Микроконтроллеры семейства STM32

2020-03-12

Микроконтроллеры STM32.

Микроконтроллеры (далее - МК) STM32 основаны на 32-битных RISC ядрах ARM Cortex M0/M0+, M3, M4 и M7 и делятся на 4 основных семейства:

1. Для беспроводных решений: STM32WB3 и STM32WL3
2. Малопотребляющие:  STM32L0, STM32L1,  STM32L5, STM32L4 и STM32L4+
3. Базовые характеристики: STM32F0, STM32G0, STM32F1, STM32F3 и STM32G4
4. Высокая производительность: STM32F2, STM32F4, STM32F7 и STM32H7

Ядра Cortex-M0-М7 отличаются производительностью (Cortex-M0 - 0.84 DMIPS / МГц, Cortex-M3/М4 - 1.25DMIPS/МГц), системой команд

и некоторыми особенностями ядра (чем больше номер ядра, тем больше производительность и больше функций).

МК серии STM32L0 имеют ядро Cortex-M0+ и, в основном, предназначены для приложений, критичных к потреблению энергии. Тактовая частота до 32 МГц, имеют от 16 до 128 кБ флеш памяти, от 2 до 20 кБ ОЗУ, 512 байтов EEPROM. Периферийные модули включают в себя до 51 линий ввода/вывода; 12-битный АЦП; 7 каналов DMA; USART; SPI; I2C; 16-ти битный таймер с 4-мя каналами захвата/сравнения, два 16-ти битных таймера с 2-мя каналами захвата/сравнения и один 16-ти битный таймер с ультранизким потреблением энергии; системный таймер – SysTick; таймер для отсчёта времени/даты – RTC; 2 сторожевых таймера watchdogs; модуль подсчёта контрольной суммы - CRC. Некоторые модели имеют по 2 12-битных ЦАП, контроллеры датчиков касания, USB и контроллер управления жидкокристаллическим индикатором (до 8х40 линий подложек/сегментов).

МК серий STM32F0 имеет ядро Cortex-M0 и относятся к базовому семейству и предназначены для широкого круга задач, не очень требовательных к быстродействию. Тактовая частота до 48 МГц, имеют от 16 до 256 кБ флеш памяти, от 4 до 32 кБ ОЗУ. Периферийные модули включают в себя до 87 линий ввода/вывода, 12-битный АЦП (до 16 каналов), 5 или 7 каналов DMA, до 6-ти USART, до 2-х SPI, до 2-х I2C.

МК включают один 16-ти битный таймер с расширенными возможностями - с 4-мя каналами захвата/сравнения и выходами для 6-ти ШИМ каналов для управления трёхфазным электродвигателем, а также до пяти 16-ти битных таймера с 4-мя каналами захвата/сравнения и один 16-ти битный базовый таймер, системный таймер - SysTick, таймер для отсчёта времени/даты – RTC, 2 сторожевых таймера watchdogs, модуль подсчёта контрольной суммы - CRC. Некоторые модели имеют по 2 12-битных ЦАП, контроллеры датчиков касания, USB.

МК серии STM32L1 имеют более производительное ядро - Cortex-M3 по сравнению с ядром Cortex-M0+ у STM32L0 и также предназначены для приложений, критичных к потреблению энергии. Тактовая частота также до 32 МГц, имеют от 32 до 512 кБ флеш памяти, от 4 до 80 кБ ОЗУ, 16 кБ EEPROM. Периферийные модули включают в себя до 115 линий ввода/вывода, до 34 линий контроллера датчиков касания, 12-битный АЦП (до 40 каналов), до 2-х 12-ти битных ЦАП, до 12 каналов DMA , модуль USB , до 5-ти USART, до 8-ми SPI, 2 модуля I2C, один 32-битный таймер, до 6-ти 16-ти битных таймера с 4-мя каналами захвата/сравнения, до 2-х 16-ти битных базовых таймера, системный таймер - SysTick, таймер для отсчёта времени/даты – RTC, 2 сторожевых таймера watchdogs, модуль подсчёта контрольной суммы – CRC и модуль шифрования – AES 128 бит, контроллер управления жидкокристаллическим дисплеем (до 8х40 линий подложек/сегментов).

МК серии STM32F1 имеют более производительное ядро Cortex-M3 по сравнению с ядром Cortex-M0/М0+ у STM32F0/G0 и предназначены для приложений, требующих бОльшей производительности. Тактовая частота до 72 МГц (против 48/64 МГц у STM32F0/G0), имеют от 16 кБ до 1 МБ флеш памяти, от 4 до 96 кБ ОЗУ. Периферийные модули включают в себя до 112 линий ввода/вывода, до 3-х 12-битных АЦП (до 21 каналов), до 2-х 12-ти битных ЦАП, до 12 каналов DMA , модуль USB , до 5-ти USART, до 8-ми SPI, 2 модуля I2C, до 2-х CAN интерфейсов, могут включать SDIO контроллер для подключения SD/MMC карт памяти и 10/100 Мбит Ethernet контроллер.

Таймеры включают один или два 16-ти битных таймера для управления трёхфазными электродвигателями с расширенными возможностями - с 4-мя каналами захвата/сравнения,  выходами для 6-ти ШИМ каналов и генератором мертвого времени; до 10-ти 16-ти битных таймера с 4-мя каналами захвата/сравнения, до 2-х 16-ти битных базовых таймера для управления 2-мя ЦАП, системный таймер - SysTick, таймер для отсчёта времени/даты – RTC, 2 сторожевых таймера watchdogs, модуль подсчёта контрольной суммы –CRC.

МК серии STM32F2 имеют такое же ядро Cortex-M3, как у STM32F1, но работают на частоте 120 МГц и имеют от 128 кБ до 1 МБ флеш памяти, до 128 кБ ОЗУ. Периферийные модули включают в себя до 140 линий ввода/вывода, из них 136 линий имеют частоту до 60 МГц. Включает три более быстрых (0,5 мкс против 1 мкс у STM32F1) 12-битных АЦП и имеют до 24 каналов; два 12-ти битных ЦАП; до 16 каналов DMA; до 4-ти USART и 2 USART с частотой до 7,5 МГц; до 3-х SPI (30 МГц); 3 модуля I2C; 2-х CAN интерфейса (2.0 В); USB; 10/100 Мбит Ethernet  контроллер и аппаратный ускоритель AES 128/192/256.

Таймеры включают один или два 16-ти битных таймера для управления трёхфазными электродвигателями с расширенными возможностями - с 4-мя каналами захвата/сравнения, выходами для 6-ти ШИМ каналов и генератором мертвого времени; до 10-ти 16-ти битных таймера с 4-мя каналами захвата/сравнения, до 2-х 16-ти битных базовых таймера для управления 2-мя ЦАП, системный таймер - SysTick, таймер для отсчёта времени/даты – RTC, 2 сторожевых таймера watchdogs, модуль подсчёта контрольной суммы – CRC.

МК серии STM32F3 имеют более производительное ядро Cortex-M4 по сравнению с ядром Cortex-M3 у STM32F1 и предназначены для приложений, требующих бОльшей производительности. Тактовая частота также 72 МГц как и у  STM32F1, имеют от 16 кБ до 512 кБ флеш памяти и от 16 до 80 кБ ОЗУ. Периферийные модули включают в себя до 115 линий ввода/вывода, до 4-х быстрых 12-битных АЦП (0,2 мкс – против 1 мкс у STM32F1 и 0,4 мкс у STM32F2) -  до 40 каналов, до 2-х 12-ти битных ЦАП, до 12 каналов DMA , модуль USB , до 5-ти USART; до 4-х SPI, из них 2 с возможностью работы как I2S; 3 модуля I2C; до 2-х CAN интерфейсов. Также могут включать до 4-х операционных усилителя с модулями PGA (регуляторы коэффициента усиления).

Таймеры включают один 32 битный и два 16-ти битных таймера с 4-мя модулями захвата/сравнения/ШИМ для подключения счётчиков и квадратурных энкодеров; три 16-ти битных расширенных таймера для управления электродвигателями с 4-мя каналами захвата/сравнения/ШИМ, до 6-ти ШИМ каналов и генератором мертвого времени и выходом стоп и три таймера 4-мя или 2-мя каналами захвата/сравнения/ШИМ; до 2-х 16-ти битных базовых таймера для управления 2-мя ЦАП, системный таймер - SysTick, таймер для отсчёта времени/даты – RTC, 2 сторожевых таймера watchdogs, модуль подсчёта контрольной суммы – CRC.

МК серии STM32F4 имеют такое же ядро Cortex-M4, как у STM32F3, и предназначены для высокопроизводительных  применений. Они делятся по производительности и возможностям на 3 семейства.

МК Access Line работают на частотах до 84 МГц - STM32F401 или до 100 МГц - STM32F410 - STM32F413, имеют объём флеш памяти от 128 кБ до 1,5 МБ,  ОЗУ до 320 кБ. Периферийные модули включают в себя до 140 линий ввода/вывода, до 3-х 12-битных АЦП с частотой преобразования до 2,4 MSPS и возможностью чередования выборок 3-х АЦП - до 24 каналов, до 2-х 12-ти битных ЦАП, до 16 каналов DMA , модуль USB , до 4-ти USART; до 3-х SPI с частотой до 42 МГц, из них 2 -  с возможностью работы как I2S; 3 модуля I2C; SDIO интерфейс для подключения SD/MMC карт памяти. Таймеры включают один или два 32 битный и до 6-ти 16-ти битных таймера с 4-мя модулями захвата/сравнения/ШИМ до 100 МГц; до 2-х 16-ти битных базовых таймера для управления 2-мя ЦАП, системный таймер - SysTick, таймер для отсчёта времени/даты – RTC, 2 сторожевых таймера watchdogs, модуль подсчёта контрольной суммы – CRC.

МК Fundation Line работают на больших частотах по сравнению с МК Access Line - 168 МГц - STM32F405/STM32F407 или 180 МГц - STM32F446, имеют объём флеш памяти до 1 МБ, ОЗУ до 192 кБ, примерно такую же периферию и интерфейсы, добавлены интерфейс для работы с камерой, внешней памятью SDRAM, CAN и 10/100 Ethernet.

МК Advanced Line работают на частотах 180 МГц, имеют объём флеш памяти до 2 МБ, ОЗУ до 384 кБ, примерно такую же периферию и интерфейсы как МК Fundation Line, добавлены интерфейс для подключения TFT LCD панели, SPDIF и видеоускоритель Chrom-ART.

MK STM32F7 имеют ядро Cortex-M7, повышенные частоты в сравнении с МК  STM32F4 – 216 МГц, блок FPU для работы с числами с плавающей запятой одинарной и двойной точности, отличаются наличием кэш память для данных и инструкций от 4 + 4 кБ до 16 + 16 кБ для увеличения производительности при операциях чтения/записи из памяти.

MK серии имеют наивысшую производительность среди всего семейства STM32, имеют 1 или 2 ядра Cortex-M4 или Cortex-M7, работают на частотах от 240 МГц до 480 МГц, интерфейсы для работы с камерой, TFT LCD, JPEG кодек, видеоакселератор Chrom-ART, до 4-х DMA, до 2 МБ флеш памяти, до 1 МБ ОЗУ, до 2-х интерфейсов с SDMMC до 16 + 16 кБ для увеличения производительности при чтении из флеш памяти.

МК нового семейства STM32G0 имеют ядро Cortex-M0+ и имеют более высокие характеристики чем STM32F0. Тактовая частота до 64 МГц, имеют от 32 до 128 кБ флеш памяти, от 8 до 36 кБ ОЗУ. Периферийные модули включают в себя до 60 линий ввода/вывода, 12-битный АЦП (до 16 каналов) и временем выборки 0,4 мкс, до 2-х ЦАП, 7 каналов DMA, до 4-х USART, USART с низким потреблением энергии, до 2-х SPI, до 2-х I2C.

Два таймера имеют повышенную частоту тактирования до 128 МГц:

16-ти битный таймер для управления трёхфазными электродвигателями с расширенными возможностями - с 4-мя каналами захвата/сравнения,  выходами для 6-ти ШИМов и генератором мертвого времени; 32-х битный таймер.

Также МК включают до пяти 16-ти битных таймера с 4-мя каналами захвата/сравнения и могут включать один 32-ти битный таймер, 1 или 2 16-ти битных базовых таймера, системный таймер - SysTick, таймер для отсчёта времени/даты – RTC, 2 сторожевых таймера watchdogs, модуль подсчёта контрольной суммы – CRC и модуль шифрования – AES 128 бит. Некоторые модели имеют по 2 12-битных ЦАП, контроллеры датчиков касания, USB.

МК нового семейства STM32G4 имеют ядро Cortex-M4 и имеют более высокие характеристики чем STM32G0. Тактовая частота до 170 МГц, имеют от 32 до 512 кБ флеш памяти, от 32 до 128 кБ ОЗУ. Периферийные модули включают в себя до 107 линий ввода/вывода, от 2 до 5 12-битных АЦП (от 23 до 42 каналов) с временем выборки 0,25 мкс, от 4 до 7 ЦАП с частотой выборки до 15 MSPS, 12 канальный DMA контроллер, до 4-х USART, до 3-х SPI контроллеров, до 3-х I2C контроллеров. Из аналоговой периферии имеют от 4 до 7 быстрых аналоговых компаратора и от 3 до 6 операционных усилителей с PGA. Один или два 32-х битных и два 16-ти битных таймера с 4-мя модулями захвата/сравнения/ШИМ для подключения счётчиков и квадратурных энкодеров; два 16-ти битных таймера для управления электродвигателями с расширенными возможностями - 8 каналов ШИМ и генератором мертвого времени и функцией быстрого останова. Также имеют несколько более простых 16-ти битных таймеров; два 16-ти битных базовых таймера, системный таймер - SysTick, таймер для отсчёта времени/даты – RTC, 2 сторожевых таймера watchdogs, модуль подсчёта контрольной суммы – CRC.

МК STM32G4x4 имеют в своём составе модуль из 6-ти 16-ти битных таймеров с каналами ШИМ высокого разрешения (184 пс) и модуль для подключения внешней статической памяти FSMC.

Семейства STM32WB3 и STM32WL3 имеют ядро Cortex-M4 и предназначены для безпроводных применений – Bluetooth, LoRa и других.