PIC32MZ W1系列Wi-Fi SoC技术解析与应用指南

科技观察员 2025-10-09 435

描述

Microchip Technology PIC32MZ W1片上系统 (SoC) 是高性能Wi-Fi MCU SoC，具有MIPS M级内核、稳健连接和用于软件开发的2MB内存。除了强大的内核外，PIC32MZ2051-W1还提供业界领先的连接，支持2.4GHz 802.11 b/g/n无线电模式。这些器件具有丰富的外设集，包括以太网、USB、ADC、CVD触摸按钮和CAN。

数据手册：*附件：Microchip Technology PIC32MZ W1片上系统 (SoC)数据手册.pdf

特性

无线接口
- PHY
  - IEEE® 802.11 b/g/n WLAN链路
  - 20MHz通道带宽的单空间流
  - 外部FEM支持功率放大器 (PA)、低噪声放大器 (LNA) 和发射器/接收器 (TX/RX) 开关
  - 2.4GHz（2400MHz至2483.5MHz）ISM频段
- MAC
  - 基础设施BSS STA模式
  - 软AP模式功能
  - 有源和无源扫描
  - 在整个温度和电压范围内支持发射功率控制
- 安全性
  - WPA3个人版（SAE和PMF-802.11w）
  - WPA2个人版，具有WPA兼容性和PMF选项
  - WEP
- Harmony网络
  - 开箱即用支持MPLAB® Harmony v3 TCP/IP堆栈
  - TLS v1.2，具有对称/非对称加密加速功能
- Wi-Fi省电模式
  - 无线休眠模式 (WSM)
  - 无线深度睡眠模式 (WDS)
- Wi-Fi时间戳支持
200MHz、MIPS32® M级微处理器内核
- 16 KB I缓存、16 KB D缓存
- 基于固定映射转换 (FMT) 的MMU，可实现最佳嵌入式操作系统执行
- microMIPS™模式可实现高达35%的代码压缩
- DSP增强型内核
  - 4个64位累加器
  - 单周期 MAC，饱和与分数数学
- 高代码效率（C和汇编语言）架构
片上闪存和SRAM
- PIC32MZ1025W104
  - 1MB闪存程序存储器
  - 64KB启动程序闪存
  - 256KB SRAM（程序和数据）
  - 64KB数据缓冲器 (DBF)
  - 用于外设的专用缓冲器
- PIC32MZ2051W104
  - 2MB闪存程序存储器
  - 128KB启动程序闪存
  - 512KB SRAM（程序和数据）
  - 128KB数据缓冲器 (DBF)
电源管理和系统恢复
- 低功耗模式（做梦、睡眠、深度睡眠和极深度睡眠）
- 8KB上下文SRAM，用于低功耗模式下的上下文存储
- 深度睡眠模式
  - 32个信号量寄存器（32位宽），用于上下文存储
  - 电流消耗：1.9µA（典型值）
- PIC32MZ W1 SoC使用32位信号量寄存器进行上下文存储，在极深度睡眠模式下具有以下电流消耗值
  - PIC32MZ1025W104132：0.71µA（典型值）
  - PIC32MZ2051W104132：1.06µA（典型值）
- 集成上电复位 (POR)、掉电复位(BOR)、零功耗BOR (ZPBOR) 和可编程低电压检测 (PLVD)
- 辅助振荡器和故障安全时钟
- 快速上电和掉电恢复
安全性
- 硬件加速安全模式（带内置DMA支持）
- 带真随机数发生器 (TRNG) 的加密引擎，用于数据加密/解密和身份验证（AES、3DES、SHA、MD5和HMAC）
- AES模式
  - 电子密码本 (ECB)
  - 密码块链接 (CBC)
  - 计数器模式 (CTR)
  - 密码反馈模式 (CFB)
  - 输出反馈模式 (OFB)
  - Galois/计数器模式 (GCM)
- 硬件加速公钥加密，支持：
  - 16-DSP乘法器配置
  - 256位ECC/ECDH/ECDSA/Curve25519
  - 256位Ed25519
  - 512位ECC/ECDH/ECDSA生成
时钟管理
- 40MHz主振荡器 (POSC)
- 32.768kHz辅助振荡器 (SOSC)
- 上电定时器 (PWRT) 和振荡器启动定时器 (OST)
- 故障安全时钟监控器 (FSCM)
- 片上时钟源
  - 8MHz快速RC (FRC) 振荡器
  - 32.768kHz低功耗RC (LPRC) 振荡器
- 可编程PLL和振荡器时钟源
- 独立看门狗定时器 (WDT)、deadman定时器 (DMT) 和独立深度睡眠看门狗定时器
- 快速唤醒和启动
- 支持外部器件的精确基准时钟
直接内存访问 (DMA)
- 具有自动数据大小检测功能的8个通道
- 可编程32位循环冗余校验 (CRC)
高级模拟12位ADC模块
- 2个MSPS，具有2个采样和保持 (S&H) 电路（1个专用电路和1个共享电路）
- 多达20个模拟输入通道
- 睡眠和空闲模式运行
- 多种触发源
- 2个数字比较器和2个数字滤波器
- 支持自电容触摸界面，最多18个触摸按钮和1个驱动扩展板
通信接口
- 多达2个CAN模块（CAN和CAN-FD），2.0B有源，支持DeviceNet™寻址
- 多达3个UART模块（速度高达10Mbps），支持RS-232、RS-485、LIN 2.1和IrDA协议
- 1个以太网MAC模块 (10/100Mbps)，带RMII接口和专用DMA
  - IEEE 1588精密时间协议 (PTP)
  - Wi-Fi和以太网之间的时间同步支持
- 多达2个SPI（4线）模块，速度高达40MHz
- SQI可配置为额外的SPI模块 (60MHz)
- 1个全速USB 2.0 OTG接口，带专用DMA
- 2个I^2^C（高达1M波特率），支持SMBus
定时器/输出比较/输入捕捉
- 7个16位或多达3个32位定时器/计数器
- 4个输出比较 (OC) 模块
- 4个输入捕获 (IC) 模块
- 低功耗精密实时时钟和日历 (RTCC)
输入/输出
- 所有I/O引脚上均具有高拉电流/灌电流（高达25mA）
- 可配置开漏、上拉、下拉和压摆率控制
- 所有I/O引脚上均具有外部中断功能
- 外设引脚选择 (PPS) 功能，支持函数重映射
- 多达62个GPIO引脚
外设触发发生器 (PTG)，带8位用户命令，用于对复杂序列进行调度
支持B类安全库，IEC 60730
调试器开发支持
- 在线和在应用编程
- 4线MIPS®增强型JTAG接口
- 无限软件：8个指令和4个数据复杂硬件断点
- IEEE 1149.2兼容 (JTAG) 边界扫描
- iFlowtrace功能支持：iFlowTrace消息的片外缓冲
软件和工具支持
- C/C++编译器，具有本机DSP/分数
- Mplab®Harmony集成软件框架
  - TCP/IP、USB、图形和mTouch™中间件
  - MFi和Android™
  - RTOS内核：Express Logic ThreadX、FreeRTOS™、OPENRTOS®、Micriµm®µC/OS™和SEGGER embOS®
- 支持无线 (OTA) 和通过主机 (OTH) 固件更新模式
双排132引脚DQFN封装，10mm x 10mm x 0.9mm
工作电压范围：2.97 V至3.63 V
工作频率范围：直流至200MHz
工作温度范围：-40 °C至+85 °C

框图

高性能

PIC32MZ W1系列Wi-Fi SoC技术解析与应用指南

Microchip Technology的PIC32MZ W1片上系统(SoC)是一款集成了Wi-Fi连接和硬件安全加速器的32位微控制器，专为物联网和网络连接应用设计。本文将深入分析该系列芯片的关键特性和技术优势，帮助开发者更好地理解和应用这一平台。

一、PIC32MZ W1系列概述

PIC32MZ W1系列是通用型低成本32位微控制器，具有以下核心特性：

集成Wi-Fi和网络连接功能
硬件安全加速器
支持外部前端模块(FEM)接口
200MHz MIPS32 M-Class微处理器核心
丰富的标准PIC32外设集

该系列包含两种主要型号：

‌PIC32MZ1025W104‌：1MB Flash程序存储器，256KB SRAM
‌PIC32MZ2051W104‌：2MB Flash程序存储器，512KB SRAM

二、关键特性详解

1. 无线连接能力

PIC32MZ W1提供完整的Wi-Fi解决方案：

支持IEEE 802.11 b/g/n标准
2.4GHz ISM频段(2400-2483.5MHz)
单空间流20MHz信道带宽
支持WPA3个人、WPA2个人和WEP安全协议
集成TCP/IP协议栈和TLS v1.2支持

2. 处理器核心

采用200MHz MIPS32 M-Class微处理器：

16KB指令缓存和16KB数据缓存
固定映射转换(FMT)MMU
支持microMIPS模式，代码尺寸减少35%
DSP增强核心，支持单周期MAC操作

3. 存储器架构

‌程序存储器‌：1MB/2MB Flash，带64KB/128KB引导程序Flash
‌SRAM‌：256KB/512KB（程序和数据）
‌ 数据缓冲区(DBF) ‌：64KB/128KB，专用于外设
支持现场固件更新(OTA和OTH模式)

4. 电源管理

提供多种低功耗模式：

常规模式：全功能运行
睡眠模式：部分外设关闭
深度睡眠模式：仅保持关键功能
极端深度睡眠模式：最低仅0.71μA电流

5. 安全特性

硬件加速安全功能包括：

AES、3DES、SHA、MD5和HMAC加密算法
真随机数生成器(TRNG)
支持256位ECC/ECDH/ECDSA/Curve25519
可选Trust&Go安全元件集成

三、外设接口

PIC32MZ W1提供丰富的外设选择：

‌通信接口‌：

2个CAN模块(CAN和CAN-FD)
3个UART模块(最高10Mbps)
1个以太网MAC(10/100Mbps)
2个SPI接口(最高40MHz)
2个I2C接口(最高1Mbps)
1个USB 2.0 OTG全速接口

‌模拟功能‌：

12位ADC，2MSPS采样率，最多20个模拟输入通道
增强型电容式电压分压器(CVD)触摸控制器，支持最多18个触摸按钮

‌定时与控制‌：

7个16/32位定时器/计数器
4个输入捕捉模块
4个输出比较模块
实时时钟和日历(RTCC)

四、WFI32模块解决方案

Microchip提供基于PIC32MZ W1的WFI32模块，特点包括：

完全射频认证(FCC、CE等)
集成前端模块(FEM)和天线选项(PCB或U.FL连接器)
简化设计的完整Wi-Fi解决方案
多种型号选择，满足不同内存和功能需求

模块型号包括：

WFI32E01：基础Wi-Fi连接
WFI32E02：增加引脚数量
WFI32E03：大内存版本

五、开发支持

Microchip提供全面的开发工具链：

MPLAB X集成开发环境
MPLAB Harmony软件框架
支持多种RTOS：FreeRTOS、ThreadX等
丰富的参考设计和应用笔记
硬件调试工具(MPLAB ICD 5等)

六、典型应用场景

PIC32MZ W1系列适用于：

智能家居设备
工业物联网网关
消费类电子产品
医疗监测设备
安防系统

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