Microchip Technology ATSAM4C32 32位微控制器 (MCU) 是一款用于智能能源应用的系统级芯片 (SoC)，基于两个高性能Arm® Cortex®-M4 RISC处理器构建。ATSAM4C32的最大工作速度为120MHz，具有2MB嵌入式闪存、304KB SRAM，以及每个内核一个片上缓存。双Arm Cortex-M4架构支持在单个器件中集成应用层、通信层和安全功能，能够通过16位外部总线接口扩展程序和数据存储器。

数据手册：*附件：Microchip Technology ATSAM4C32 32位微控制器数据手册.pdf

ATSAM4C32 MCU的外设集包括一个高级加密引擎、防篡改、浮点单元 (FPU)、一个USB全速主机/设备端口、五个USART、两个UART、两个TWI和多达七个SPI 。该器件还包含一个PWM定时器、两个3通道通用16位定时器、一个运行在备份域上耗流低至0.5µA的低功耗校准RTC，以及一个50x6分段LCD控制器。
SAM4C系列是一个可扩展的平台，与Microchip业界领先的SAM4标准微控制器一起，为世界各地的智能仪表设计人员提供前所未有的成本结构、性能和灵活性。

特性

• 应用/主器件内核
  • Arm Cortex-M4，运行频率高达120MHz
  • 内存保护单元 (MPU)
  • DSP指令
  • Thumb®-2指令集
  • 指令和数据缓存控制器，带2KB缓存
  • 存储器
    • 高达2MB嵌入式闪存，用于程序代码（I-Code 总线）和程序数据（D-Code总线），内置ECC（2位错误检测和每128位1位校正）
    • 高达256Kb嵌入式SRAM (SRAM0)，用于程序数据（系统总线）
    • 8Kb ROM，具有嵌入式引导加载程序例程 (UART) 和应用程序内编程 (IAP) 例程
• 协处理器（具有分离应用、通信或计量功能的能力）
  • Arm Cortex-M4，运行频率高达120MHz
  • 符合IEEE® 754标准的单精度浮点单元 (FPU)
  • DSP指令
  • Thumb-2指令集
  • 指令和数据缓存控制器，具有2Kb缓存
  • 存储器
    • 高达32Kb嵌入式SRAM (SRAM1)，用于程序代码（I-Code总线）和程序数据（D-Code总线和系统总线）
    • 高达16KB嵌入式SRAM (SRAM2)，用于程序数据（系统总线）
• 对称/异步双核架构
  • 基于中断的处理器间通信
  • 异步时钟
  • 每个内核一个中断控制器 (NVIC)
  • 每个外设IRQ路由至每个NVIC输入
• 共享系统控制器
  • 电源
    • 嵌入式内核和LCD稳压器，用于单电源工作
    • 上电复位 (POR)、掉电检测器 (BOD) 和安全运行双看门狗
    • 超低功耗备份模式（25°C时典型值<5µA）
  • 时钟
    • 3MHz至20MHz振荡器，支持晶体、陶瓷谐振器或外部时钟，还支持时钟故障检测
    • 超低功耗768kHz振荡器，支持晶体或外部时钟信号和频率监控
    • 高精度4/8/12MHz工厂微调内部RC振荡器，具有动态微调功能
    • 一个高达240MHz的高频PLL，一个带内部32kHz输入的8MHz PLL，用作高频PLL的源
    • 低功耗减慢时钟内部RC振荡器作为永久时钟
  • 超低功耗RTC，具有 Gregorian和Persian日历、 备份模式下波形生成，以及用于768kHz晶体频率补偿电路的时钟校准电路
  • 多达23个外设DMA (PDC) 通道
• 加密
  • 高性能AES，128至256位，具有各种模式 (GCM、CBC、ECB、CFB、CBC-MAC、CTR)
  • TRNG（高达38Mb/s流，经Diehard和FIPS测试）
  • 公钥加密加速器和相关ROM库，用于RSA、ECC、DSA、ECDSA
  • 基于安全散列算法 (SHA1、SHA224、SHA256)、DMA辅助的完整性检查模块 (ICM)
• 安全
  • 多达四个物理防篡改检测I/O，带时间戳和立即清除通用备份寄存器
  • 安全位，防止从JTAG访问器件
• 共享外设
  • 一个低功耗分段LCD控制器
    • 显示能力：50段和6个公共端子
    • 软件可选LCD输出电压（对比度）
    • 在低功耗模式下低电流消耗
    • 它可以用于备份模式
  • 多达五个USART，具有ISO7816、IrDA®、RS-485、SPI和曼彻斯特模式
  • 两个2线式UART，其中一个 UART (UART1) 支持光收发器，为手持设备（如校准器）提供电隔离串行通信，符合NSI-C12.18或IEC62056-21标准。
  • 全速USB主机和设备端口（仅在144引脚封装的SAM4C32E上提供）
  • 多达两个400kHz主/从和多主器件两线式接口（I^2^C兼容）
  • 多达七个串行外设接口 (SPI)
  • 两个三通道16位计时器/计数器，具有捕获、波形、比较和PWM模式
  • 用于步进电机的正交解码器逻辑和2位灰色上/下计数器
  • 4通道16位脉宽调制器
  • 32位实时计数器
• 模拟转换模块
  • 8通道、500kS/s、低功耗10位SAR ADC，带数字平均器，在30kS/s时具有12位分辨率
  • 软件控制片上基准电压范围：6V至3.4V
  • 温度传感器和备用电池电压测量通道
• 调试
  • 采用通用SW-DP/SWJ-DP实现的星形拓扑AHB-AP调试访问端口，提供比菊花链拓扑更高的性能
  • 两个内核之间的调试同步（交叉触发至/来自每个内核，用于Halt和Run模式）
• I/O
  • 多达106条I/O线路，具有外部中断功能（边沿或电平灵敏度）、施密特触发器、内部上拉/下拉、去抖、毛刺滤波和片上串联电阻终端
• 封装
  • 14mmx14mm LQFP-100；0.5mm间距
  • 14mmx14mm TQFP-100; 0.5mm间距
  • 20mmx20mm TQFP-144; 0.5mm间距

框图

Microchip SAM4C32 双核 Cortex-M4 微控制器：为智能电表与工业控制打造的高性能安全平台

概述

Microchip 的 SAM4C 系列 是一款专为智能电表及工业控制应用设计的 双核 ARM Cortex-M4 微控制器 。该系列芯片集成了高性能处理能力、丰富的存储资源、先进的加密引擎与多种通信接口，适用于对安全性、实时性和功耗有严格要求的嵌入式系统。

核心架构

SAM4C 采用 双核 Cortex-M4 设计 ，分别为主应用核心（CM4P0）和协处理器核心（CM4P1），最高运行频率达 120 MHz 。双核架构支持任务分离，例如将应用逻辑、通信协议栈和计量功能分别运行于不同核心，提升系统响应能力与可靠性。

内存配置

• Flash 存储器 ：最高 2 MB，支持双平面存储（Dual Plane），支持在线固件升级
• SRAM ：最高 304 KB，包括 SRAM0（256 KB）、SRAM1（32 KB）和 SRAM2（16 KB）
• Cache ：每核心独立 2 KB 指令/数据缓存
• 外部总线接口（EBI） ：支持 16 位数据总线，可扩展外部存储器

安全特性

SAM4C 在硬件层面提供了多重安全机制：

• 加密引擎 ：
  • AES 128/256（支持 GCM、CBC、ECB 等模式）
  • 真随机数发生器（TRNG）
  • 公钥加密加速器（RSA、ECC、DSA、ECDSA）
  • 完整性检查模块（ICM），支持 SHA-1、SHA-224、SHA-256
• 防篡改检测 ：
  • 4 路物理防篡改输入，支持时间戳与立即清除备份寄存器
  • 安全位保护，防止未授权 JTAG 访问
• 唯一标识符 ：每颗芯片具备 128 位唯一 ID

丰富的外设接口

SAM4C 提供了广泛的外设资源，满足复杂应用需求：

• 通信接口 ：
  • 5 × USART（支持 ISO7816、IrDA、RS-485、SPI、Manchester）
  • 2 × UART（其中 UART1 支持光学隔离通信）
  • 7 × SPI
  • 2 × TWI（I²C 兼容）
  • USB Full-Speed Host/Device（仅 SAM4C32E）
• 定时与 PWM ：
  • 2 × 3 通道 16 位定时器
  • 4 通道 16 位 PWM
  • 32 位实时定时器（RTT）
• 模拟外设 ：
  • 10 位 SAR ADC，8 通道，500 kS/s
  • 温度传感器与备份电池电压检测
• LCD 控制器 ：
  • 支持 50 段 × 6 共极的段式 LCD
  • 可在备份模式下工作

电源管理与低功耗设计

SAM4C 支持多种低功耗模式，适用于电池供电或需长期待机的应用：

• 备份模式 ：功耗低至 0.5 μA ，仅 RTC、RTT 和备份区域运行
• 等待模式 ：快速唤醒（< 10 μs），保持内核供电
• 睡眠模式 ：仅停止核心时钟，外设仍可运行
• 灵活的电源方案 ：
  • 支持单电源（1.6V–3.6V）或双电源（备份电池）
  • 内置核心与 LCD 电压调节器

开发与调试支持

• 调试接口 ：SWD/JTAG 调试端口，支持双核同步调试
• 启动方式 ：支持从 ROM（SAM-BA Bootloader）或 Flash 启动
• 编程接口 ：支持快速 Flash 编程接口（FFPI）和 In-Application Programming（IAP）

封装与型号选择

SAM4C 提供多种封装选项：

• 100 引脚 LQFP/TQFP （14 × 14 mm）
• 144 引脚 LQFP （20 × 20 mm，仅 SAM4C32E）

型号区别主要在于 Flash 大小、SRAM 容量和部分外设配置，设计时可根据需求灵活选型。

应用领域

• 智能电表（ residential & C&I）
• 工业自动化与控制
• 能源管理系统
• 安全通信设备
• 医疗与计量仪器