STM32F3 incluye una serie de MCU de 32 bits con alto rendimiento, funcionalidad en tiempo real, procesamiento de señales digitales, bajo consumo de energía y funcionamiento a bajo voltaje, al tiempo que mantiene una alta integración y facilidad de desarrollo. La inigualable gama de productos STM32 se basa en un núcleo estándar de la industria y ofrece una amplia gama de herramientas y opciones de software, lo que la hace ideal para proyectos pequeños y plataformas completas.
Introducción al STM32F3
STM32F3 es el último producto lanzado por STmicroelectronics. Integra un núcleo ARM Cortex-M4 de 32 bits con instrucciones DSP y FPU que funcionan a 72 MHz, periféricos analógicos avanzados y memoria Flash y SRAM integrada. Gracias a su eficiente estructura de alimentación integrada y a sus múltiples modos de consumo de energía, STM32F3 reduce el consumo de energía a nivel de aplicación y simplifica el diseño de la misma.
Esta serie de MCU también integra un rápido ADC sigma-delta de 12 bits y 5 MSPS, un amplificador de ganancia programable (4 pasos de ganancia, 1 % de precisión), un comparador rápido de 50 ns y una frecuencia de funcionamiento multifunción de 144 MHz. Unidad de control del reloj.
Gracias a sus capacidades en tiempo real, el procesamiento de señales digitales, el bajo consumo de energía y el funcionamiento a baja tensión, el STM32F3 puede manejar eficazmente señales mixtas en circuitos como controladores de motores trifásicos, sensores bioquímicos e industriales y filtros de audio, y puede utilizarse ampliamente en aplicaciones prácticas de consumo, médicas, de fitness portátil, de supervisión de sistemas y de medición.
Características del STM32F3
- Comparador ultrarrápido (25 ns)
- Amplificador operacional con ganancia programable
- DAC de 12 bits
- ADC ultrarrápido de 12 bits, 5 millones de muestras por segundo por canal (cinco millones de muestras por segundo), hasta 18 millones de muestras por segundo en modo alterno
- ADC sigma-delta preciso de 16 bits (21 canales)
- La memoria SRAM acoplada al núcleo (acelerador de programas) es una arquitectura de memoria dedicada a mejorar el rendimiento de los programas en los que el tiempo es un factor crítico, lo que puede aumentar el rendimiento en un 43 %.
- Temporizador PWM avanzado de 16 bits y 144 MHz (resolución < 7 ns) para aplicaciones de control
- Temporizador de alta resolución (217 ps), con autocompensación para la deriva de la fuente de alimentación y la temperatura
- La matriz de interconexión flexible permite la comunicación autónoma entre periféricos, lo que ahorra recursos de la CPU y consumo de energía.
Especificaciones del STM32F3
La serie STM32 F3 incluye dispositivos con entre 64 y 256 KB de memoria Flash integrada y 48 KB de SRAM. Las opciones de encapsulado incluyen WLCSP66 (menos de 4,3 x 4,3 mm), LQFP48, LQFP64, LQFP100 y UFBGA100.
| Manufacturer | STMicroelectronics |
|---|---|
| Core | ARM Cortex M4F |
| Data Bus Width | 32 bit |
| I/O Count | 39 |
| Maximum Clock Frequency | 72 MHz |
| Flash Memory (Maximum) | 256 KB |
| Data RAM Size | 32 KB |
| On-chip ADC | Yes |
| Operating Supply Voltage | 1.65 V to 3.6 V, 2 V to 3.6 V, 2.2 V to 3.6 V |
| Operating Temperature Range | -40°C to +85°C |
| Package | LQFP-48, 64, 100 |
| Mounting Style | SMD/SMT |
Reloj STM32F3
STM32F3 utiliza 4 fuentes de reloj: LSE para RTC integrado; HSE para el funcionamiento de la MCU; HSI para el reloj del sistema; LSI para controlar IWDG y RTC. Cada fuente de reloj se puede activar o desactivar individualmente cuando no se utiliza para reducir el consumo de energía.
Reloj HSE
La señal de reloj externo de alta velocidad (HSE) OSC tiene dos fuentes de reloj: el oscilador de cristal externo HSE/resonador cerámico y el reloj externo del usuario HSE. Al diseñar la placa de circuito impreso, el resonador y la capacitancia de carga deben estar lo más cerca posible de los pines del oscilador para minimizar la distorsión de salida y el tiempo de estabilización de la oscilación. El valor de la capacitancia de carga debe ajustarse adecuadamente según el oscilador seleccionado.
Oscilador de cristal externo (oscilador de cristal HSE)
La ventaja del oscilador externo de 4-32 MHz es que tiene una precisión muy alta. El indicador HSERDY (RCC_CR) del registro de control del reloj indica si el oscilador HSE es estable. Este reloj no se puede utilizar hasta que el hardware establezca este bit al inicio. Se pueden generar interrupciones si estas están habilitadas en el registro de interrupciones del reloj (RCC_CIR). El oscilador de cristal HSE se puede activar o desactivar a través del bit HSEON del registro de control del reloj (RCC_CR).
Fuente externa (derivación HSE)
En este modo, se debe proporcionar una fuente de reloj externa, con una frecuencia máxima que no supere los 32 MHz. El pin OSC_IN debe accionarse utilizando una señal de reloj externa (onda cuadrada, sinusoidal o triangular) con un ciclo de trabajo del 40-60 %, dependiendo de la frecuencia, mientras que el pin OSC_OUT se puede utilizar como GPIO.
Reloj LSE
El oscilador de cristal LSE es un oscilador de cristal externo de baja velocidad de 32,768 kHz o un resonador cerámico. Se puede utilizar como fuente de reloj del reloj en tiempo real (RTC) para proporcionar funciones de reloj/calendario u otras funciones de sincronización. Tiene las ventajas de un bajo consumo de energía y una alta precisión.
El oscilador de cristal LSE se enciende y apaga a través del bit LSEON del registro de control del dominio de respaldo (RCC_BDCR). La intensidad de la señal del cristal se puede cambiar en tiempo de ejecución utilizando los bits LSEDRV[1:0] del registro de control del dominio de respaldo (RCC_BDCR) para lograr el mejor equilibrio entre robustez, tiempo de arranque corto y bajo consumo de energía.
El indicador LSERDY del registro de control del dominio de respaldo (RCC_BDCR) indica si el oscilador de cristal LSE es estable. Al arrancar, la señal de reloj de salida del oscilador de cristal LSE solo se puede utilizar después de que el hardware establezca este bit. Se pueden generar interrupciones si estas están habilitadas en el registro de interrupciones de reloj (RCC_CIR).
En este modo, se debe proporcionar una fuente de reloj externa, con una frecuencia máxima que no supere 1 MHz. Se debe utilizar una señal de reloj externa (onda cuadrada, onda sinusoidal u onda triangular) con un ciclo de trabajo de aproximadamente el 50 % para accionar el pin OSC32_IN, mientras que el pin OSC32_OUT se puede utilizar como GPIO.
Reloj HSI
La señal de reloj HSI se genera a partir del oscilador RC interno de 8 MHz y se puede utilizar directamente como reloj del sistema (SYSCLK) o como entrada PLL. La ventaja del oscilador RC HSI es su menor coste (no requiere componentes externos). Además, su velocidad de arranque es más rápida que la del bloque oscilador de cristal HSE, pero incluso después de la calibración, su precisión de frecuencia no es tan buena como la de un oscilador de cristal externo o un resonador cerámico.
Debido a que el proceso de producción es diferente, las frecuencias del oscilador RC de los diferentes chips también son diferentes. ST realiza una calibración de fábrica en cada dispositivo para lograr una precisión del 1 % a TA = 25 ℃. Además, el reloj HSI se puede conectar al multiplexor MCO. El reloj se puede conectar a la entrada del temporizador 16 en el F30x y a la entrada del temporizador 14 en el F37x para permitir al usuario calibrar el oscilador.
Reloj de sincronización de bajo nivel
La frecuencia del reloj RC interno de baja velocidad (LSI RC) es de aproximadamente 40 kHz (entre 30 kHz y 60 kHz). El reloj LSI se puede utilizar como fuente de reloj de baja potencia para seguir funcionando en los modos de parada y espera para controlar el watchdog independiente (IWDG) y el RTC. También se puede proporcionar opcionalmente al RTC para el despertar automático en el modo de parada/espera.
Diseño de PCB de STM32F3
Por razones técnicas, es mejor utilizar una placa de circuito impreso (PCB) multicapa con una capa dedicada a la tierra (VSS) y otra capa dedicada a la fuente de alimentación VDD. Esto proporciona un buen desacoplamiento y blindaje.
Ubicación y parámetros de los componentes
El diseño inicial de la PCB debe tener circuitos separados con circuitos de alta corriente, circuitos de bajo voltaje, circuitos de componentes digitales y circuitos separados en función de las características EMI del circuito. Esto ayuda a reducir el acoplamiento cruzado que causa ruido en la PCB. Consulte la tabla siguiente para conocer los parámetros relevantes de los componentes.
| Components | Value | Count | Notes |
|---|---|---|---|
| MCU | STM32F303VCT6 | 1 | 100-pin package |
| Capacitor | 100nF | 4 | For STM32F303: 4 units For STM32F373/378: 3 units Ceramic Capacitors (Decoupling) |
| Capacitor | 4.7μF | 1 | Ceramic Capacitor (Decoupling) |
| Resistor | 390Ω | 1 | For HSE: Value depends on crystal characteristics. |
| Resistor | 0Ω | 1 | For LSE: Value depends on crystal characteristics. |
| Resistor | 10KΩ | 4 | For JTAG and boot mode pull-up and pull-down resistors. |
| Capacitor | 100nF | 3 | For RESET button, VDDA, and VREF+ (Ceramic Capacitors). |
| Capacitor | 1μF | 2 | For VDDA and VREF+. |
| Capacitor | 100nF | 3 | For VDDSDx and VREFSD+ (Ceramic Capacitors, only for STM32F37x). |
| Capacitor | 1μF | 3 | For VDDSDx and VREFSD+ (only for STM32F37x). |
| Capacitor | 10pF | 2 | For LSE: Value depends on crystal characteristics. |
| Capacitor | 20pF | 2 | For HSE: Value depends on crystal characteristics. |
| Crystal | 8MHz | 1 | For HSE |
| Crystal | 32kHz | 1 | For LSE |
| Embedded | 3V3 | 1 | If an external battery is not used in the application, it is recommended to connect VBAT externally to VDD. |
| Switch | - | 1 | For selecting the correct boot mode. |
| Button | B1 | 1 | Used as a reset button. |
| JTAG Connector | - | 1 | For MCU programming/debugging. |
Tierra y fuente de alimentación (VSS, VDD, VSSA, VDDA, VSSSD, VDDSD)
Cada bloque (ruido, sensible a la parte inferior, digital, etc.) debe conectarse a tierra individualmente, y todos los retornos a tierra deben ser un único punto. Deben evitarse los anillos o tener un área mínima. La fuente de alimentación debe implementarse cerca del cable de tierra para minimizar el área del bucle de la fuente de alimentación. Esto se debe a que el bucle de alimentación se comporta como una antena, por lo que es el principal emisor y receptor de EMI. Todas las áreas de la PCB sin componentes deben rellenarse con tierra adicional para crear un blindaje (especialmente cuando se utilizan PCB de una sola capa).
Desacoplamiento
Todos los pines de alimentación y tierra deben estar correctamente conectados a la fuente de alimentación. Estas conexiones, incluyendo almohadillas, trazas y orificios, deben tener la menor resistencia posible. Por lo general, esto se consigue ampliando el ancho de las trazas, preferiblemente utilizando planos de alimentación dedicados en placas de circuito impreso multicapa.
Además, cada par de fuentes de alimentación debe desacoplarse con un condensador cerámico de filtro de 100 nF y conectarse entre los pines de alimentación del dispositivo STM32F3xx con un condensador químico de aproximadamente 4,7 μF. Estos condensadores deben colocarse lo más cerca posible de los pines correspondientes en la parte inferior de la PCB o debajo de ellos. Los valores típicos son de 10 nF a 100 nF, pero el valor exacto depende de las necesidades de la aplicación.
E/S no utilizada
Por lo general, una aplicación no utiliza el 100 % de los recursos de la MCU. Para aumentar el rendimiento de la EMC y evitar un consumo adicional de energía, los relojes, contadores o E/S que no se utilicen no deben dejarse flotando, sino que deben conectarse a niveles lógicos fijos de 0 o 1. El método consiste en utilizar resistencias pull-up o pull-down externas o internas en los pines de E/S no utilizados, o bien utilizar software para configurar el GPIO en modo de salida. Las funciones que no se utilizan deben congelarse o desactivarse, que es también su valor predeterminado.
Diferentes tipos de STM32F3
Los MUC de la serie STM32F3 incluyen los modelos STM32F301, STM32F302, STM32F303 y otros tipos. No solo integran una gran variedad de periféricos, sino que también ofrecen un mayor rendimiento y capacidades analógicas para gestionar hasta tres controles de motor FOC.
STM32F301
STM32F301 es una MCU de señal mixta que utiliza el núcleo ARM Cortex-M4 (DSP, FPU) y funciona a 72 MHz.
Esta serie de MCU tiene las siguientes especificaciones:
- Hasta 3 comparadores ultrarrápidos (<30 ns)
- Amplificador operacional (PGA) con ganancia programable • DAC de 12 bits
- ADC ultrarrápido de 12 bits con 5 millones de muestras por segundo
- Temporizador de control de motor rápido a 144 MHz (resolución < 7 ns)
- El MCU STM32F301 funciona entre 2,0 y 3,6 V
- Las capacidades de memoria van de 32 a 64 Kbytes y hay paquetes disponibles de 32 a 64 pines
STM32F302
STM32F302 es una MCU de señal mixta que utiliza el núcleo ARM Cortex-M4 (DSP, FPU) y funciona a 72 MHz.
Esta serie de MCU tiene las siguientes especificaciones:
- Hasta 4 comparadores rápidos y ultrarrápidos (<30 ns)
- Hasta 2 amplificadores operacionales (PGA) con ganancia programable
- DAC de 12 bits
- Hasta 2 ADC ultrarrápidos de 12 bits con 5 millones de muestras por segundo
- Temporizador de control de motor rápido a 144 MHz (resolución < 7 ns)
- Interfaz de comunicación USB FS y CAN 2.0B
- El MCU STM32F302 funciona entre 2,0 y 3,6 V
- Capacidades de memoria de 32 a 256 Kbytes y paquetes de 32 a 100 pines
- El rango de temperatura es de -40 a 85 °C o de -40 a 105 °C (la temperatura de unión es de 125 °C)
STM32F303
STM32F303 es una MCU de señal mixta que utiliza el núcleo ARM Cortex-M4 (DSP, FPU) y funciona a 72 MHz. Se trata de un grupo de dispositivos con un rendimiento excelente dentro de la serie de MCU STM32F30x.
Esta serie de microcontroladores tiene las siguientes especificaciones:
- Hasta 7 comparadores rápidos y ultrarrápidos (<30 ns)
- Hasta 4 amplificadores operacionales (PGA) con ganancia programable
- Hasta 2 DAC de 12 bits
- Hasta 4 ADC ultrarrápidos de 12 bits a 5 millones de muestras por segundo
- Hasta 3 temporizadores rápidos de control de motor a 144 MHz (resolución < 7 ns)
- Interfaz de comunicación USB FS y CAN 2.0B
- Memoria SRAM acoplada al núcleo (mejora del rendimiento del 43 % en comparación con la ejecución Flash)
- La MCU STM32F303 funciona entre 2,0 y 3,6 V
- Capacidades de memoria de 32 a 256 Kbytes y paquetes de 32 a 100 pines
- El rango de temperatura es de -40 a 85 °C o de -40 a 105 °C (la temperatura de unión es de 125 °C)
