Microchip新增的模拟外设管理器是什么？怎么用？

我们将讨论PIC18-Q71器件系列上的新增的模拟外设管理器(APM Analog Peripheral Manager)，以了解如何使用它来降低嵌入式设计中的总体功耗。

在微控制器和嵌入式系统领域，功耗已成为各种应用开发人员最关心的问题。随着我们不断将技术融入我们生活的方方面面，无论是智能设备、物联网应用、无线传感器、汽车创新、联网家用电器等，降低功耗的需求从未如此迫切。

效率的意义

为什么模拟系统的功耗对于微控制器和嵌入式系统如此重要？很大一部分嵌入式应用是包含传感器、放大器或任何其他模拟模块的系统，因为模拟信号需要数字化和处理才能具有任何实际用途。通常，这些系统是为了消费者方便而设计的，并且通常是电池供电的设备。在这个便携式和无线连接的时代，为我们的设备供电的电池需要持续更长时间——有时需要几天、几周甚至几个月不充电。在便利性和成本效益至关重要的时代，不断更换电池或充电已不再现实。仅此一点就提醒我们，节能对于此类嵌入式系统的使用寿命和持续使用至关重要。

降低功耗的技术

有许多技术可以降低功耗，例如利用设备提供的低功耗模式或使用独立于内核的外设(CIP)，本文将重点介绍CIP，是模拟外设管理器(APM)。

什么是模拟外设管理器？

APM是一个多功能集合，旨在解决设计人员面临的众多挑战之一，即如何高效管理模拟外设，同时降低整个系统的功耗。APM可以自动打开和关闭设备上的模拟外设，例如模数转换器(ADC)、比较器(CMP)、数模比较器(DAC)、运算放大器(OPA)和固定电压参考(FVR)，无需不断的CPU干预，并允许系统长时间运行。

APM为设计人员提供了创建自定义时间间隔的灵活性，在此期间模拟模块会在禁用之前定期激活以执行特定功能，从而使设备返回到低功耗状态。APM中带有16位预分频器，可以通过16位定时器来控制模拟外设的激活频率，从而无需CPU干预。该16位定时器可由各种源提供时钟，包括LFINTOSC(31kHz)、SOSC(32.768kHz)、ADCRC或连接到专用外设引脚选择(PPS)输入引脚的外部时钟源，允许用户设置最大38小时的周期。

模拟外设通常比数字CIP消耗更多电量，即使在空闲时也是如此。APM特别适合模拟传感器需要定期测量而不是连续监控的低功耗应用。

APM将其模块分为两个不同的开始时间(S1/S2)和结束时间(E1/E2)，每个模块分别具有自己的专用外设控制寄存器，(APMPERSx)和(APMPEREx)。在这些寄存器中，用户能够根据应用需求定制配置。各个起始位使特定的模拟外设能够激活，而结束位则在所需功能完成时禁用相应的模拟外设。这种级别的可配置性为用户提供了极大的灵活性，使他们能够确定要激活和禁用哪些模拟模块。

由APMPERSx和APMPEREx寄存器管理的外设可能因器件而异，具体取决于每个系列中可用的模拟外设。

图1：PIC18-Q71的AMPERSx和AMPEREx控制寄存器

模数转换器的功能

APM为ADC提供了独特的功能，允许用户定期启用ADC模块以节省采样之间的功耗。这是通过使用模数转换器外设启动（ADCA）位和模数转换器转换触发启动（ADCD）位来实现的。ADCA位将为模块准备信号转换，而ADCD位则执行ADC转换和任何计算设置。

模拟外设管理器的简单用例

图2显示了一个简单的示例，演示了在采样信号时如何利用APM使用运算放大器(OpAmp)、ADC和FVR。在最基本的层面上，运算放大器将用于为ADC转换准备信号，这可能涉及缓冲或放大模拟信号。此外，FVR还为ADC提供稳定的参考电压。

最初，所有外设都关闭以最大限度地减少功耗。

开始事件1(S1)：准备模拟测量信号

启用运算放大器

启用ADC外设(ADCA)

启用FVR

开始事件2(S2)：执行转换

使能ADC的转换触发（ADCD）

结束事件1&2(E1/E2)：结束序列

禁用运算放大器

禁用ADC（ADCA和ADCD控制）

禁用FVR

在此序列中，APM负责根据需要启用和禁用这些外设。还值得注意的是，即使设备处于睡眠模式，APM也可以执行这些功能，凸显了APM的省电能力。

APM通过灵活的设计，提供了优化电源管理和增强嵌入式系统灵活性的功能。