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10x10
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±2%
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ETM; SW
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AES-128 AES-256
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90
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12-bit, 8-ch., 1 Msps
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12-bit, 2 ch.
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Cap Sense
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Temp Sensor
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4
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7
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3
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3
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2
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1
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0
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RTC
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2
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选型表 - SILICON LABS 立即选型
Silabs的32位MCU EFM32 SWDIO和SWCLK两个管脚被复用之后，无法下载代码，怎么解决？
解决办法1： 在GPIO初始化之前加入一段较长的延迟，上电之后可以进行代码下载。 解决办法2： 需要外部拉低SWDIO引脚，然后上电，就可以进行代码下载了。
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SILICON LABS EFM32PG23/EFM32PG22 32-bit Microcontrollers选型表
EFM32PG23 Series 2 and EFM32PG22 Series 2 MCUs
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产品型号
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品类
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Series
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Core
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Max GPIO
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Max LCD Segments
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Max Temperature（℃）
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Vdd Min (V)
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Vdd Max (V)
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Frequency（MHz）
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Flash (kB)
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RAM (kB)
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Dig I/O Pins
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Security
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ADC 1
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USB
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Temp Sensor
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UART
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RTC
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Package Type
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Package Size (mm)
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Internal Osc.
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Debug Interface
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Cryptography
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EFM32PG23B200F128IM40
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Microcontroller
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EFM32PG23 Series 2
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ARM Cortex-M33
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34
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4 x 20
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125
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3.8
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128
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64
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Vault
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16-bit, 12-ch., 1 Msps
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×
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Temp Sensor
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3
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RTC
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QFN40
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5x5
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2%
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Secure; SW; ETM
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AES-1
AES-256
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选型表 - SILICON LABS 立即选型
【应用】基于移动芯昇MCU CM32M10xA的无磁水表解决方案，主频108MHz，外设配置高且功耗低
本方案是基于芯昇科技MCU芯片CM32M10xA的无磁水表方案。优势：支持浮点运算和DSP指令，最高工作主频108MHz，最大Flash128KB；内置硬件算法加速器，支持市面上主流加密算法；先进的40nm工艺制程等。
silicon labs EFM32G系列32位MCU的TIMER计数器的时钟源有哪些？
silicon labs EFM32G系列32位MCU的TIMER计数器的时钟源如下： 1、由高频外设时钟HFPERCLK经分频后提供给TIMER； 2、由CC1通道输入的外部时钟源，可以选择外部引脚输入或PRS输入； 3、由上一级的TIMER事件作为时钟源。
SILICON LABS EFM32 Wonder Gecko 32-bit Microcontroller选型表
SILICON LABS 32位MCU选型，基于48MHz Frequency,64kB~256kB Flash,32kB RAM等参数进行选型。
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产品型号
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品类
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Frequency（MHz）
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Flash (kB)
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RAM (kB)
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Dig I/O Pins
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ADC 1
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DAC
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Cap Sense
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Temp Sensor
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Timers (16-bit)
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UART
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USART
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SPI
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I2C
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EMIF
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RTC
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Comparators
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Vdd min（V）
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Package Type
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Package Size (mm)
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Internal Osc.
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Debug Interface
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Cryptography
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ADC
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EFM32WG230F128-QFN64
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Microcontroller
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48
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128
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32
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12-bit, 8-ch., 1 Msps
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12-bit, 2 ch.
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Cap Sense
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Temp Sensor
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4
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5
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3
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3
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2
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1
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0
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RTC
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2
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1.98
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3.8
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QFN64
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9x9
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ETM; SW
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AES-128 AES-256
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8 x Ch 500 x MSPS 12 x bit
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选型表 - SILICON LABS 立即选型
Silicon Labs的EFM32GG230系列32位MCU从EM2,EM3模块唤醒后，MCU使用哪种时钟运行程序？
Silicon Labs的EFM32GG230系列32位MCU从EM2,EM3模式唤醒后，MCU使用HFRCO进入低功耗模式前的运行频率运行程序。
Silicon labs EFM32G系列32位MCU的TIMER计数器可以配置哪几种模式？
Silicon labs EFM32G系列32位MCU的TIMER计数器可以配置如下模式： 1、向上计数模式：计数器向上计数直到达到TIMERn_TOP，当到达顶值时计数器重置为0，重新开始向上计数； 2、向下计数模式：计数器以顶值TIMERn_TOP开始向下计数。当到达0计数器将重载为顶值，重新开始向下计数； 3、上/下计数模式：计数器以0值开始向上计数。当到达顶值时，从顶值开始向下计数，到达0时重新开始向上计数； 4、正交解码模式：两路输入通道，一路决定计数器方向，一路作为计数触发。
SILICON LABS EFM32 Leopard Gecko 32-bit Microcontroller选型表
SILICON LABS 32位MCU选型，基于48MHz Frequency,64kB~256kB Flash,32kB RAM等参数进行选型。
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产品型号
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品类
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Dig I/O Pins
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ADC 1
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DAC
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Cap Sense
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Temp Sensor
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Timers (16-bit)
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UART
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USART
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I2C
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I2S
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RTC
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Comparators
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Vdd max（V）
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Package Type
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Package Size (mm)
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Internal Osc.
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Debug Interface
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Cryptography
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EFM32LG230F128G-QFN64
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Microcontroller
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48
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12-bit, 8-ch., 1 Msps
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12-bit, 2 ch.
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Cap Sense
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Temp Sensor
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4
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RTC
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QFN64
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ETM; SW
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AES-128 AES-256
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选型表 - SILICON LABS 立即选型
在不擦除闪存或对闪存编程的情况下，如何连接至Silicon Labs MCU设备？
调试项目时，IDE 将自动为该项目使用最新的图像为设备编程。有时无需此操作。例如，如果设备的闪存内容需要转储至文件以便于分析，那么对闪存重新编程会破坏所需的数据。 有两种方法可以实现 MCU 的无损连接：Connect To（连接至）和Attach To（附加至）。这两种方法都将执行连接至设备所需的最少操作，然后打开调试透视图，其中的大部分调试功能都可用。这两种方法都不会生成设备复位，这意味着 MCU 将在进行连接时在执行代码的位置暂停。 附加至设备会将当前打开的项目的源代码映射至 Disassembly（反汇编）视图中的汇编中。这在各个方面，都将看起来如同正常的调试。要附加到设备，打开相关的项目，然后选择 Run＞ Attach To（运行＞ 附加至）以及要关联的程序类型（ARM 或 8051）。 连接至设备后，将允许查看其内存，但不会将源代码关联至Disassembly（反汇编）视图中的汇编。但是，在 Disassembly（反汇编）窗口中仍然可以进行正常的调试操作。要连接至设备，选择Run＞ Connect To（运行＞ 连接至）和设备类型（ARM 或 8051）。此方法中无需打开任何项目。
Silicon Labs的EFM32LG系列32位MCU的支持哪些外部触发方式？
Silicon Labs的EFM32LG系列32位MCU的外部触发方式包括上升沿、下降沿或双边沿触发。
SILICON LABS EFM32 Gecko 32-bit Microcontroller选型表
SILICON LABS 32位MCU选型，基于32MHz Frequency,16kB~128kB Flash,8kB或16kB RAM等参数进行选型。
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产品型号
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品类
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Frequency（MHz）
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Flash (kB)
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RAM (kB)
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Dig I/O Pins
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ADC 1
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DAC
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Cap Sense
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Temp Sensor
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Timers (16-bit)
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UART
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USART
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SPI
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I2C
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I2S
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EMIF
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RTC
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Comparators
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Vdd min（V）
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Vdd max（V）
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Package Type
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Package Size (mm)
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Internal Osc.
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Debug Interface
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EFM32G200F16-QFN32
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Microcontroller
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32
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8
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24
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12-bit, 4-ch., 1 Msps
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12-bit, 1-ch.
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Cap Sense
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Temp Sensor
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2
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0
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0
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RTC
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2
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QFN32
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6x6
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SW
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选型表 - SILICON LABS 立即选型
电子商城
现货市场
服务
可定制显示屏的尺寸0.96”~15.6”，分辨率80*160~3840*2160，TN/IPS视角，支持RGB、MCU、SPI、MIPI、LVDS、HDMI接口，配套定制玻璃、背光、FPCA/PCBA。
最小起订量： 1000 提交需求>
拥有IC烧录机20余款，100余台设备，可以烧录各种封装的IC；可烧录MCU、FLASH、EMMC、NAND FLASH、EPROM等各类型芯片，支持WIFI/BT模组PCBA烧录、测试。
最小起订量： 1 提交需求>
授权代理品牌：集成电路
授权代理品牌：分立元件
授权代理品牌：接插件及结构件
授权代理品牌：部件、组件及配件
授权代理品牌：电源及模块
授权代理品牌：电子材料
授权代理品牌：仪器仪表及测试配组件
授权代理品牌：电工工具及材料
授权代理品牌：机械电子元件
授权代理品牌：加工与定制
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