数字万用表“节能之星”EFM32应用方案

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数字万用表，一种多用途电子测量仪器，一般包含安培计、电压表、欧姆计等功能，有时也称为万用计、多用计、多用电表，或三用电表。

系统结构
EFM32是由挪威Energymicro公司采用ARM Cortex-M3内核设计而来的高性能低功耗32位微控制器。它具有突出的低功耗特性，适用于“三表”（电表、水/热表、气表）、工业控制、警报安全系统、健康与运动应用系统、手持式医疗设备以及智能家居控制等领域。

图1是数字万用表的结构框图，包括供电，测量模块，存储芯片，显示模块，主处理器，控制按键。



图1：数字万用表结构框图。

供电
数字万用表一般为9V电池供电，EFM32的工作电压为1.8~3.8V，工作电压范围比较宽，有利于周围器件的选型。

测量模块
利用高精度的AD芯片测量不同量程的电阻、电压、电容或电流等。其中测量电路是将不同的被测量、不同的量程经过一系列的处理统一转变成一定量限的电压供AD采集。

存储IC
保存测量结果，可用于查询或波形显示。

显示模块
通过LCD或TFT显示测量结果及查寻之前测量结果或显示其他功能。

主控制器
根据数字万用表功能不同可选择不同型号的EFM32作为主控MCU。EFM32具有良好的兼容性，同编号芯片引脚为pin-pin兼容。在低端应用中可选择EFM32TG系列作为主控，其flash和RAM资源为8～32KB和2～4KB；在高端产品中可选择EFM32TG系列，其与EFM32TG系列 pin-pin兼容，flash和RAM资源为256～1024KB和128KB，带有TFT驱动及USB。

控制按键
用于选择不同的测量量、量程及功能按键。

方案优势
相对于传统的8位、16位单片机实现的数字万用表，基于EFM32实现的本方案具有以下优势：

超低功耗
EFM32是全球最低功耗的32位微控制器，RTC、DMA可运行的EM2模式下，功耗电流仅为900nA，不运行RTC的模式下可低至600nA，而在不保存RAM数据时更是只有20nA。由于数字万用表为电池供电，对功耗有一定的要求，因此EFM32的低功耗具有明显的优势。

集成度高，性能高
EFM32是Cortex-M3内核，内核的指令效率以及代码密度比传统的8位单片机高，尤其是在算法处理方面具有比较大的优势。在某些对AD精度要求不是太高的环境下可使用片上带有1M采样速率的12位ADC，配合PRS及DMA可以实现精准定时的采样和数据存储。除此外，EFM32片上集成高达8X36 的LCD驱动器，甚至支持16位RGB接口的TFT屏驱动，其支持emwin的GUI界面，可以实现界面管理及波形显示。EFM32带有3个运算放大器及2个16路比较器，可以省去电路上的一些外围器件，节省成本。丰富的集成外设为不同的系统应用提供多样性的选择。

扩展性良好
EFM32的TG、G、GG系列之间具有良好的兼容性，同型号不同系列的芯片是pin-pin兼容，保证用户在统一的硬件平台上，可进行不同功能需求的裁剪。Flash资源从最低的4KB~1024KB，RAM资源从2KB~128KB。后续将推出的Cortex-M0+及Cortex-M4F内核的系列，可满足产品的低端路线和更高端的路线。

总结
EFM32具有优异的低功耗特性，非常适合于对于低功耗有一定要求的数字万用表的应用。EFM32内核采用目前流行的Cortex-M3设计，极大地缩短了开发者的开发时间。EFM32具有丰富的外设，为系统扩展功能及降低成本提供了条件。