AVR32SD20/28/32微控制器技术解析与应用指南

科技观察员 2025-09-29 506

描述

Microchip Technology AVR32SD20/28/32 AVR^®^ SD 8位微控制器 (MCU) 将AVR CPU与硬件乘法器相结合，时钟速度高达20MHz。该MCU具有32/64KB闪存、4/8KB SRAM和256字节EEPROM。Microchip AVR32SD20/28/32 MCU采用20、28、32和48引脚封装。该系列提供灵活的低功耗架构，包括事件系统、准确模拟功能和高级数字外设。AVR SD提供双核锁步CPU、闪存上的单错误校正和双错误检测 (SECDED) ECC、EEPROM/SRAM、用于功能安全的错误控制器以及用于安全的编程和调试接口禁用 (PDID)。这些微控制器符合ISO 26262 (ASIL C) 和IEC 61508 (SIL 2) 安全标准，确保适用于汽车安全系统、工业自动化和医疗设备。此外，强大的性能和可靠性使这些MCU成为消费类电子产品和安全系统的理想选择。

数据手册:*附件：Microchip Technology AVR32SD20，28，32 AVR® SD 8位微控制器数据手册.pdf

特性

采用双核锁步 (DCLS) 配置的AVR CPU
- 运行频率高达20MHz
- 单周期I/O访问
- 两级中断控制器
- 双周期硬件乘法器
- 电源电压范围：2.7V - 5.5 V
存储器
- 32KB系统内可编程闪存（带ECC)
- 4 KB SRAM（带ECC）
- 256B EEPROM (带ECC)
- 非易失性存储器 (NVM) 中的512B用户行，可在芯片擦除期间保留数据，并在器件锁定时进行编程
- 用于加密密钥的256B引导行，仅可从引导部分读取
系统
- 上电复位 (POR)
- 具有可编程电平的掉电检测器 (BOD)
- 稳压器监控器 (VMON)
- 时钟选项
  - 高精度内部振荡器，可选频率高达20MHz
  - PLL高达48MHz，用于TCD的高频运行
  - 内部 32.768 kHz 振荡器
  - 外部32.768 kHz晶体振荡器
  - 外部时钟输入
  - 高频外部晶体振荡器
- 时钟故障检测 (CFD)
- 时钟频率测量 (CFM)
- 单引脚统一编程和调试接口 (UPDI)
- 三种睡眠模式
  - 空闲，所有外围设备运行，可即时唤醒
  - 待机，选定外设可配置运行
  - 掉电，数据完全保留
- 自动循环冗余校验 (CRCSCAN) 程序内存扫描
  - 验证启动闪存部分
  - CRC-16-CCITT或CRC-32 (IEEE 802.3)
- 所有通用引脚上外部中断
I/O和封装
- 多达25个可编程I/O引脚
- 多电压I/O，内置电压电平转换器
- 20引脚SSOP
- 28引脚VQFN、SSOP和SPDIP
- 32引脚VQFN和TQFP
外设
- 6通道事件系统，用于可预测和不受CPU影响的外设间信号传输
- 一个16位定时器/计数器（A型）(TCA)，具有三个比较通道，用于PWM和波形生成
- 多达四个16位定时器/计数器（B型）(TCB)，具有输入捕获功能，用于捕获和信号测量
- 一个12位定时器/计数器（D型）(TCD)，优化用于电源控制
- 一个16位实时计数器 (RTC)，从外部晶体或内部RC振荡器运行
- 多达三个USART
  - RS-485、LIN客户端、主机SPI和IrDA工作模式
  - 分数波特率发生器、自动波特率和帧起始检测
- 两个SPI，具有主机/客户端工作模式
- 两个I^2^C，主机/客户端可同时运行（双模式），具有双地址匹配
- 一个可配置自定义逻辑 (CCL)，具有多达六个可编程查找表 (LUT)
- 两个10位170ksps模数转换器 (ADC)，具有独立的电压基准源
- 一个10位数模转换器 (DAC)
- 三个模拟比较器 (AC)
- 多达两个零交叉检测器 (ZCD)
- 内部1.024V、2.048V、4.096V和2.500V电压基准以及外部基准选项
系统完整性功能
- 错误控制器 (ERRCTRL)
  - 用于故障检测的中央接口
  - 根据可编程严重程度对硬件进行故障处理
  - 可选心跳输出
  - 发生故障时，所有I/O引脚均可选三态
- 数据总线上奇偶校验
- 双看门狗
  - 同步看门狗定时器 (SWDT)
  - 带窗口模式的看门狗定时器 (WDT) 和带时钟故障检测功能的独立片上振荡器
- 带中断功能的电压电平监控器 (VLM)
- PDID
温度范围
- 工业温度范围：-40°C至+85°C
- 扩展温度：-40°C至+125°C

概述

cpu

框图

cpu

AVR32SD20/28/32微控制器技术解析与应用指南

一、产品概述

Microchip Technology的AVR32SD20/28/32是基于AVR架构的8位微控制器系列，专为功能安全应用设计，符合ISO 26262和IEC 61508安全标准。该系列采用双核锁步(DCLS)配置的AVR CPU，运行频率高达20MHz，提供32KB Flash、4KB SRAM和256B EEPROM存储空间。

‌主要特性‌：

双核锁步CPU配置，带冗余比较器
所有存储器(Flash/SRAM/EEPROM)支持SECDED ECC保护
数据总线奇偶校验和冗余控制信号
时钟故障检测(CFD)和频率监测(CFM)
双看门狗定时器(WDT和SWDT)
支持-40°C至+125°C工业温度范围

二、功能安全架构

AVR32SD系列集成了多项核心独立安全(CIS)功能，适用于ASIL C/SIL 2安全等级应用：

‌ 错误控制器(ERRCTRL) ‌：集中管理硬件错误报告，可根据配置的严重级别自动将设备置于安全状态。
‌双核锁步机制‌：两个相同CPU并行执行程序，通过比较器持续比较内部状态，任何不匹配都会触发机器检查复位。
‌存储器保护‌：
- SEC-DED ECC保护Flash、EEPROM和SRAM
- 闪存CRC扫描(CRCSCAN)验证Boot区完整性
- 数据总线奇偶校验
‌系统监控‌：
- 电压调节器监控(VMON)
- 同步和异步看门狗
- 堆栈指针限制检查

三、存储系统

3.1 内存组织

‌Flash存储器‌：

32KB容量，512B页大小
分为Boot区、应用代码区和应用数据区
支持在线系统编程(ISP)和自编程

‌EEPROM‌：

256B容量，支持单字节擦写
可选芯片擦除保留(通过EESAVE熔丝)

‌特殊存储区‌：

用户行(USERROW)：512B，芯片擦除后保留
Boot行(BOOTROW)：256B，仅Boot区可访问
签名行(SIGROW)：包含设备ID和校准数据

3.2 ECC保护机制

所有存储器采用单错校正双错检测(SECDED)ECC：

检测并纠正单比特错误
检测但不纠正多比特错误
地址信息包含在ECC校验中，防止地址错误
提供冗余ECC检查逻辑

四、安全特性

‌ 编程调试接口禁用(PDID) ‌：
- 激活后禁止通过UPDI接口修改Flash
- 仅能通过Boot区代码更新应用区
- 提供双层安全保护
‌锁定机制‌：
- 可禁止通过UPDI读取存储器内容
- 芯片擦除是唯一解锁方式
- Boot区可设置读保护(BOOTRP)
‌安全启动‌：
- 可选Boot区CRC校验
- 支持CRC-16-CCITT或CRC-32算法
- 校验失败阻止代码执行

五、外设资源

AVR32SD系列提供丰富的外设接口：

‌定时器‌：

1个16位TCA(3路PWM)
最多4个16位TCB(输入捕获)
1个12位TCD(优化电源控制)
1个16位RTC(实时计数器)

‌通信接口‌：

最多3个USART(支持LIN/SPI/IrDA)
2个SPI接口
2个I2C接口(支持主从模式)

‌模拟外设‌：

2个10位ADC(170ksps)
1个10位DAC
3个模拟比较器
内部电压基准(1.024V/2.048V/4.096V/2.500V)

‌其他‌：

可配置定制逻辑(CCL)
多电压I/O(MVIO)
零交叉检测器(ZCD)

六、硬件设计指南

‌电源设计‌：
- 每个电源引脚需布置100nF去耦电容
- 建议添加1-10nF高频去耦电容
- 快速VDD瞬变时推荐增加1μF电容
‌复位电路‌：
- RESET引脚内置上拉电阻
- 可选330Ω串联电阻保护滤波电容
‌时钟设计‌：
- 外部32.768kHz晶体需靠近MCU放置
- 高频晶体电路周围布置接地铜区
- 必要时添加串联电阻防止过驱动
‌UPDI接口‌：
- 推荐使用100mil 4pin连接器(v2方案)
- 靠近接口布置去耦电容

七、应用场景

AVR32SD系列特别适用于以下领域：

汽车电子(符合ISO 26262)
工业控制系统
功能安全关键设备
需要高可靠性嵌入式系统

打开APP阅读更多精彩内容