Kinetis M微控制器：面向计量方案的攻城利器

　　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。

　　特性

　　图1显示了Kinetis M微控制器框图。

图 1 – 框图

　　从上图可以清楚看出，除了32位ARM Cortex-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100 ksps。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。

图 2 – XBAR 信号和连接
 

　　本文选自电子发烧友网6月《智能工业特刊》Change The World栏目，转载请注明出处！

　　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sigma-delta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（Tamper）。

　　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1.71 V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。

表1 – 器件的衍生产品和封装

　　支持明确隔离相关合法软件

国际法制计量组织（the International Organization of Legal Metrology，OIML）和欧洲国家法制计量合作组织（the European Cooperation in Legal Metrology，WELMEC）等国际组织为编写软件控制的计量仪器应用程序提供咨询指导，即针对用软件将影响计费数据的那部分应用程序与该应用程序的其他部分隔离而制定了条例。如果制造商根据这些指导方针开发了一个计量仪器，并在初始审核和验证过程中向被通知机构（notified Body）提供了合规证明，那么它可以修改应用程序的其他部分，而不需要重新审核，因