Atmel AVR XMEGA 技术详情

Atmel® AVR® XMEGA® 器件采用高速和高分辨率的先进模数转换器 (ADC)。这些 ADC 提供多达四个转换通道，每个通道具有不同的结果寄存器，这些寄存器的设置和配置过程也可各自不同。由于不同的软件模块可以独立存取和使用模数转换器，因此使用起来就更加便捷。

每个器件 1 或 2 个 ADC

• 12 位分辨率
• 每个 ADC 高达 2 MSPS
• 差分和单端输入
• 内置增益
• 偏移和增益校正
• 求平均数
• 过采样和抽取
• 集成的温度传感器
  

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某些 AVR XMEGA 器件具有数模转换器 (DAC)，提供两个独立的通道，每个通道的转换速度可高达 1MSPS。

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• 每个器件 0 - 4 个 DAC 通道
• 12 位分辨率
• 每个 DAC 通道的速度高达 1MSPS
  

DAC 可以驱动：

• 纯电容性负载
• 纯电阻性负载
• 混合性负载
• 10 mA 输出驱动强度
  

ADC 和 DAC 都可使用准确的内部和外部参考电压选项。AVR XMEGA 器件中的参考电压缓冲器消除了对外部参考电压源的高输出电流的要求。

事件系统简化了外设间的信号传送，因此响应时间短且 100% 可预测。这样可确保实时控制，并卸除了 CPU 的负载，因为每使用一次事件，就免除了一次切换进程环境的中断。下面左侧的图说明了传统方法 - 每当外设产生某种需求时，就中断一次 CPU。下面右侧的图说明了 AVR XMEGA 方法 - 事件系统卸除了 CPU 执行这些任务的负载。多数外设和 DMA 控制器都连接有事件系统。而 AVR XMEGA E 系列具有异步外设事件系统。

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AVR XMEGA E 器件具有创新型 XMEGA 自定义逻辑模块 (XCL)，包括两个独立的 8 位定时器/计数器以及两个用于定义胶连逻辑的查询表。按设计，它可减少物料清单 (BOM) 和 PCB 尺寸，因为 XCL 可以替代外部电路，如延迟元件、RS 锁存器、D 锁存器、D 触发器逻辑以及 AND、NAND、OR、NOR、XOR、XNOR、NOT、MUX 逻辑门。此外，它与 USART 结合使用，可以支持自定义通信协议。

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控制和通信网关。它在其他应用中也能带来一些好处，因为它能显著降低 CPU 在数据传输方面的负载，如下表所示：

AVR XMEGA 器件使用 Atmel AVR® CPU。CPU 的指令集和设计已经过调优，以达到代码最简洁、执行速度最快的效果。其算术和逻辑运算的真正单周期执行，意味着 AVR XMEGA 微控制器每 MHz 的执行速度几乎高达 1MIPS。采用 32 x 8 位通用工作寄存器的快速存取寄存器文件直接与算术逻辑单元 (ALU) 相连。在单个时钟周期内，ALU 可接受任意两个寄存器的输入，执行请求的操作并回写结果。对 8 位、16 位和 32 位算法提供高效支持。

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借助 Atmel picoPower® 技术，AVR XMEGA 器件可实现真正的 1.6V 工作电压操作，这意味着包括 ADC 和 DAC、闪存和 EEPROM 存储器编程在内的所有功能的工作电压均下降至 1.6V。这确保了在 1.8V (±10%) 电源下可实现安全操作。使电池放电更彻底，从而延长电池寿命。

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有关详情，请查看 picoPower 实验室视频

所选 Atmel AVR XMEGA 器件包括一个全速 USB 器件模块。该模块提供 31 个完全配置的端点，并支持所有四种 USB 传输模式：控制传输、中断传输、同步传输和批量传输。它还具备独有的多包功能，可减轻 CPU 负载并实现更快的数据传输速率。只需占用 7% CPU 负载，数据传输速率即可维持在 1100KB/s。高精度的内部振荡器取代了全速 USB 传统上所需的外部晶体振荡器。Atmel Software Framework 包括适用于所有最常见 USB 器件类的免费软件。

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» 了解具有低功耗的高性能设备

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• CDC
• HID 鼠标
• HID 键盘
• HID 通用
• 大容量存储
• 个人医疗设备
• DFU 引导加载程序
  
  

所有 AVR XMEGA 器件都带有 USART、SPI 和 I2C 接口。它们可与 DMA 控制器、AES 和 DES 加密模块及 CRC 模块一起使用，从而在低 CPU 负载下实现快速、可靠和安全的通信。另外，100 管脚的器件版本具有外部总线接口 (EBI)，可连接更多的数据存储器或映射到内储地址的外部硬件。关键特性包括：

USART

• 每个器件·3 - 8 个 USART
• 全异步和时序同步操作
• 采用分数波特率发生器，不再需要外部晶体
• IrDA 调制
• 高达 4 Mbps 的数据传输速率
  

SPI

• 每个器件·2 - 4 个 SPI
• 快速全双工同步串行通信
• 主/从式操作
• 高达 16 Mbps 的数据传输速率
  

TWI

• 每个器件·2 - 4 个 TWI
• I2C 和 SMBus 兼容
• 主/从式操作
• 从动操作以及通过地址匹配从所有休眠模式唤醒
• 支持 100kHz、400kHz 和 1MHz（某些器件支持 1MHz，请参阅器件数据手册）
  

EBI

• 高达 128MB 的 SRAM
• 高达 16MB 的 SDRAM
• 外部外设（如 LCD）
• 映射到内储地址的器件
  

AVR XMEGA 微控制器中的超低功耗 LCD 控制器支持高达 4x40 段且仅需 3µA 即可运行的 LCD。为了降低硬件设计的复杂性，LCD 控制器集成了 LCD 缓冲区和 LCD 电源，其创新型 SWAP 模式可以使信号灵活地传送到 LCD 管脚。为了降低电流消耗，LCD 模块采用内置 ASCII 字符映射和可编程段式闪烁，并且支持文本滚动。免费的 Atmel Software Framework 中提供了 LCD 驱动程序。

所有 AVR XMEGA 定时器/计数器模块均包括脉冲宽度调制 (PWM) 和输入捕获功能。一个器件中包括多达 8 个定时器/计数器和 32 个 PWM 通道。采用高分辨率扩展模块，可将 PWM 的分辨率降至 4nS。定时器/计数器还支持一些更高级的用途，其中包括具有高端/低端输出、死区时间插入以及故障保护模式的 PWM。输入捕获功能包括脉冲宽度和频率测量，而且当两个 16 位定时器/计数器串接时，还可支持 32 位输入捕获。

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AVR XMEGA 器件提供灵活的 I/O 管脚配置及各种输出配置、感应和同步/异步唤醒功能。可选的转换速率限制降低了 EMI。虚拟端口寄存器允许单周期管脚操作。这使得bit-banging软件更小，速度更快。

I/O 管脚符合 LV-TTL 规范，提供高达 10mA/20mA 的拉电流/灌电流驱动强度。

该加密引擎支持 64 位 DES 和 128 位 AES 加密和解密。此功能意味着加密通信比采用软件加密速度更快，下表显示了它支持更高的加密通信数据传输速率。

AVR XMEGA 时钟系统包括精确的内部振荡器以及外部晶体和时钟选项。可以进行动态时钟切换和时钟缩放，来调整精度和功耗，以满足各种应用需求。借助内置的外部振荡器、故障检测以及内部振荡器的自动运行时校准，AVR XMEGA 提供了一个安全、可靠和灵活的时钟系统。

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AVR XMEGA 器件具有五种不同的休眠模式，可关闭未使用的模块，以降低应用的功耗。省电寄存器将进一步降低功耗。

在空闲休眠模式下，所有外设继续工作，而 CPU 处于休眠状态，从而降低功耗。这样使功耗可减少高达 50% - 而事件系统、DMA 控制器和所有外设仍处于工作状态。

AVR XMEGA 器件省电模式创下了行业领先的低功耗值 - 仅使用 100nA 即可运行实时计数器并实现完整的数据保留。完整数据保留是很重要的，因为这样只需 2uS 就可从最深度的休眠模式中唤醒。

在掉电模式下，采用 SRAM 和寄存器保留的 AVR XMEGA 器件仅消耗 100nA，从任一 I/O 管脚的电平变化、TWI 地址匹配和 USB 恢复的唤醒时间仅为 5us。在所有休眠模式下，看门狗和欠压检测等安全功能可以有选择性地启用。

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待机和扩展待机休眠模式对掉电和省电来说效果是一样的，只是外部振荡器会保持运行以缩短唤醒时间。

多级中断控制器有三个优先级别。较高级别的中断相应地拥有较高的优先级，会先于较低级别的中断执行。这样，确保了对所有关键任务实现可预测的实时响应。可为所有外设分配任一中断级别。

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模拟比较器 (AC) 比较两个输入的电压水平，并根据比较结果确定数字输出。AC 的两个重要特性是滞后和传播延迟。在 AVR XMEGA 器件中，这两个参数都可进行调整，以便为每个应用找到最优工作状态。输入选择包括模拟端口管脚和若干内部信号，其中包括 64 级可编程电压分频器。每个器件包括至少两个模拟比较器，可在一个窗口模式下一起配置。在窗口模式下，可以控制信号位于电压窗口之上、之下、之内或之外。

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Atmel QTouch® 库提供一个简单易用的解决方案，可以在 AVR XMEGA 器件上实现触摸感应接口。AVR XMEGA 微控制器提供多达 64 个感应通道，可实现电容式按钮、滑条和滑轮。通过为 AVR XMEGA 微控制器链接适当的 QTouch 库，可向任一应用添加触摸感应功能。其工作原理是：使用一套简单的 API 定义触摸通道和传感器，然后调用触摸感应 API 检索通道信息并确定触摸感应器的状态。  

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下载 免费的 QTouch 库。

循环冗余校验 (CRC) 是一种错误检测技术测试算法，用于检测数据中的偶然误差。AVR XMEGA 器件中的 CRC 模块支持两个常用的 CRC 多项式：CRC-16 (CRC-CCITT) 和 CRC-32 (IEEE 802.3)。它可用于确定通信数据以及数据存储器和程序存储器中数据的正确性。与 DMA 控制器相结合，它可持续、完全自主地对通信数据执行循环冗余校验。

实时计数器 (RTC) 即使在低功耗休眠模式下也会持续运行，以保持对时间的跟踪。可将器件从休眠模式唤醒，或者定期中断器件。针对低功耗专门进行了优化，只需 500nA 即可维持 RTC 和外部 32.768kHz 晶体振荡器的运行。

某些应用要求 RTC 即使在断开主电源的情况下也要保持运行。某些 AVR XMEGA 器件集成了电池备用系统，可自动在主电源和电池备用电源之间进行切换；该功能也可在主电源出现故障时让 RTC 保持运行。无需外部 RTC 器件或电源开关元件。

所有 AVR XMEGA 器件提供了各种专用功能，可以而且应该被用来确保安全可靠的运行。

上电复位 (POR) 可确保器件的上电和断电循环准确无误。该功能在电源电压非常低时仍可运行，并确保器件在 RAM 和寄存器内容丢失之前复位。

欠压检测 (BOD) 监控电源电压，并在电源电压降至所需水平以下时使器件复位。可通过编程将要监控的电压水平设为 1.6V - 3.0V 之间的任意值，以便匹配应用要求的最低电源电压值。这样可确保在电源电压过低而无法保证正常操作时，程序不再继续执行。

看门狗定时器 (WDT) 监控程序的运行，并确保在程序出现错误时（如偏离或死锁代码）可以进行恢复。

外部振荡器故障检测 (XOSCFD) 功能监控外部时钟源和 PLL，如果时钟出现故障，将发出中断指令并切换到 2MHz 内部振荡器。这样，可以在外部时钟源出现故障时安全地进行恢复。

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