Atmel SAM C20系列微控制器：工业自动化的理想之选

在工业自动化、家电及其他5V应用领域，微控制器的性能和功能至关重要。Atmel推出的SAM C20系列微控制器，凭借其强大的性能、丰富的功能和低功耗特性，成为了众多工程师的首选。今天，我们就来深入了解一下Atmel SAM C20E / SAM C20G / SAM C20J这三款微控制器。

文件下载：ATSAMC20J17A-MUT.pdf

一、产品概述

Atmel SAM C20系列采用32位ARM Cortex - M0+处理器，引脚数从32到64不等，拥有高达256KB的Flash和32KB的SRAM，最高运行频率可达48MHz，每MHz能达到2.46 CoreMark®。该系列产品在设计上注重简单直观的迁移，同一产品系列内的所有设备具有相同的外设模块、十六进制兼容代码、相同的线性地址映射和引脚兼容的迁移路径。此外，它还具备智能灵活的外设、Atmel事件系统用于外设间信号传输，支持电容式触摸按钮、滑块和滚轮用户界面，并且与SAM D和SAM C系列通用微控制器引脚兼容。

二、产品特性

（一）处理器

• 高性能核心：ARM Cortex - M0+ CPU最高运行频率达48MHz，具备单周期硬件乘法器，能快速处理复杂运算。
• 调试与保护：配备微跟踪缓冲区（Micro Trace Buffer）和内存保护单元（MPU），方便调试和保护内存安全。

（二）存储器

• 多种容量选择：提供32/64/128/256KB的系统内自编程Flash，以及1/2/4/8KB用于EEPROM仿真的独立自编程Flash，还有4/8/16/32KB的SRAM主存储器，满足不同应用场景的存储需求。

（三）系统

• 电源管理：具备上电复位（POR）和欠压检测（BOD）功能，保障系统稳定运行。
• 时钟选项：提供内部和外部时钟选项，搭配48MHz至96MHz的分数数字锁相环（FDPLL96M），可灵活配置系统时钟。
• 中断控制：外部中断控制器（EIC）支持16个外部中断和1个不可屏蔽中断，能及时响应外部事件。
• 调试接口：采用两线串行线调试（SWD）编程、测试和调试接口，方便开发和调试。
• 低功耗设计：支持空闲、待机和关闭睡眠模式，还有SleepWalking外设，可根据预设条件唤醒外设，降低功耗。

（四）外设

• 运算加速：硬件除法和平方根加速器（DIVAS）能加速数学运算。
• 数据传输：6通道直接内存访问控制器（DMAC）可实现高效的数据传输。
• 事件系统：6通道事件系统支持同步和异步事件，即使在待机模式下，外设也能接收、响应和发送事件。
• 定时器与计数器：多达五个16位定时器/计数器（TC），可配置为不同模式；一个24位控制定时器/计数器（TCC），具备扩展功能，如生成同步脉冲宽度调制（PWM）模式、确定性故障保护、快速衰减和可配置的互补输出死区时间等。
• 其他外设：还包括频率计、32位实时计数器（RTC）、看门狗定时器（WDT）、CRC - 32生成器、多达四个串行通信接口（SERCOM）、一个可配置自定义逻辑（CCL）、一个12位、1Msps的模数转换器（ADC）、两个模拟比较器（AC）和外设触摸控制器（PTC）等。

（五）I/O

• 丰富的引脚资源：最多可提供52个可编程I/O引脚，与SAM D20和SAM D21兼容，方便进行系统扩展。

（六）封装

提供多种封装形式，包括64引脚TQFP、QFN，56引脚WLCSP，48引脚TQFP、QFN和32引脚TQFP、QFN，可根据实际应用需求选择合适的封装。

三、产品配置

SAM C20系列包含SAM C20J、SAM C20G和SAM C20E三款产品，它们在引脚数、通用I/O引脚数、Flash和SRAM容量、定时器和计数器配置等方面存在一些差异。例如，SAM C20J引脚数最多，功能相对更强大；而SAM C20E引脚数较少，适用于对空间和成本要求较高的应用。具体配置差异可参考文档中的配置总结表格。

四、订购信息

订购时，需要根据产品家族、产品系列、引脚数、Flash内存密度、设备变体、封装载体、封装等级和封装类型等信息进行选择。文档中详细列出了不同型号的订购代码及对应的Flash、SRAM、封装、载体类型和温度范围等信息，方便工程师进行选型。

五、硬件设计要点

（一）引脚配置

每个引脚默认由PORT作为通用I/O控制，也可分配给外设功能A - I。要启用引脚的外设功能，需将PORT中对应引脚配置寄存器的外设复用使能位（PINCFGn.PMUXEN）置为1，并通过PORT中外设复用寄存器的奇偶位（PMUXn.PMUXE/O）选择外设功能。同时，要注意不同封装的引脚配置和复用情况，以及振荡器引脚和串行线调试接口引脚的特殊配置。

（二）TCC配置

SAM C20有一个用于控制应用的定时器/计数器（TCC）外设，具有4个通道、8个波形输出、24位计数器、故障保护、抖动功能、输出矩阵、死区时间插入和模式生成等特性。在设计中，要根据具体应用需求合理配置TCC的参数。

（三）I2C引脚选择

不同型号的SAM C20支持I2C Hs模式的引脚不同，在设计I2C通信时，需参考文档中提供的支持I2C的引脚信息。

（四）GPIO集群

不同封装的GPIO被分为不同的集群，每个集群有对应的电源和接地引脚。在设计中，要合理布局GPIO引脚，确保电源和接地的稳定性。

六、处理器与架构

（一）Cortex M0+处理器

• 指令集兼容：基于ARMv6架构和Thumb - 2 ISA，与Cortex - M0核心100%指令集兼容，向上兼容Cortex - M3和M4核心。
• 配置丰富：支持32个外部中断、小端数据字节序、SysTick定时器、2个观察点比较器、4个断点比较器、单周期I/O端口等功能，还具备8区域内存保护单元。
• 总线接口：有一个32位AMBA - 3 AHB - Lite系统接口和一个32位I/O端口总线接口，可实现高效的数据传输。

（二）嵌套向量中断控制器（NVIC）

支持32个中断线，具有四个不同的优先级级别。每个中断线连接一个外设实例，可通过外设的中断使能寄存器控制中断的启用和禁用。

（三）微跟踪缓冲区（MTB）

为Cortex - M0+处理器提供简单的执行跟踪功能，可记录程序流的变化。MTB SRAM可用于跟踪和通用存储，其位置和大小可通过软件配置。

（四）高速总线系统

采用对称交叉开关总线矩阵，支持不同主设备对不同从设备的并发访问，具有32位数据总线，与总线主设备以1:1的时钟频率运行。同时，为确保不同主设备访问RAM时的优先级，可配置不同的服务质量（QoS）级别。

七、封装与热考虑

（一）封装信息

文档提供了各种封装的详细尺寸、重量、特性和参考信息，包括64引脚TQFP、QFN，56引脚WLCSP，48引脚TQFP、QFN和32引脚TQFP、QFN等。在选择封装时，要考虑到应用的空间要求、散热需求和焊接工艺等因素。

（二）热阻数据

不同封装的热阻数据不同，可根据文档中提供的热阻数据计算芯片的结温。结温计算公式为 (T{J}=T{A}+left(P{D} × theta{J A}right)) 或 (T{J}=T{A}+left(P{D} timesleft(theta{HEATSINK }+theta{JC}right)right))，其中 (T{J}) 为结温，(T{A}) 为环境温度，(P{D}) 为设备功耗，(theta{JA}) 为结到环境的热阻，(theta{JC}) 为结到外壳的热阻，(theta_{HEATSINK}) 为外部冷却设备的热阻。通过计算结温，可评估芯片的散热情况，决定是否需要使用冷却设备。

（三）焊接曲线

推荐的焊接曲线符合J - STD - 20标准，包括平均升温速率、预热温度、高于217°C的保持时间、接近实际峰值温度的时间、峰值温度范围、降温速率和从25°C到峰值温度的时间等参数。每个组件最多允许三次回流焊。

Atmel SAM C20系列微控制器以其高性能、低功耗和丰富的功能，为工业自动化、家电等领域的应用提供了强大的支持。在设计过程中，工程师需要根据具体应用需求，合理选择产品型号、封装形式，正确配置引脚和外设，关注热管理和焊接工艺，以确保系统的稳定性和可靠性。你在使用Atmel微控制器的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。