EZR32WG 490 MHz 20 dBm无线入门套件使用指南

在当今的电子设计领域，无线通信技术的应用越来越广泛。Silicon Labs的EZR32WG 490 MHz 20 dBm无线入门套件为开发者提供了一个绝佳的起点，让我们能够快速熟悉EZR32™ Wonder Gecko无线微控制器，并开展相关的无线应用开发。本文将详细介绍该套件的硬件、软件以及使用方法，希望能为电子工程师们提供一些有用的参考。

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一、套件概述

EZR32WG 490 MHz 20 dBm无线入门套件包含BRD4505B无线电板和无线入门套件主板。BRD4505B是主板的插件板，是EZR32WG无线MCU的完整参考设计，具备20 dBm输出功率的匹配网络和490 MHz频段的SMA连接器。主板则包含板载J-Link调试器、高级能量监测器等，为开发和调试提供了便利。

1.1 BRD4505B无线电板特性

• 处理器：采用EZR32 Wonder Gecko无线MCU，拥有256 kB闪存和32 kB RAM（型号为EZR32WG330F256R63G）。
• 输出功率：具备20 dBm的输出功率，能够满足一定距离的无线通信需求。
• 射频接口：配备490 MHz RF的SMA连接器，方便连接外部天线。
• USB接口：支持USB 2.0全速（12 Mbps）设备模式，便于与计算机进行通信。
• 备用电源：带有备用电源域电容器，可在电源切换时提供稳定的电源。

1.2 无线入门套件主板特性

• 高级能量监测器：能够实时监测应用程序的能量消耗，帮助开发者优化代码以降低功耗。
• 数据包跟踪接口：结合PC软件，可深入了解活跃无线电网络的详细信息。
• 虚拟COM端口：提供主机PC与目标EZR32之间的异步串行连接，方便数据传输。
• 板载调试器：支持对板载和外部目标进行编程和调试，支持多种调试接口。
• 传感器和外设：包含Si7021相对湿度和温度传感器、低功耗128x128像素内存LCD等，可用于展示EZR32的多种功能。

二、硬件布局与连接

2.1 硬件布局

套件的硬件布局清晰合理，各个组件的位置便于操作和连接。具体的布局图可参考文档中的图2.1。

2.2 连接器

2.2.1 breakout pads

EZR32的大多数引脚从无线电板路由到无线入门套件主板顶部和底部边缘的 breakout pads。可以焊接一个2.54 mm间距的引脚头，方便访问这些引脚。具体的引脚映射可参考文档中的图3.2。

2.2.2 扩展头

主板右侧提供一个20针的扩展头，用于连接外设或插件板。该连接器包含多个I/O引脚，支持SPI、UART和I2C总线等常见外设，同时还引出了VMCU、3V3和5V电源轨。具体的引脚分配可参考文档中的表3.1。

2.2.3 调试连接器

调试连接器根据“调试模式”设置具有多种用途。当调试模式设置为“Debug IN”时，可用于连接外部调试器到无线电板上的EZR32；设置为“Debug OUT”时，套件可作为调试器用于外部目标；设置为“Debug MCU”（默认）时，连接器与板载调试器和无线电板目标设备隔离。该连接器的引脚布局遵循标准的ARM Cortex Debug + ETM 19针连接器，但与标准连接器不完全兼容，使用时需注意。具体的引脚描述可参考文档中的表3.2。

2.2.4 调试适配器

BRD8010A STK/WSTK调试适配器是一个插件板，可直接插入主板的调试连接器和Simplicity连接器，并将两者的功能整合到一个更小的10针连接器上，适用于空间受限的设计。该适配器具有三种不同的10针调试连接器，分别是Silicon Labs Mini Simplicity Connector、ARM Cortex 10针调试连接器和Silicon Labs ISA3数据包跟踪连接器。具体的引脚描述可参考文档中的表3.4。

三、电源供应与复位

3.1 无线电板电源选择

EZR32可以通过以下三种方式供电：

• 调试USB电缆：提供稳定的电源，同时可用于调试和数据传输。
• 3V硬币电池：适用于需要独立供电的场景，但硬币电池的电流供应能力可能较低，某些无线应用可能无法满足需求。
• 无线电板上的USB调节器：仅适用于支持USB的设备，可使无线MCU作为总线供电设备运行。

电源选择通过无线入门套件主板左下角的滑动开关进行。当开关置于“AEM”位置时，使用主板上的低噪声3.3 V LDO为无线电板供电，同时高级能量监测器可进行精确的高速电流测量和能量调试/分析；置于“USB”位置时，使用EZR32中的集成线性调节器供电；置于“BAT”位置时，使用CR2032插槽中的20 mm硬币电池供电，此时无电流测量功能。

3.2 板载控制器电源

板载控制器负责调试器和高级能量监测器等重要功能，通过主板左上角的USB端口单独供电。该部分与目标设备位于不同的电源域，可在选择不同电源为目标设备供电时保持调试功能。同时，该电源域具有隔离功能，可防止在板载控制器断电时目标电源域的电流泄漏。

3.3 EZR32复位

EZR32无线MCU可以通过以下几种方式复位：

• 用户按下复位按钮：手动触发复位操作。
• 板载调试器拉低#RESET引脚：通过调试器进行复位。
• 外部调试器拉低#RESET引脚：使用外部调试设备进行复位。

此外，在板载控制器启动时也会对EZR32进行复位。需要注意的是，拔掉J-Link USB电缆不会产生复位，重新插入电缆时，板载控制器启动会触发复位。

四、外设

4.1 USB Micro-B连接器

BRD4505B无线电板配备了一个USB Micro-B连接器，直接连接到EZR32 Wonder Gecko。该连接器仅支持USB设备模式，即使EZR32WG设备也支持USB主机模式。

4.2 按钮和LED

套件有两个用户按钮PB0和PB1，直接连接到EZR32，并通过RC滤波器进行消抖处理，时间常数为1 ms。按钮连接到引脚PE3和PE2。同时，套件还具有两个黄色LED LED0和LED1，由EZR32的GPIO引脚控制，采用高电平有效配置，连接到引脚PF6和PF7。

4.3 内存LCD-TFT显示屏

套件配备了一个1.28英寸的SHARP Memory LCD-TFT显示屏，分辨率为128x128像素，功耗极低。该显示屏是反射式单色显示屏，无需背光源，在正常日光条件下即可清晰显示。数据通过SPI兼容的串行接口和一些额外的控制信号传输，一次发送一行（128位）数据。显示屏由用户应用程序和板载控制器共享，通过DISP_ENABLE信号控制所有权。当DISP_ENABLE为低电平时，板载控制器控制显示屏；为高电平时，用户应用程序（EZR32）控制显示屏。

4.4 Si7021相对湿度和温度传感器

Si7021 I2C相对湿度和温度传感器是一款集成了湿度和温度传感元件、模数转换器、信号处理、校准数据和I2C接口的单片CMOS IC。该传感器采用行业标准的低K聚合物电介质进行湿度传感，具有低功耗、低漂移和滞后以及出色的长期稳定性。传感器经过工厂校准，校准数据存储在片上非易失性存储器中，确保传感器可完全互换，无需重新校准或更改软件。该传感器可用于多种应用，如HVAC/R、资产跟踪、工业和消费平台等。使用该传感器时，需将PF8设置为高电平，启用后其电流消耗将包含在高级能量监测器的测量中。

4.5 虚拟COM端口

虚拟COM端口提供了主机PC与目标EZR32之间的异步串行连接，无需外部串行端口适配器。该端口由目标设备和板载控制器之间的物理UART以及板载控制器中的逻辑功能组成，通过USB或以太网使串行端口对主机PC可用。虚拟COM端口的参数（如波特率、流控制等）可通过管理控制台进行配置，默认设置取决于与无线入门套件主板一起使用的无线电板。连接时，设备会自动显示为COM端口，具体名称取决于操作系统和之前连接的设备数量。虚拟COM端口支持基本的RTS/CTS流控制，可通过“serial vcom config”命令进行配置。

五、板载控制器

5.1 管理控制台

管理控制台是套件板载控制器的命令行界面，用于配置套件行为、获取配置和操作参数。要使用管理控制台，需将无线入门套件通过主板左上角的以太网连接器连接到以太网，然后通过Telnet连接到套件的IP地址和端口号4902。连接成功后，会显示“WSTK>”提示符。管理控制台具有内置的帮助系统，可通过“help”命令查看所有顶级命令及其子命令的列表。

5.2 虚拟UART

虚拟UART接口基于SEGGER的实时传输（RTT）技术，提供高性能的应用数据接口，无需额外的I/O引脚，仅需调试接口。该接口通过Serial Wire Output（SWO）从设备获取应用数据，并通过共享内存接口向目标应用发送数据。无线入门套件在TCP/IP端口4900上提供虚拟UART接口。

六、高级能量监测器

6.1 简介

高级能量监测器（AEM）与Simplicity Energy Profiler配合使用，可实时绘制和记录电流随时间的变化，并将其与EZR32上运行的实际目标应用代码相关联。Profiler软件具有多种功能，如标记和统计当前图表的选定区域或应用不同部分的总能量使用情况，便于开发者进行分析。

6.2 工作原理

AEM电路能够测量0.1 µA至95 mA范围内的电流信号，动态范围接近120 dB，同时保持约10 kHz的电流信号带宽。这通过高性能的电流感测放大器、多个增益级和板载控制器内的信号处理实现。电流感测放大器测量小串联电阻上的电压降，增益级通过两种不同的增益设置进一步放大该电压，以获得两个电流范围，过渡点约为250 µA。通过利用ARM CoreSight调试架构的功能，将电流信号与目标处理器的程序计数器（PC）采样相结合，可实时构建运行应用的能量分析统计数据。

6.3 精度和性能

AEM能够测量0.1 µA至95 mA范围内的电流。对于高于250 µA的电流，精度在0.1 mA以内；对于低于250 µA的电流，精度提高到1 µA，并且能够检测到小至100 nA的电流消耗变化。AEM的电流采样率为10 kHz。需要注意的是，AEM电路仅在套件通电且电源开关置于“AEM”位置时工作。

6.4 使用方法

AEM数据由板载控制器收集，并可通过Simplicity Studio中的Energy Profiler进行显示。使用Energy Profiler，可实时测量电流消耗和电压，并将其与EZR32上运行的实际代码相关联。

七、板载调试器

7.1 主机接口

无线入门套件支持通过以太网或USB连接到板载调试器。许多工具支持使用USB或以太网连接到调试器，连接时通过J-Link序列号或IP地址进行识别。

• USB接口：当主板左侧的USB Mini-B连接器连接到计算机时可用。
• 以太网接口：当主板左上角的以太网连接器连接到网络时可用。通常，套件会从本地DHCP服务器获取IP地址，并在LCD显示屏上显示。如果网络中没有DHCP服务器，需通过USB连接到套件，并使用Simplicity Studio、Simplicity Commander或J-Link Configurator手动设置IP地址。需要注意的是，以太网连接仍需通过USB Mini-B连接器为套件供电。

7.2 调试模式

调试器支持三种不同的调试接口：Serial Wire Debug（所有EFM32、EFR32和EZR32设备支持）、JTAG（EFR32和部分EFM32设备支持）和C2 Debug（EFM8设备支持）。在进行调试时，需确保所选的调试接口得到目标设备的支持。

7.3 电池供电时的调试

当EZR32由电池供电且J-Link USB仍连接时，板载调试功能可用。如果断开USB电源，“Debug In”模式将停止工作。如果在目标设备使用其他能源（如电池）运行且板载控制器断电时需要调试访问，用户应直接连接用于调试的GPIO引脚，可通过连接到breakout pads的相应引脚实现。

八、套件配置与升级

8.1 套件配置

Simplicity Studio中的套件配置对话框允许用户更改J-Link适配器的调试模式、升级固件和更改其他配置设置。在Simplicity Studio的启动器视角主窗口中，会显示所选J-Link适配器的调试模式和固件版本，点击旁边的“Change”链接可打开套件配置对话框。

8.2 固件升级

套件固件的升级通过Simplicity Studio进行。Simplicity Studio在启动时会自动检查是否有新的更新，也可使用套件配置对话框进行手动升级。点击[Update Adapter]部分的[Browse]按钮选择以“.emz”结尾的正确文件，然后点击[Install Package]按钮进行安装。

九、总结

EZR32WG 490 MHz 20 dBm无线入门套件为开发者提供了一个全面的平台，用于开发基于EZR32无线微控制器的无线应用。通过本文的介绍，我们了解了套件的硬件布局、电源供应、外设、板载控制器、高级能量监测器、调试器以及配置和升级方法。在实际开发过程中，开发者可以根据自己的需求选择合适的功能和配置，充分发挥套件的优势。同时，我们也应该注意一些使用细节和注意事项，如电源选择、调试模式设置等，以确保开发工作的顺利进行。希望本文能对电子工程师们在使用该套件进行开发时有所帮助。

你在使用这个套件的过程中遇到过哪些问题？或者你对套件的哪些功能最感兴趣？欢迎在评论区分享你的经验和想法。