第2章
初识瑞萨RA系列芯片
什么是ARM微控制器
微控制器
MCU
俗称单片机，如果有学过微机原理就会很熟悉这个概念了。而ARM微控制器，顾名思义，就是基于ARM的微控制器，或者说搭载了ARM处理器内核的微控制器。
ARM处理器是英国ARM公司设计的一种低功耗RISC微处理器。ARM全称为AdvancedRISC Machine，而RISC的全称是“精简指令集计算机”（reducedinstruction set computer）。
由于RISC处理器支持的指令比较简单，所以功耗小、价格便宜。同时，ARM处理器经过了几十年的发展，也已具备了很高的性能。实际上，ARM公司并不生产其ARM处理器或者ARM微控制器，而是以一种技术IP授权的方式，将其设计的ARM处理器内核授权给芯片生产厂家（比如瑞萨、NXP、ST等半导体公司），让它们生产实际的ARM芯片。
瑞萨RA系列的微控制器，其处理器内核是基于ARMCortex-M，因此也属于ARM微控制器的范畴。
瑞萨RA系列MCU概览
发展状况
瑞萨的RA产品家族单片机（MCU）于2019年10月推出，丰富了瑞萨的32位MCU系列产品。瑞萨除了RA系列之外的32位MCU产品还有RX系列（CPU使用瑞萨自家RX内核）和Renesas Synergy™平台MCU。Renesas Advanced（RA）32位MCU是采用Arm®Cortex®-M33、-M23和-M4处理器内核，并经过PSACertified®1级认证的、行业领先的32位MCU。
注解:
PSA认证，即面向物联网安全的“平台安全架构（PSA）”认证。平台安全架构（PSA）是Arm公司于2017年推出的行业通用框架，旨在打造各种安全的互联设备。许多业界领先企业已宣布支持该架构的基础原则，为物联网设备和解决方案加入令人信任的安全级别。
RA系列的所有MCU在功能上和大部分引脚上都是兼容的。小型器件上的外设大体上是大型器件上外设的子集。这便于实现可扩展性和不同器件之间的代码重用。对于不同系列的类似封装，其引脚排列几乎相同。这样一来，开发人员便不必在一开始就选好最终使用的器件，因为后面可以改用其他器件。此外，在PCB布线时在器件封装内创建多种尺寸的封装，可为最终产品的制造提供灵活的选项。
瑞萨RA系列产品家族包括：
•RA0系列，入门级产品；
•RA2系列，适用于低功耗应用；
•RA4系列，适用于需要低功耗、高性能和高安全性的设备；
•RA6系列，具有卓越的连接性能和安全性能；
•RA8系列，可以为采用人机界面、连接、安全和模拟功能的应用提供出色性能。
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具体特性如下：
RA0系列–入门级：
基于Arm Cortex-M23内核，1.6V-5.5V的宽电源电压范围，超低功耗及超低BOM成本。
RA2系列–低功耗：
基于Arm Cortex-M23内核，最高频率48MHz，拥有高达512KB的闪存和64KB的SRAM。电源电压范围为1.6V到5.5V。外设包括全速USB、CAN、24位∑-△模数转换器（ADC）、16位数模转换器（DAC）、电容式触摸感应以及安全功能。
RA4系列–高性能和出色的功耗：
基于支持TrustZone的Arm Cortex-M33F内核或Arm Cortex-M4F内核构建，最高频率100MHz。高达1MB的闪存和128KB的SRAM。电压范围为1.6V到5.5V。外设包括电容式触摸感应、段码式LCD控制器、全速USB、CAN、安全功能以及数据转换器和定时器。RA4W1系列器件还额外配备了Bluetooth®低功耗（BLE）5.0。
RA6系列-高性能：
基于支持TrustZone的Arm Cortex-M33F内核或ArmCortex-M4F内核。最高频率200MHz。高达2MB的闪存和640KB的SRAM。电压范围为2.7V到3.6V。外设包括数据转换器、定时器、外部存储总线、以太网、全速和高速USB、CAN、安全功能、电容式触摸感应和用于TFT显示的图形LCD控制器，以及一个2D图形引擎。RA6T1系列器件带有用于电机控制的增强型外设，如高分辨率PWM定时器或高级模拟模块。
RA8系列-更高性能、人机界面、物联网和边缘计算
2.2.1 瑞萨RA系列MCU能做什么
瑞萨RA系列通用MCU包含丰富的功能以满足各个领域的不同应用需求。最常见的应用场景包括：低功耗应用场景、电机控制应用、无线物联网应用等等。我们在瑞萨官网中挑了两个产品应用的成功案例，通过简单讲解这些应用实例，来举例说明瑞萨RA系列MCU的具体应用。
示例1：电机控制和机器人——高功率BLDC电机驱动
应用项目简介：
该项目属于电机控制和机器人领域，用于仓库机器人的BLDC电机驱动。
RA6T2 MCU和RAA227063三相智能栅极驱动器为处理速度和功率效率提供了完美组合，有助于解决受到极小外形尺寸限制并具有高功率需求的牵引电机的相关问题。该解决方案使用两个感应式位置传感器，因此客户可以更换大型且昂贵的光学编码器。
如下图所示为“高功率BLDC电机驱动”应用项目的系统框图。
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图中的系统由以下几个部分组成：
1
主控芯片选用的是RA系列的RA6T2MCU。“RA6T2”中的字母“T”代表了该型号为电机控制增强型，具有丰富的电机控制功能。
2
MOS桥驱动器芯片采用的是瑞萨RAA227063三相智能栅极驱动器。RAA227063具备电源管理功能，可直接使用电池为驱动器和MCU供电，从而减少整体电路。其可编程性让客户能够优化逆变器的功率级，并通过简单地更改MOSFET和使用软件调整转换速率、死区时间和栅极驱动来处理不同的功率水平。
3
三相MOS桥可提供换相的电路机制，以实现驱动三相无刷电机。
4
传感器采用的是IPS2200感应式位置传感器。它可以提供绝对位置信息，并利用RA6T2 MCU12位ADC中的四位来提供分辨率高达17位的增量位置感测。
5
电源调节稳压电路，为图中的各个芯片进行供电。
6
工业用途的CAN总线接口连接着CAN收发器，可实现较远距离的可靠通信。
该系统优势在于：
• 小型：RA6T2MCU和RAA227063三相驱动器均采用7mmx7mm的48引脚QFN封装；
• 模拟集成：包括电源管理和电源驱动器，并使用电池直接为MCU提供支持；
• 可编程性允许为逆变器进行最佳调谐：电机感应模式、死区时间、转换速率和栅极驱动电压；
• 加速器：提供优化后的电流矢量控制、滤波操作和减少主CPU内核（Cortex®-M33）负载，以支持附加功能；
• 两个IPS2200感应式位置传感器可以提供绝对和增量转子位置；
• 该系统旨在最大限度地降低整体BOM成本、缩减尺寸并替换在电机中占用大量空间且价格高昂的光学编码器。
示例2：智能家居——语音识别和智能控制
应用项目简介：
语音识别正成为当今新型数字生活方式的一个重要功能。我们可以利用语音控制房间的照明、空调、窗帘和其他电器。出于卫生原因，只需与语音识别控制器通话，即可避免接触酒店或办公场所的表面，从而实现非接触控制。瑞萨电子通过执行实时控制（第三方语音识别引擎）的离线语音识别算法，成功构建成功组合。高级语音命令识别引擎同时支持两种语言和语音响应。有34种全球语言可供选择，可轻松集成到现有的控制系统中。
如下图所示为“语音识别和智能控制”应用项目的系统框图。
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图中最主要的两大部分如下：
1
主控部分。芯片选用的是RA系列的RA6M5MCU。它的主要功能为接受并处理用户语音数据，再根据语音识别结果做出相应的用户操作和语音反馈。
2
执行器部分。主控芯片通过RS485将指令发送到执行器，由执行器做出实际的控制，比如通过继电器控制照明灯的开关、通过WiFi控制家电等。
该系统优势在于：
• 瑞萨电子的语音识别解决方案可以实现与现有酒店空调、照明控制系统、家用电器的轻松集成。
• 语音命令可通过高级语音命令识别引擎和算法进行自定义。
• 支持双语言和触发器命令。
• 低成本。
1
END
1
未完待续
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