微控制器Stellaris LM3S2616的主要特性及应用解决方案

TI公司的Stellaris LM3S2616是基于ARM Cortex -M3内核的32位MCU，具有32位RISC性能，具有多种外设如UART，CAN等，工作频率为50MHz，设计用于工业应用包括遥控，电子POS机，测试和测量设备，网络设备和交换，工厂自动化，HVAC和建筑物控制，游戏设备，运动控制，医疗仪器以及消防和安全。和指标，电路图，材料清单和PCB元件布局图。

Stellaris®系列微控制器是他第一个基于ARM®Cortex®M3的控制器，可为对成本敏感的嵌入式微控制器应用程序提供高性能的32位计算。这些具有开创性的部件为客户提供32位性能，而成本却与传统的8位和16位设备相同，而且封装尺寸小。

Stellaris系列提供高效的性能和广泛的集成，可将设备有利地放置在需要大量控制处理和连接功能的，注重成本的应用中。Stellaris LM3S2000系列是为控制器局域网（CAN）应用而设计的，它通过短距离工业网络的黄金标准Bosch CAN网络技术扩展了Stellaris系列。Stellaris LM3S2000系列还标志着CAN功能与革命性的Cortex-M3内核的首次集成。

LM3S2616微控制器面向工业应用，包括远程监控，电子销售点机器，测试和测量设备，网络设备和交换机，工厂自动化，HVAC和楼宇控制，游戏设备，运动控制，医疗仪器和消防设备和安全性。

对于需要极度节能的应用，LM3S2616微控制器具有电池供电的休眠模式，可在长时间不活动期间将LM3S2616高效断电，使其处于低功耗状态。借助上电/断电定序器，连续时间计数器（RTC），一对匹配寄存器，系统总线的APB接口以及专用的非易失性存储器，休眠模块将LM3S2616微控制器完美地放置在电池中应用程序。

此外，LM3S2616微控制器还具有ARM广泛可用的开发工具，片上系统（SoC）基础架构IP应用程序和庞大的用户社区的优势。

此外，该微控制器使用ARM兼容Thumb的Thumb-2指令集来减少内存需求，从而降低成本。最后，LM3S2616微控制器与广泛的Stellaris系列的所有成员都代码兼容。提供满足客户精确需求的灵活性。

德州仪器（TI）通过评估和开发板，白皮书和应用笔记，易于使用的外围驱动程序库以及强大的支持，销售和分销网络，提供了一个完整的解决方案，可快速推向市场。

LM3S2616主要特性：

LM3S2616微控制器包括以下产品功能：

■32位RISC性能

–针对小尺寸嵌入式应用进行了优化的32位ARM®Cortex ™-M3 v7M体系结构–

系统计时器（SysTick），提供了简单的24位清除功能-具有灵活控制机制的写，递减，零归零计数器

–兼容Thumb®的Thumb-2指令集处理器内核，可实现高代码密度

–50 MHz操作–

硬件除法和单周期乘法

–集成的嵌套矢量中断控制器（NVIC），提供确定性的中断处理

– 33个中断，具有八个优先级

–内存保护单元（MPU），为受保护的操作系统功能提供了特权模式

–未对齐的数据访问，使数据可以有效地打包到内存中

–原子位操作（位带），提供最大的内存利用率和简化的外围设备控制

■ARM®Cortex™-M3处理器内核–

紧凑型内核。

– Thumb-2指令集，可在通常与8位和16位设备关联的存储器大小中提供ARM内核所期望的高性能；对于微控制器类应用，通常在几千字节的内存范围内。

–通过哈佛体系结构快速执行应用程序，该体系结构具有用于指令和数据的独立总线。

–异常中断处理，通过在硬件中实现处理中断所需的寄存器操作来实现。

–确定性，快速的中断处理：使用尾链时始终为12个周期或仅6个周期–

外部不可屏蔽中断信号（NMI）可用于安全关键应用程序的NMI处理程序的立即执行。

–内存保护单元（MPU），可为复杂的应用程序提供特权操作模式。

–从ARM7™处理器系列进行迁移，以实现更好的性能和电源效率。

–功能齐全的调试解决方案

•串行JTAG调试端口（SWJ-DP）

•用于实现断点的Flash补丁和断点（FPB）单元

•用于实现观察点，触发资源和系统分析的数据监视点和触发器（DWT）单元

•仪器跟踪宏单元（ITM），用于支持printf样式调试

•用于桥接至跟踪端口分析器的跟踪端口接口单元（TPIU）

–针对单周期闪存使用进行了优化–

具有时钟门控的三种睡眠模式，可实现低功耗

–单周期乘法指令和硬件分频

–原子操作

– ARM Thumb2混合16 -/ 32位指令集

– 1.25 D MIPS / MHz

■JTAG

–兼容IEEE 1149.1-1990的测试访问端口（TAP）控制器

–用于存储JTAG指令的

四位指令寄存器（IR）链–IEEE标准指令：BYPASS，IDCODE ，SAMPLE / PRELOAD，EXTEST和INTEST

–ARM附加说明：APACC，DPACC和ABORT

–集成的ARM串行线调试（SWD）

■休眠

– 使用分立的外部稳压器进行系统电源控制–用于从外部信号唤醒的专用引脚

–电池低电量检测，信号发送和中断生成–

32位实时时钟（RTC）–

两个用于定时唤醒的32位RTC匹配寄存器

-up和中断产生–来自32.768 kHz外部振荡器或4.194304 MHz晶振

的时钟源

–用于对时钟速率进行微调的RTC预分频器调整– 64个非易失性存储器的32位字–

用于RTC匹配的可编程中断，外部唤醒和电池电量不足事件

■内部存储器–

128 KB单周期闪存

•以2 KB块为基础的

用户管理的闪存块保护•用户管理的闪存数据编程

•用户定义和管理的闪存保护模块

–16 KB单周期SRAM

–预编程ROM

•Stellaris系列外围设备驱动程序库（DriverLib）

•Stellaris引导加载程序

■DMA控制器

– ARMPrimeCell®32通道可配置μDMA控制器

–支持适用于多种传输模式

•基本，适用于简单的传输场景

•乒乓，用于与外设之间的连续数据流

•分散收集，来自从单个请求发起的任意传输的可编程列表

–支持的外设的专用通道

–一个通道每个用于双向外围设备的接收和发送路径

–专用通道，用于软件启动的传输

–独立配置和运行的通道–

每个通道可配置的总线仲裁方案

–两种优先级–

优化设计以提高μDMA控制器和处理器内核之间的总线访问性能

•μDMA控制器访问服从内核访问

•RAM条带化

•外围总线分段

– 8、16和32位的数据大小–

源和目标地址的增量大小为字节，半字，字或无增量–可

屏蔽设备请求–

可选软件启动的任何通道请求

–传输完成时中断，带有每个通道独立的中断

■GPIO

–1-33 GPIO，取决于配置

–输入配置中具有5V容忍能力

–端口访问的两种方式：要么具有更好的背对背访问性能的高级高性能总线（AHB），要么具有与现有设备向后兼容的旧式高级外围总线（APB）代码

–快速切换功能，能够在AHB上的每个时钟周期改变一次，在APB上的端口在每两个时钟周期改变一次–

GPIO中断的可编程控制

•中断生成屏蔽

•上升沿，下降沿或二者兼有的边沿触发

•电平敏感高或低值

–通过地址线的读写操作中的位屏蔽

–可以启动ADC采样序列

–配置为数字输入的引脚施密特触发。

– GPIO焊盘配置的可编程控制

•上拉或下拉电阻弱

•用于数字通信的2mA，4mA和8mA焊盘驱动；最多可为18mA焊盘驱动器配置四个焊盘，以用于大电流应用

•8mA驱动器的摆率控制

•漏极开路使能

•数字输入使能

■通用定时器

–四个通用定时器模块（ GPTM），每个都提供两个16位定时器。每个GPTM可以配置为独立运行：

•作为单个32位定时器

•触发模数转换–

32位定时器模式

•可编程单次定时器

•可编程周期性定时器

•当控制器在调试过程中声明CPU暂停标志时，使能用户使能的失速

•ADC事件触发

–16位定时器模式

•具有8位预分频器的通用定时器功能（仅适用于单触发和周期性模式）

•可编程的-触发定时器

•可编程周期定时器

•当控制器在调试期间声明CPU暂停标志用户启用失速

•ADC事件触发器

■兼容ARM FiRM的看门狗定时器

- 32位向下计数器与一个可编程的装载寄存器

-独立看门狗时钟与使能

-带有中断屏蔽的可编程中断生成逻辑

–来自失控软件的锁定寄存器保护

–带启用/禁用的复位生成逻辑

–当控制器在调试期间将CPU暂停标志置为有效时，由用户启用的停转

■ADC –

六个模拟输入通道

–单端和差分输入配置

–片上内部温度传感器–

采样速率为一百万个样本/秒–

灵活，可配置的模数转换

–四个可编程的样本转换序列，长度从1到8个条目，并具有相应的转换结果FIFO –

灵活的触发控制

•控制器（软件）

•计时器

•模拟比较器

•pWM

•GPIO –

硬件平均最多64个采样以提高精度–

转换器使用内部3V基准电压源

–模拟电路的电源和地与数字电源和地是分开的

■UART

–具有IrDA支持的

完全可编程的16C550型UART –分离的16x8发送（TX）和接收（RX）FIFO，以减少CPU中断服务的负载–

可编程的波特率速率发生器，最高速度可达3.125 Mbps –

可编程FIFO长度，包括1字节深度操作，提供常规的双缓冲接口–

FIFO触发级别为1 / 8、1 / 4、1 / 2、3 / 4和7 / 8个

用于启动，停止和奇偶校验的标准异步通信位

–断线生成和检测

–完全可编程的串行接口特性

•5、6、7或8个数据位

•偶校验，奇校验，摇动或无奇偶校验位生成/检测

•1或2个停止位生成

– IrDA串行IR（SIR）编码器/解码器提供

•可编程使用IrDA串行红外（SIR）或UART输入/输出

•支持IrDA SIR编码器/解码器功能，数据速率最高为半双工115.2 Kbps

•支持正常的3/16和低功耗（1.41-2.23μs）位持续时间

•可编程内部时钟发生器，可将参考时钟除以1至对于低功率模式位持续时间，为256

–专用的直接内存访问（DMA）发送和接收通道

■I2C –

I2C总线上的设备可以指定为主设备或从设备

•同时支持以主机或从设备发送和接收数据奴隶

•支持同时进行主站和从站操作

–四种I2C模式

•主站发送

•主站接收

•从站发送

•从站接收–两种

传输速度：标准（100 Kbps）和快速（400 Kbps）

–

主站和从站中断产生•主站在以下情况下产生中断发送或接收操作完成（或由于错误而中止）

•当主机发送或请求数据时，从机产生中断

–具有仲裁和时钟同步，多主机支持和7位寻址模式的主机

■控制器局域网（ CAN）

– CAN协议版本2.0部分A / B

–比特率高达1 Mbps

– 32个消息对象，带有单独的标识符掩码

–可屏蔽的中断

–针对时间触发的CAN（TTCAN）应用禁用自动重传模式

–用于自检操作的可编程环回模式

–可编程FIFO模式可存储多个消息对象

–通过CANnTX和CANnRX信号无粘性地连接到外部CAN接口

■模拟比较器–

两个独立的集成模拟比较器–可

配置为输出以驱动输出引脚，产生中断或启动ADC采样序列–将

外部引脚输入与外部引脚输入或内部可编程参考

电压进行比较–将测试电压与这些电压中的任何一个

•单个外部参考电压

•共享单个外部参考电压

•共享内部参考电压

■

pWM –三个PWM发生器模块，每个模块具有一个16位计数器，两个PWM比较器，一个PWM信号发生器，一个死区发生器和一个中断/ ADC-触发选择器

–硬件中的一个故障输入以促进低延迟关机

–一个16位计数器

•在Down或Up / Down模式下运行

•输出频率由16位负载值控制

•负载值更新可以同步

•产生输出零位和负载值时的信号–

两个PWM比较器

•比较器值更新可以同步

•在匹配时产生输出信号

–pWM发生器

•输出PWM信号是基于计数器和PWM比较器输出信号的结果而构造的

•产生两个独立的PWM信号

死区发生器

•产生两个具有可编程死区延迟的PWM信号，适用于驱动半H桥

•可以被旁路，使输入PWM信号保持不变。

灵活的输出控制模块，每个PWM信号的PWM输出使能

•每个PWM信号的pWM输出使能

•每个PWM信号的可选输出反相（极性控制）

•每个PWM信号的可选故障处理

•在PWM发生器模块的定时器同步

跨越PWM发生器定时器/比较器更新的•扩展PWM同步

块

•PWM生成器模块的中断状态摘要

–可以启动ADC采样序列

■QEI

–跟踪编码器位置的位置

积分器

–使用内置计时器进行速度捕获– QEI输入的输入频率可能高达1/4处理器频率（例如，对于50 MHz系统，为12.5 MHz）

–产生中断：

•索引脉冲

•速度定时器到期

•方向改变

•正交误差检测

■电源

–片上低压降（LDO）稳压器，用户可在2.25 V至2.75 V范围内调节可编程输出

–休眠模块处理核心数字逻辑和模拟电路的上电/断电3.3 V排序和控制

–控制器上的低功耗选项：睡眠和深度睡眠模式

–外围设备的低功耗选项：软件控制各个设备的关机外设

– 3.3V电源掉电检测，并通过中断或复位进行报告

■灵活的复位源

–上电复位（POR）–复位

引脚

置位–掉电（BOR）检测器针对系统功耗下降发出警报

–软件复位–

看门狗定时器复位

–内部低压降（LDO）调节器输出未调节

■工业范围64引脚RoHS兼容LQFP封装

1.2目标应用

■远程监控

■电子销售点（POS）机器

■测试和测量设备

■网络设备和交换机

■工厂自动化

■HVAC和楼宇控制

■游戏设备

■运动控制

■医疗仪器

■消防和安全

■电力和能源

■运输

图1.Stellaris LM3S2616 MCU方框图

RDK-BDC24 BLDC马达驱动参考设计

RDK-BDC24是Stellaris参考设计，可在高达40 A的连续电流下对12 V和24 V有刷直流电动机进行速度控制。功能包括高性能CAN和RS232网络以及丰富的控制选项和传感器接口，例如模拟和正交编码器接口。

高频PWM使直流电动机在较宽的速度范围内平稳，安静地运行。

MDL-BDC24使用高度优化的软件和功能强大的32位Stellaris LM3S2616微控制器来实现开环速度控制以及速度，位置或电动机电流的闭环控制。

参考设计套件（RDK-BDC24）包含一个MDL-BDC24电机控制模块，以及用于评估RS232通信的其他硬件和软件。在评估了RDK-BDC24之后，用户可以选择自定义硬件和软件设计的一部分，或者直接使用MDL-BDC24。

RDK-BDC24 BLDC马达控制板的主要特性：