KinetisM微控制器：面向计量方案的攻城利器

发布时间：2014-7-16 10:08 发布者：wangjiamin

如果您观察周围，就会发现日常生活中计量设备无处不在。我说的是家里安装的所有电表、燃气表、水表以及计热表，更别提加油站和购物中心的流量表、秤和注册系统了。目前生产的计费设备由微控制器进行电子控制。

在微控制器控制的典型计量应用中，计费数据的准确性首先取决于模数转换器的精度（ A/D）、采样频率和足够的计量计算动态范围。另外，它还取决于软件的可靠性，所以必须关注软件对金融交易的影响。因此，半导体公司的目标是，开发的微控制器不仅能满足测量精度、计算吞吐量和能源消耗等基本技术要求，而且还具有足够的灵活性，可以提供将“合法”计量从应用的其他部分隔离的选项。

2013年10月，飞思卡尔推出了一个采用ARM Cortex-M0+内核的全新微控制器系列— Kinetis M。除了许多高分辨率的模拟外设、数字定时器、通信接口和带独立电源和温度补偿的实时时钟外，这些微控制器还配备了硬件，控制接入存储器、外设和集成在芯片上的I/O端口。

图1显示了Kinetis M微控制器框图。从上图可以清楚看出，除了32位ARMCortex-M0+外，微控制器还提供四个独立的 24位 A/D转换器（ SD ADC），内置可编程的放大器（PGA），转换速度可达100ksps。转换器设计，再加上作原理（二阶 Sigma-Delta调制器），支持在所有通道同时或采用精确定义的延迟来测量双极模拟信号，范围从几微伏到一伏。

包含的其他模拟模块是两个高速模拟比较器（HSCMP），拥有可编程的磁滞5-30 MV，一个12通道的16位SAR A/D转换器，以及一个拥有精确的1.2 V电压参考，温度系数为33 ppm/°C。设计该参考电压的目的不仅是适用于提到的所有模拟模块，而且通过一个内部放大器缓冲，它还可以用作板卡上其他电路的电压参考源。但是，如果内部参考电压的参数不够的话，微控制器的模拟模块可以由外部1.2 V参考电压供电。

飞思卡尔的目标是设计非常适合计量应用的可编程器件。因此，该Kinetis M微控制器系列不仅包括Kinetis家族的标准模块，还包括其他产品线的典型模块。例如，互连矩阵中的内部信号、器件的输入和输出（XBAR）和四通道定时器（Quad Timer）是通常用于数字信号控制器（DSC）中的模块。这些模块允许应用开发人员更精密地连接内部外设，定义被测样品之间的时间序列，还提供监测内部外设工作的选项。片上外设和I/O引脚连接XBAR模块如图2所示。

例如，这些模块在一个典型的三相电表应用中可以用于从相电流测量（三个24位SD ADC）触发相电压测量（三个16位SAR ADC通道）。其他使用领域包括自主测量模拟信号周期（频率），检测RS-485和RS-232链路、调制的IEC 1107和38K红外通信的通信速度，连接外部模拟sigmadelta调制器和生成高稳定性的校准脉冲。

内部时钟生成模块包含锁频环（FLL）、锁相环（PLL）、低频振荡器（OSC32K）、高频振荡器（OSCMHZ）、32 kHz 和4/2 MHz的内部参考时钟（IRC）模块。

最后还有重要的一点，我必须提到有助于应用安全的模块，包括符合家用电器安全标准（IEC 60730）的“看门狗”定时器、循环冗余校验（CRC）加速器、随机数发生器（RNGA）和侵入检测（T amper）。

Kinetis M微控制器系列提供两种存储器配置和三种封装。应用开发人员可以选择的存储器配置有64 KB或128 KB Flash，封装有44 LGA、64和100 LQFP。采用64和100 LQFP封装的器件衍生产品均包括一个标准的LCD控制器，可以处理的LCD段数分别为160段和288段。制造商保证温度在–40°C 至+85°C范围内、电源电压为1.71V至3.6 V时，所有零部件都能正常工作。

表1列出了该器件的衍生产品、封装和基本特性。

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