低功耗MCU怎么选？

在芯片国产化日益高涨的情况下，一些新的芯片厂家脱颖而出，比如以串口通讯发展起来的沁恒微电子的WCH、兆易创新的GD、雅特力的AT、中科蓝讯的AB，以及国民技术等。

其中的国民技术则属于后起之秀，其主打的产品有基于M0内核的N32G03X通用系列、基于M4内核的N32G45X通用系列，以及面向低功耗的N32L4XX系列。

这样在选取低功耗MCU时，我们就多出了一种选择，也加大了设计的灵活性。

此外，国民技术所主打的3个系列产品是支持以MDK来进行开发的，这样对于那些出道早的程序者就天然地增添了一份亲近感。你可别小看了这份亲近感，常言道“不怕千招会，就怕一招熟”，用惯的东西好上手，它起到事半功倍的性能。

下面就有请我们的主角N32L43XRL-STB开发板上场，它的MCU为N32L436CBL7，其最高主频可达108 MHz，是采用LQFP48管脚封装。

该芯片的主要性能及参数：

● 采用32位ARMCortex-M4内核+FPU，支持单周期硬件乘除法指令，支持DSP指令和MPU。

● 高达128KByte片内Flash，10万次擦写次数，10年数据保持。

● 高达32KByte片内SRAM，包括24Kbyte SRAM1和8Kbyte SRAM2。

● 高性能模拟接口，含1个12bit 5MspsADC，且多种精度可配置、2个轨到轨运算放大器、2个高速模拟比较器、多达24通道电容式触摸按键、1个采样率为1Msps的12bit DAC。

● 丰富的通信接口，有3个USART接口、2个UART接口、1个LPUART、2个速率高达27 MHz的SPI接口、2个速率高达1 MHz的I2C接口、1个USB2.0 Fullspeed Device接口及1个CAN 2.0A/B总线接口。

● 多样的定时计数器，有2个16bit高级定时计数器、5个16bit通用定时计数器、2个16bit基础定时计数器、1个16bit低功耗定时计数器、1x24bit SysTick、1x7bit窗口看门狗、1x12bit独立看门狗。

所以，它在性能方面是完全可以胜任常规芯片要求的！ 该芯片的功耗情况：

● 在Standby模式下：典型值为1.5uA，即所有备份寄存器保持，IO保持，可选 RTC Run，8KByte Retention SRAM保持，可快速唤醒。

● 在Stop2模式下：典型值为3uA，RTC Run，8KByte Retention SRAM2保持，CPU寄存器保持，IO保持，可快速唤醒。

● 在Run模式下：90uA/MHz@108MHz/3.3V，100uA/MHz@72MHz/3.3V。

接下来，就将N32L43XRL-STB开发板与N32G45XVL-STB开发板放到一起，做一下功耗的对比。当然，这是在都配有调试下载工具的情况下，会比单纯的芯片对比要大一些，但相对来讲还是比较公平的。 经检测，N32L43XRL-STB开发板的功耗为0.13135W，N32G45XVL-STB开发板的功耗为0.15392W，二者净差值为0.02257W。

图1 开发板的对比

图2 N32L43XRL-STB的功耗

图3 N32G45XVL-STB的功耗

如何构建开发环境：

前面说过国民技术的MCU是支持MDK来开发的，那么对于N32L4x系列的开发板，是如何来构建其开发环境的呢？

首先要做的自然是要安装MDK，其版本可以是V5.25。

随后，为支持此类芯片的使用，还需要安装Nationstech.N32L43x_DFP.0.1.0。

这样再打开MDK，就可在芯片列表中见到N32L4x系列的身影，见图4所示。

图4 添加芯片支持

至此，开发环境就基本构建好了。

此外，为了便于了解和学习程序的设计方法，还应下载一个函数库与例程，其压缩包为Nationstech.N32L43x_Library.1.1.0.7Z。

以例程LedBlink为例，经编译其结果如图5所示。

图5 完成编译

为进行下载测试，需按图6所示来设置调试工具的类型，并按图7所示来选取烧录算法。

图6 设置调试工具

图7 设置烧录算法

在开发板上载有3个彩色LED，其电路原理图见图8所示，使用例程就可见到图9所示的流水灯效果。

仿照该例程，可获得GPIO口的使用方法，并实现开发板的功能扩展。

图8 原理图

图9 测试效果

驱动相应器件的功耗对比

1）OLED屏显示及功耗

OLED屏是一种自发光的显示器件，但又较之数码管要更节省电能。此外，对I2C接口的OLED屏来讲，它的引脚少又能节省对GPIO口资源的占用，且所显示的信息及形式更丰富，故极适合与N32L43X系列这样的芯片相配合来设计低功耗产品。

那么，在N32L43X系列芯片的开发环境下，要实现I2C接口的OLED屏驱动是否容易呢？

其实，要实现起来并不复杂，所需要的只是2个GPIO口及相应等级的延时函数支持，从而保证以GPIO口模拟的方式来完成I2C通讯。

在OLED屏与开发板按一下关系来连接的情况下：

SCL----PA1

SDA----PA2

对引脚功能的配置函数为：

void OLEDInit（void） { GPIO_InitType GPIO_InitStructure; RCC_EnableAPB2PeriphClk（RCC_APB2_PERIPH_GPIOA， ENABLE）; GPIO_InitStruct（&GPIO_InitStructure）; GPIO_InitStructure.Pin = GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_2; GPIO_InitStructure.GPIO_Current = GPIO_DC_4mA; GPIO_InitStructure.GPIO_Pull = GPIO_No_Pull; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitPeripheral（GPIOA， &GPIO_InitStructure）; }

而输出高低电平的引脚定义为：

#define OLED_SCLK_Clr（） GPIOC-》PBA = GPIO_PIN_1 #define OLED_SCLK_Set（） GPIOA-》PBSC = GPIO_PIN_1 #define OLED_SDIN_Clr（） GPIOA-》PBC = GPIO_PIN_2 #define OLED_SDIN_Set（） GPIOA-》PBSC = GPIO_PIN_2

延时函数的配备：

由于在MDK的开发板平台下，并未提供毫秒级和微秒级延时的函数，因此需要使用系统的滴答时钟来自行设计。

微秒级延时函数：

void Delayus（uint32_t count） { SysTick_Delay_Us（count）; }

毫秒级延时函数：

void Delayms（uint32_t count） { count=count*1000; SysTick_Delay_Us（count）; }

使用微秒级延时函数的I2C启动函数为：

void IIC_Start（） { OLED_SCLK_Set（）; Delayus（2）; OLED_SDIN_Set（）; Delayus（2）; OLED_SDIN_Clr（）; Delayus（2）; OLED_SCLK_Clr（）; Delayus（2）; } 有了以上的基础，就不难将OLED屏的驱动功能移植给N32L43X系列芯片。 实现OLED屏显示功能测试的主程序为：int main（void） { LedInit（PORT_GROUP2， LED3_PIN）; OLEDInit（）; OLED_Init（）; OLED_Clear（）; OLED_ShowString（20，0，“N32L43x ”，16）; OLED_ShowString（20，2，“OLED TEST”，16）; OLED_ShowString（20，4，“jinglixixi”，16）; OLED_ShowString（20，6，“2022.3.2”，16）; while （1） { LedOn（PORT_GROUP2， LED3_PIN）; Delayms（500）; LedOff（PORT_GROUP2， LED3_PIN）; Delayms（500）; } } 在OLED屏显示的情况下，其整体功耗如图10所示。

图10 功耗测试

2）传感器检测及功耗 以BMP085温度大气压传感器为例，其器件的连接关系为：

OLED_CLK_PIN---PA1

OLED_DIN_PIN---PA2

BMP_CLK_PIN---PB0

BMP_DIN_PIN---PB1

读取传感器数据的语句定义为：

#define IIC_SDA_IN GPIO_ReadInputDataBit（GPIOB， GPIO_PIN_1）

实现数据引脚输入输出功能定义的函数为：

void IIC_INPUT_MODE_SET（） { GPIO_InitType GPIO_InitStructure; RCC_EnableAPB2PeriphClk（RCC_APB2_PERIPH_GPIOB， ENABLE）; GPIO_InitStruct（&GPIO_InitStructure）; GPIO_InitStructure.Pin = GPIO_PIN_1; GPIO_InitStructure.GPIO_Current = GPIO_DC_4mA; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Input; GPIO_InitStructure.GPIO_Pull = GPIO_Pull_Up; //GPIO_No_Pull GPIO_Pull_Down GPIO_InitPeripheral（GPIOB， &GPIO_InitStructure）; } void IIC_OUTPUT_MODE_SET（） { GPIO_InitType GPIO_InitStructure; RCC_EnableAPB2PeriphClk（RCC_APB2_PERIPH_GPIOB， ENABLE）; GPIO_InitStruct（&GPIO_InitStructure）; GPIO_InitStructure.Pin = GPIO_PIN_1; GPIO_InitStructure.GPIO_Current = GPIO_DC_4mA; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Pull = GPIO_No_Pull; GPIO_InitPeripheral（GPIOB， &GPIO_InitStructure）; }

模拟I2C发送字节数据的函数为：

void BMP085_Send_Byte（char txd） { char t; IIC_OUTPUT_MODE_SET（）; SCL_Clr（）; for（t=0;t《8;t++） { if（（txd&0x80）》》7） SDA_Set（）; else SDA_Clr（）; txd《《=1; SysTick_Delay_Us（2）; SCL_Set（）; SysTick_Delay_Us（2）; SCL_Clr（）; SysTick_Delay_Us（2）; } }

读取温度大气压的函数为：

void bmp085Convert（） { unsigned int ut; unsigned long up; long x1， x2， b5， b6， x3， b3， p; unsigned long b4， b7; ut = bmp085ReadTemp（）; up = bmp085ReadPressure（）; x1 = （（（long）ut - （long）ac6）*（long）ac5） 》》 15; x2 = （（long） mc 《《 11） / （x1 + md）; b5 = x1 + x2; temperature = （（b5 + 8） 》》 4）; b6 = b5 - 4000; x1 = （b2 * （b6 * b6）》》12）》》11; x2 = （ac2 * b6）》》11; x3 = x1 + x2; b3 = （（（（（long）ac1）*4 + x3）《《OSS） + 2）》》2; x1 = （ac3 * b6）》》13; x2 = （b1 * （（b6 * b6）》》12））》》16; x3 = （（x1 + x2） + 2）》》2; b4 = （ac4 * （unsigned long）（x3 + 32768））》》15; b7 = （（unsigned long）（up - b3） * （50000》》OSS））; if （b7 《 0x80000000） p = （b7《《1）/b4; else p = （b7/b4）《《1; x1 = （p》》8） * （p》》8）; x1 = （x1 * 3038）》》16; x2 = （-7357 * p）》》16; pressure = p+（（x1 + x2 + 3791）》》4）; }

检测温度大气压的主程序为：

int main（void） { LedInit（PORT_GROUP2， LED3_PIN）; BMP085_Init（）; Init_BMP085（）; OLEDInit（）; OLED_Init（）; OLED_Clear（）; OLED_ShowString（20，0，“N32L43x ”，16）; OLED_ShowString（20，2，“OLED & BMP085”，16）; OLED_ShowString（20，4，“t= C”，16）; OLED_ShowString（20，6，“p= KPa”，16）; while （1） { bmp085Convert（）; OLED_ShowNum（44，4，temperature/10，3，16）; OLED_ShowNum（44，6，pressure/100，5，16）; LedOn（PORT_GROUP2， LED3_PIN）; Delayms（500）; LedOff（PORT_GROUP2， LED3_PIN）; Delayms（500）; } } 在添加传感器的情况下，其显示效果及整体功耗分别如图11和图12所示。

图11 显示效果

图12 整体功耗

至此，就在N32L43XRL-STB开发板上完成了温度大气压检测装置的设计，并针对其低功耗的特点对相应环境的功耗进行了跟踪测量。尽管测试的工具不很专业，但它还是能够带来一个很直观的感性认识。所以在低功耗的设计中，使用N32L43X芯片是可行的也是十分方便的，其功耗也是能够达到认可的！

审核编辑 ：李倩