Новые микроконтроллеры STM32F3XX

Cortex-М4 с сигма-дельта АЦП, дешево и вкусно

Трудно поверить в то, что микроконтроллер на ядре Cortex-M4F, имеющий на борту 16–разрядный сигма-дельта АЦП может стоить 55 рублей в серийных поставках. Однако это реальность сегодняшнего дня. Компания STMicroelectronics продолжает усовершенствование семейства STM32, расширяя его новыми линейками, коМбайтинируя новые технологии со своим, ставшим уже традиционным, стремлением к нахождению наилучшего баланса между стоимостью и функциональной насыщенностью микросхем.

Что такое современное семейство STM32? Это семь серий микроконтроллеров, выполненных на ядре ARM Cortex-M0/M3/M4:

• STM32W — 24МГц/30DMIPS МК для беспроводной связи;
• STM32L — 32МГц/33DMIPS МК с батарей ным питанием;
• STM32F0 — 48МГц/38DMIPS МК для ультрадешевых приложений;
• STM32F1 — 72МГц/61DMIPS МК общего назначения;
• STM32F2 — 120МГц/150DMIPS высокопроизводительные МК;
• STM32F3 — 72МГц/90DMIPS — МК коМбайтинированных сигналов c DSP и FPU;
• STM32F4 — 168МГц/210DMIPS — высокопроизводительные МК с DSP и FPU.

Микроконтроллеры выпускаются в корпусах от 36 до 176 выводов c объемом встроенной flash памяти от 16 Кб до 1 Мбайт. Всего в семействе насчитывается сейчас около 400 наименований. Несмотря на это, компания STMicroelectronics продолжает развивать семейство, выпуская новые серии, в частности — STM32F3. Серия состоит из двух линеек. В таблице 1 указаны основные отличия линеек друг от друга.

STM32F3 — серия недорогих МК c малым и средним объемом flash памяти, с мощным ядром Cortex-M4F и высокотехнологичной периферией. ARM-ядро Cortex-M4F является расширением Cortex-M3 и поддерживает команды умножения с накоплением (MAC), команды управления потоками данных (SIMD) и команды «арифметики с насыщением». Буква F означает возможность обработки операций с плавающей запятой (FPU) с одинарной точностью. Реально достижимая производительность составляет 90 DMIPS на максимальной частоте ядра 72 МГц. Отсутствие циклов ожидания обеспечивается при работе с 8 Кб встроенной быстродействующей ССМ-памяти. Эту память можно также использовать как высокоскоростную память данных. Большая часть оперативной памяти этих микроконтроллеров обеспечена аппаратной проверкой битов четности, что позволяет распознавать сбои, связанные с воздействиями электромагнитной природы. STM32F3 содержат блок защиты памяти (MPU), обычно используемый в ОСРВ для защиты критичных или сертифицированных задач от сбоев в других задачах. Этот блок может обслуживать до 8 регионов памяти, с делением до 8 блоков каждый.

Серия STM32F3 совместима программно, по выводам и средствами программирования и отладки с STM32F1 — стандартной серией микроконтроллеров. Предназначена в первую очередь для систем управления, автоматизации производства, измерительных систем и систем сбора данных, медицинских приборов, аудиоприложений и интеллектуального управления мощным электроприводом. Эта серия получила обновленную цифровую периферию и богатый набор аналоговой.

Аналоговая периферия расширена 16–разрядными сигма-дельта АЦП, компараторами, операционными усилителями, сенсорным контроллером и 12–разрядными скоростными АЦП последовательного приближения (5 Msps).

Производительность каждого 16–разрядного сигма-дельта АЦП (SDADC) составляет 16 600 выборок в секунду при преобразовании на разных каналах и 50 000 выборок в секунду при преобразованиях на одном канале. Питание преобразователя подается на отдельные контакты, что развязывает диапазон входного напряжения АЦП от напряжения питания всего МК. Входные аналоговые сигналы могут быть как в дифференциальной (до 11 каналов), так и в несимметричной форме. В последнем случае количество доступных аналоговых входов удваивается. Можно использовать как внешнее опорное напряжение, подаваемое на два вывода (SD_VREF+, SD_VREF-), так и внутреннее со встроенного генератора опорного напряжения. Точное значение последнего измеряется на заводе производителя при тестировании МК и заносится в его системную энергонезависимую память. Это значение может быть считано в приложении. Туда же на заводе заносятся и калибровочные данные по встроенному датчику температуры.

Компараторы имеют rail-to-rail входы и высокоскоростные выходы. Задержка распространения сигнала составляет 50 нс. Баланс быстродействия и энергопотребления конфигурируется. Каждый из компараторов может выводить МК из режима пониженного энергопотребления. В качестве опорного напряжения компаратора можно использовать выходы встроенных ЦАП, опорное напряжение с внутреннего генератора или его часть и сигналы с портов ввода/вывода.

Встроенные ОУ с rail-to-rail входами и выходами могут быть использованы как независимые ОУ с внешними цепями или в режиме повторителя или усилителя с фиксированным коэффициентом усиления (PGA x2,x4,x8,x16). Полоса пропускания этих ОУ 8 МГц, нагрузочная способность 0,5 мА.

Сенсорный контроллер является аппаратным средством отслеживания изменений паразитной емкости контактной площадки посредством применения технологии переноса заряда. Эта технология обеспечивает низкое энергопотребление и хорошую помехозащищенность. Поддерживается до 1824 сенсорных каналов с одновременным опросом до 8 каналов. ST предоставляет программную библиотеку STMTouch, которая обеспечивает полную поддержку этого контроллера для надежной реализации сенсорной функциональности в любых, даже сильно зашумленных приложениях. Поддерживается функционал приближения (proximity), кнопки, линейного и кругового сенсорных датчиков.

Цифровая периферия дополнена специальными таймерами, функционирующими на удвоенной системной частоте (144 МГц) и имеющими благодаря этому весьма высокое разрешение. На всех микроконтроллерах серии доступны следующие встроенные интерфейсные узлы: CAN 2.0B Active, USB 2.0 FS, SPI, I²C с поддержкой Fast mode plus, USART, HDMI-CEC, I²S.

Микроконтроллеры серии STM32F3 предлагают весьма прогрессивную систему режимов экономии электроэнергии, обеспечивая энергопотребление на уровне единиц микроампер с очень быстрым стартом по сигналам от периферийных узлов.

Массовое производство серии STM32F3 запланировано на четвертый квартал 2012 года. Доступные корпуса UFBGA100, LQFP 48, 64 и 100 выводов и объемы flash-памяти 64 Кб, 128 Кб и 256 Кб.

Тигран Гайказьян, инженер по внедрению активных компонентов

Комментарий специалиста Эта серия микроконтроллеров интересна в первую очередь в качестве обновления распространенного решения в системах автоматизации и сбора данных, где применяется связка двух микросхем — микроконтроллера и АЦП. При этом, кроме удешевления, предоставляются дополнительные преимущества в виде мощного высокопроизводительного вычислителя, большого числа каналов измерения на единицу стоимости и развитой цифровой и аналоговой периферии.