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主频从100M骤降到12M,什么样的 MCU 敢这么做?

Excelpoint世健 2024-08-30 12:45 次阅读
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同一款MCU,主频居然从100MHz骤降到12MHz。在性能为王的时代,这样做真的好吗?跟随豆豆和妮姐,一起探索吧——MCU主频越高越好?现在一提到MCU的主频,感觉如果主频没有上百MHz,都拿不出手了,还有那种极个别逆天的主频高达800MHz。
主频这一串数字,究竟代表什么?MCU的主频指的是微控制器时钟频率,是在单位时间内(通常是1秒)发出的脉冲数。100MHz就代表每秒有100百万次脉冲。当然,这并不意味着MCU每秒能执行100万条指令,因为执行一条指令可能需要多个时钟周期。但,可以肯定的是主频越高,MCU每秒能够执行的指令就越多。所以,理论上主频越高的MCU,处理能力肯定越强。

然而,想要高主频,是有一定代价的:

功耗增加:高主频的MCU在单位时间内完成更多指令,需要消耗更多的电能。高频运行会直接导致功耗的增加。对于电池供电的设备来说,功耗的增加会缩短设备的续航时间。同时,高功耗还可能带来散热问题,需要更复杂的散热设计。

稳定性下降:高主频的MCU内部信号传输速度快,可能增加信号之间的干扰和冲突。当然也会更容易受到外部电磁干扰的影响,导致信号失真或丢失。有人就曾经测试过同一款MCU,在64MHz运行时,复位频繁,而降低主频到48MHz时,只是偶尔有复位。能够看得出来,MCU的运行主频率越低,系统的稳定性就越好,抗干扰的能力就越强。

如果MCU频率过高,导致稳定性下降,放到整个系统中,就会导致系统频繁出错、复位或崩溃,影响设备的可靠性和稳定性。对于需要长时间稳定运行的应用场景,比如汽车电子工业自动化等,这种风险就尤为严重。

此外,主频越高,自然地成本就会相应的增加,而在设计时,设计难度也自然会增加不少的。

在项目开发中,就要针对具体的应用选择合适的MCU,而不是主频越高越好。

从A版到C版,只是主频降低?

回到开头视频中所提到的MAX32675,这是一款ADI推出的高度集成混合信号超低功耗微控制器,A版100MHz主频,而C版的主频只有12MHz。

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基本功能、应用场景,MAX32675C可以参考A版(MAX32675——原来你是这样的MCU!),这里就不再描述了。

说点不一样的,MAX32675的C版将启动时钟源由原来的100MHz更改为内部7.3728MHz,启动电流将会减小到1.02mA。此外,还通过将内部主振荡器频率由原来的100Mhz更改为12Mhz,同时对芯片内部优化,将运行功耗从44.5μA/MHz降低至40μA/MHz。如此操作,整体运行功耗下降,可以说是更好地为低功耗服务。

当然,MAX32675从A版到C版并不是仅有主频变化。C版更是升级了外设功能:

将空置的引脚更改为GPIO口;

SPI口从1路增加到2路;

I2C从2路增加到3路;

UART从2路增加到3路;

增加了1路低功耗的UART,1路低功耗定时器

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MAX32675C对芯片内部结构也进行了优化,封装尺寸也相应做了更改,由原来的68脚TQFN封装更改为72脚的LGA封装。

如果要问为什么要这么做?一定是行业应用所需。

MAX32675C适用于工业应用,特别适用于4-20mA环路、变送器等应用。(关于MAX32657的变送器应用,这里有详细的介绍)

在这些应用中,通常需要高精度的采样,MAX32675C集成2个24Bit的ADC,这要比其他MCU的精度要高;系统稳定性比高性能更重要,正如前面说到的主频低了,但稳定性高了;在注重低功耗的工业应用中,用主频的下降换来更低的功耗,还是很划算的。MAX32675C评测

全球排名前列的电子元器件授权代理商WT文晔科技为我们提供了一块MAX32675C官方评估板。

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额外介绍一下:经常看我们视频的小伙伴,对世健肯定很熟悉,我们评测的很多ADI工业应用的板卡都是由他们支持的。世健于2022年被WT文晔科技收购。相信WT文晔庞大的专业团队,加上原世健在ADI产品线上的深厚技术经验,能给我们工程师带来更好的支持与服务。

MAX32675C板与我们之前评测过的A板,从开发板布局、外设接口上看,基本一模一样,唯一不同的就是中间的MCU主控芯片。

在硬件上,评估板使用USB接口供电,外接一个debug板,通过 SWD连接器进行编译下载。这块板子上重要的接口有:

模拟输入:可以通过 SMA 连接器J1 和 J2 进行差分输入,或者分别从 AIN0-AIN3单端输入;

12位DAC输出端口可通过该端口评估测试12位DAC性能;

4-20mA电流环路及支持HART的设备通信的电路可实现两线环路信号及HART协议的通讯测试,这个在平时大家接触的MCU中是见不到的。通过4-20mA电流环路及HART,可以在环路中传输模拟信号又可以传输数字信号,抗干扰性强,这是MAX32675最大的特点之一,也在工业应用中最受欢迎。

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在软件上,这次的C版还有一个会让工程师更喜欢的升级,就是Keil编译环境的支持。很多从事工业控制的工程师比较习惯用Keil进行编译、仿真。我们小小的上手尝试了一下,Keil开发过程相当丝滑,具体看下面动图吧:


好了,主频下降,逆向升级的原因,现在真相大白了吧。别老盯着主控频率多少了。合适的MCU才是最好的!

-原文转自达尔闻说-

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