假如您调查周围，就会发现日常日子中计量设备无处不在。我说的是家里装置的一切电表、燃气表、水表以及计热表，更别提加油站和购物中心的流量表、秤和注册体系了。现在出产的计费设备由微操控器进行电子操控。
在微操控器操控的典型计量运用中，计费数据的准确性首要取决于模数转化器的精度（A/D）、采样频率和满意的计量核算动态规模。别的，它还取决于软件的可靠性，所以有必要重视软件对金融交易的影响。因而，半导体公司的方针是，开发的微操控器不只能满意丈量精度、核算吞吐量和能源消耗等根本技能要求，并且还具有满意的灵活性，能够供给将“合法”计量从运用的其他部分阻隔的选项。
2013年10月，飞思卡尔推出了一个选用ARM® Cortex®-M0+内核的全新微操控器系列 — Kinetis® M。除了许多高分辨率的模仿外设、数字定时器、通讯接口和带独立电源和温度补偿的实时时钟外，这些微操控器还装备了硬件，操控接入存储器、外设和集成在芯片上的I/O端口。
特性
图1显现了Kinetis M微操控器框图。
图 1 – 框图
从上图能够清楚看出，除了32位ARM Cortex-M0+外，微操控器还供给四个独立的24位A/D转化器（SD ADC），内置可编程的放大器（PGA），转化速度可达100 ksps。转化器规划，再加上作原理（二阶Sigma-Delta调制器），支撑在一切通道一同或选用准确界说的延迟来丈量双极模仿信号，规模从几微伏到一伏。
包含的其他模仿模块是两个高速模仿比较器（HSCMP），具有可编程的磁滞5-30 MV，一个12通道的16位SAR A/D转化器，以及一个具有准确的1.2 V电压参阅，温度系数为33 ppm/°C。规划该参阅电压的意图不只是适用于说到的一切模仿模块，并且经过一个内部放大器缓冲，它还能够用作板卡上其他电路的电压参阅源。可是，假如内部参阅电压的参数不行的话，微操控器的模仿模块能够由外部1.2 V参阅电压供电。
飞思卡尔的方针是规划十分合适计量运用的可编程器材。因而，该Kinetis M微操控器系列不只包含Kinetis宗族的规范模块，还包含其他产品线的典型模块。例如，互连矩阵中的内部信号、器材的输入和输出（XBAR）和四通道定时器（Quad Timer）是一般用于数字信号操控器（DSC）中的模块。这些模块答应运用开发人员更精细地衔接内部外设，界说被测样品之间的时刻序列，还供给监测内部外设作业的选项。片上外设和I/O引脚衔接XBAR模块如图2所示。
图 2 – XBAR 信号和衔接
本文选自本站网6月《智能工业特刊》Change The World栏目，转载请注明出处！
例如，这些模块在一个典型的三相电表运用中能够用于从相电流丈量（三个24位SD ADC）触发相电压丈量（三个16位SAR ADC通道）。其他运用范畴包含自主丈量模仿信号周期（频率），检测RS-485和RS-232链路、调制的IEC 1107和38K红外通讯的通讯速度，衔接外部模仿sigma-delta调制器和生成高稳定性的校准脉冲。
内部时钟生成模块包含锁频环（FLL）、锁相环（PLL）、低频振荡器（OSC32K）、高频振荡器（OSCMHZ）、32 kHz 和4/2 MHz的内部参阅时钟（IRC）模块。
最终还有重要的一点，我有必要说到有助于运用安全的模块，包含契合家用电器安全规范（IEC 60730）的“看门狗”定时器、循环冗余校验（CRC）加速器、随机数发生器（RNGA）和侵入检测（Tamper）。
Kinetis M微操控器系列供给两种存储器装备和三种封装。运用开发人员能够挑选的存储器装备有64 KB或128 KB Flash，封装有44 LGA、64和100 LQFP。选用64和100 LQFP封装的器材衍出产品均包含一个规范的LCD操控器，能够处理的LCD段数分别为160段和288段。制造商确保温度在–40°C 至+85°C规模内、电源电压为1.71 V至3.6 V时，一切零部件都能正常作业。
表1列出了该器材的衍出产品、封装和根本特性。
表1 – 器材的衍出产品和封装
支撑清晰阻隔相关合法软件
世界法制计量安排（the International Organization of Legal Metrology，OIML）和欧洲国家法制计量协作安排（the European Cooperation in Legal Metrology，WELMEC）等世界安排为编写软件操控的计量仪器运用程序供给咨询辅导，即针对用软件将影响计费数据的那部分运用程序与该运用程序的其他部分阻隔而拟定了法令。假如制造商依据这些辅导方针开发了一个计量仪器，并在初始审阅和验证过程中向被告诉组织（notified Body）供给了合规证明，那么它能够修正运用程序的其他部分，而不需求从头审阅，因而取得了灵活性，大大节省了本钱。
飞思卡尔在器材开发过程中很好地认识到了这点，因而咱们增加了硬件来操控一切集成式存储器、外设、I/O端口（参见图3）的接入，充分运用这一优势。
图 3 – 渠道
Kinetis M渠道由ARM Cortex-M0+内核和两个DMA操控器组成。这些自动模块（总线主机）以“用户”或“特权”方式接入其他被迫模块（总线从机）。被称为杂项操控模块（MCM）的这个额定模块依据进程标识符（PID）的设置增加了指示“安全”或“不安全”状况的拜访特点。其结果是呈现了硬件强制的三种状况拜访的优先模型：特权（安全）》安全用户》非安全用户。在计量运用中，与“合法”计量相关的一切使命以“特权”方式处理，而运用的其他部分以“用户”方式运转。
瞬时拜访由ARM Cortex-M0+内核履行，DMA操控器由存储器维护单元（MPU）、外设桥（AIPS）和通用输入输出（GPIO）模块进行评价， 这样依据用户指定的规范，答应或回绝拜访芯片硬件，即存储器段、外设，I/O端口。
假如规划人员规划了拜访操控，一同依据运用需求设置了拜访特点，则微操控器渠道将自主扫除任何会影响“合法”计量运用部分的其他运用部分的拜访。
开发东西
关于新的运用开发，飞思卡尔供给TWR-KM34Z50M开发套件。该套件运用带内置虚拟串口的SWD（OpenSDA） 集成调试接口，能快速、容易地开发运用。虚拟串口加上FreeMASTER驱动和PC机运用程序能够监测在微操控器器材上运转的运用所呈现的任何静态变量和全局变量 。
除了衔接微操控器的衔接器，80×90 mm的印刷电路板还包含以下线路：160段LCD，MMA8491Q 三轴加速度传感器，一个带USB接口的七通道可编程正弦波发生器，NTC型IRDA温度传感器，几个LED和按键。开发套件能够独自运用或与TowerTM模块体系的其他I/O卡一同运用（见图4）。
图 4 – TWR-KM34Z50M 开发套件
本文选自本站网6月《智能工业特刊》Change The World栏目，转载请注明出处！
能够经过支撑ARM Cortex-M0+内核的开发东西轻松地装备微操控器。例如，您能够运用面向ARM 6. 70的IAR Embedded Workbench开发东西。即，该东西的Kickstart版（IAR体系免费供给），使您能够创立一个16KB或更小的运用。关于代码达64KB的更高运用，您能够运用CodeWarrior® IDE for MCU’s 10.5特别版。免费东西包含一个C编译器、汇编器、链接器和调试器东西，可从Eclipse IDE内取得（见图5）。
图5 – CodeWarrior IDE for MCU’s 10.5 开发环境
CodeWarrior开发东西的商业版以及免费版的一个首要部分是处理器专家（Processor Expert®）软件。运用该东西，您只需用鼠标挑选参数就能够编写运用程序。处理器专家软件建模东西不断查看参数设置、生成C代码。不只初学者，就连有经历的程序员也常常运用该东西来预置微操控器。运用该东西，您能够创立一个简略的运用，无需架构常识和特定微操控器的寄存器。此外，所生成的代码不会包含过多的冗余代码。
明显，运用处理器专家软件建模东西，，您能够不必像运用C预处理器亲手编写程序相同编写那样的有用代码。这种类型的编程首要供那些把握了微操控器架构和片上外设的有经历的用户运用。假如您归于这一类程序员，您肯定会赞同我的观点：要开发一个运用程序，有一个包含“发动”模块、中止矢量界说表、衔接器指令文件并经杰出测验的软件示例以及片上外设裸金属软件驱动就够了。
被称为“Kinetis M裸金属驱动和软件示例” 装置软件包供给很多软件示例。当时版别（EAR2.2）支撑CodeWarrior IDE for MCU’s 10.5、IAR Embedded Workbench for ARM 6.70和Rowley CrossWorks for ARM 2.3开发东西。
片上外设软件驱动已被写入，首要重视快速代码履行，与实例一同以源代码的方式供给。装置软件包还能简略实用地创立一个新项目。图6显现一张包含部分装置软件包的示例表。
图 6 – 软件示例表
小结
飞思卡尔Kinetis M微操控器系列根据90-nm的薄膜存储器（TFS）工艺技能。它由时钟频率高达50 MHz的ARM Cortex-M0+内核操控。内部时钟生成模块包含锁频环（FLL）、锁相环（PLL）、低频振荡器（OSC32K）、高频振荡器（OSCMHZ）和32 kHz和4/2 MHz的内部参阅时钟（IRC）模块。除了许多用于处理模仿信号的外设、数字定时器、LCD操控器、通讯接口和实时时钟外，这些器材还包含一个“看门狗”定时器、16／32位CRC加速器、随机数发生器和一个用于侵入检测的电路。Kinetis M微操控器系列供给64/128KB两种存储器装备和三种封装：44 LGA、64和100 LQFP。
片上外设、封装选项，以及最重要的、用于将影响计费数据的那部分运用与其他运用部分阻隔的硬件，使这些微操控器特别合适计费计量设备。飞思卡尔现在供给一些参阅规划，在单相、两相和三相电表运用中证明了这些器材的才能。
本文选自本站网6月《智能工业特刊》Change The World栏目，转载请注明出处！
