O STM32F3 inclui uma série de MCUs de 32 bits com alto desempenho, funcionalidade em tempo real, processamento de sinal digital, baixo consumo de energia e operação com baixa tensão, mantendo alta integração e facilidade de desenvolvimento. A linha incomparável de produtos STM32 é baseada em um núcleo padrão da indústria e oferece uma ampla gama de ferramentas e opções de software, tornando a linha ideal para pequenos projetos até plataformas completas.
Introdução ao STM32F3
STM32F3 é o mais recente produto lançado pela STmicroelectronics. Ele integra um núcleo ARM Cortex-M4 de 32 bits com instruções DSP e FPU operando a 72 MHz, periféricos analógicos avançados e memória Flash e SRAM embutida. Devido à estrutura de energia eficiente integrada e aos vários modos de consumo de energia, o STM32F3 reduz o consumo de energia no nível da aplicação e simplifica o design da aplicação.
Esta série de MCUs também integra um rápido ADC sigma-delta de 12 bits e 5 MSPS, um amplificador de ganho programável (4 etapas de ganho, precisão de 1%), um comparador rápido de 50 ns e uma frequência de operação multifuncional de 144 MHz. Unidade de controle de clock.
Devido às suas capacidades em tempo real, processamento de sinal digital, baixo consumo de energia e operação em baixa tensão, o STM32F3 pode lidar efetivamente com sinais mistos em circuitos como controladores de motores trifásicos, sensores bioquímicos e industriais e filtros de áudio, e pode ser amplamente utilizado em aplicações práticas para fitness portátil, monitoramento e medição de sistemas.
Características do STM32F3
- Comparador ultrarrápido (25 ns)
- Amplificador operacional com ganho programável
- DAC de 12 bits
- ADC ultrarrápido de 12 bits, 5 milhões de amostras por segundo por canal (cinco milhões de amostras por segundo), até 18 milhões de amostras por segundo no modo alternado
- ADC sigma-delta preciso de 16 bits (21 canais)
- A Core Coupled Memory SRAM (Program Accelerator) é uma arquitetura de memória dedicada a melhorar o desempenho de programas críticos em termos de tempo, que pode aumentar o desempenho em 43%
- Temporizador PWM avançado de 16 bits e 144 MHz (resolução < 7 ns) para aplicações de controle
- Temporizador de alta resolução (217 ps), com autocompensação para variação de alimentação e temperatura
- A matriz de interconexão flexível permite a comunicação autônoma entre periféricos, economizando recursos da CPU e consumo de energia.
Especificações do STM32F3
A série STM32 F3 inclui dispositivos com 64 a 256 KB de memória Flash integrada e 48 KB de SRAM. As opções de pacotes incluem WLCSP66 (menos de 4,3 x 4,3 mm), LQFP48, LQFP64, LQFP100 e 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 |
Relógio STM32F3
O STM32F3 utiliza 4 fontes de clock: LSE para RTC incorporado; HSE para operação do MCU; HSI para clock do sistema; LSI para acionar IWDG e RTC. Cada fonte de clock pode ser ligada ou desligada individualmente quando não estiver em uso, a fim de reduzir o consumo de energia.
Relógio HSE
O relógio OSC de sinal de relógio externo de alta velocidade (HSE) tem duas fontes de relógio: oscilador de cristal externo HSE/ressonador cerâmico, relógio externo do usuário HSE. Ao projetar a placa de circuito impresso, o ressonador e a capacitância de carga devem estar o mais próximo possível dos pinos do oscilador para minimizar a distorção de saída e o tempo de estabilização da oscilação. O valor da capacitância de carga deve ser ajustado adequadamente de acordo com o oscilador selecionado.
Oscilador de cristal externo (oscilador de cristal HSE)
A vantagem do oscilador externo de 4-32 MHz é que ele tem uma precisão muito alta. O sinalizador HSERDY (RCC_CR) no registro de controle do clock indica se o oscilador HSE está estável. Este clock não pode ser usado até que o hardware defina este bit na inicialização. Interrupções podem ser geradas se as interrupções estiverem habilitadas no registro de interrupção do clock (RCC_CIR). O oscilador de cristal HSE pode ser ligado ou desligado através do bit HSEON no registro de controle do relógio (RCC_CR).
Fonte externa (desvio HSE)
Neste modo, deve ser fornecida uma fonte de relógio externa, com uma frequência máxima não superior a 32 MHz. O pino OSC_IN deve ser acionado usando um sinal de relógio externo (onda quadrada, senoidal ou triangular) com um ciclo de trabalho de 40-60%, dependendo da frequência, enquanto o pino OSC_OUT pode ser usado como um GPIO.
Relógio LSE
O oscilador de cristal LSE é um oscilador de cristal externo de baixa velocidade de 32,768 kHz ou ressonador cerâmico. Ele pode ser usado como fonte de clock do relógio em tempo real (RTC) para fornecer funções de clock/calendário ou outras funções de temporização. Ele tem as vantagens de baixo consumo de energia e alta precisão.
O oscilador de cristal LSE é ligado e desligado através do bit LSEON no registo de controlo do domínio de backup (RCC_BDCR). A intensidade do cristal pode ser alterada durante o tempo de execução utilizando os bits LSEDRV[1:0] no Registo de Controlo do Domínio de Backup (RCC_BDCR) para alcançar o melhor equilíbrio entre robustez, tempo de arranque curto e baixo consumo de energia.
O sinalizador LSERDY no registro de controle do domínio de backup (RCC_BDCR) indica se o oscilador de cristal LSE está estável. Na inicialização, o sinal de clock de saída do oscilador de cristal LSE só pode ser usado depois que o hardware definir esse bit. Interrupções podem ser geradas se estiverem habilitadas no registro de interrupção do clock (RCC_CIR).
Neste modo, deve ser fornecida uma fonte de relógio externa, com uma frequência máxima não superior a 1 MHz. Deve ser utilizado um sinal de relógio externo (onda quadrada, onda senoidal ou onda triangular) com um ciclo de trabalho de aproximadamente 50% para acionar o pino OSC32_IN, enquanto o pino OSC32_OUT pode ser utilizado como um GPIO.
Relógio HSI
O sinal do relógio HSI é gerado a partir do oscilador RC interno de 8 MHz e pode ser usado diretamente como relógio do sistema (SYSCLK) ou como entrada PLL. A vantagem do oscilador RC HSI é seu custo mais baixo (não requer componentes externos). Além disso, sua velocidade de inicialização é mais rápida do que a do bloco oscilador de cristal HSE, mas mesmo após a calibração, sua precisão de frequência não é tão boa quanto a de um oscilador de cristal externo ou ressonador cerâmico.
Como o processo de produção é diferente, as frequências do oscilador RC de diferentes chips também são diferentes. A ST realiza a calibração de fábrica em cada dispositivo para atingir uma precisão de 1% a TA = 25 ℃. Além disso, o relógio HSI pode ser conectado ao multiplexador MCO. O relógio pode ser conectado à entrada do Timer 16 no F30x e à entrada do Timer 14 no F37x para permitir que o usuário calibre o oscilador.
Relógio de sincronização de baixo nível
A frequência do relógio RC interno de baixa velocidade (LSI RC) é de aproximadamente 40 kHz (entre 30 kHz e 60 kHz). O relógio LSI pode ser usado como uma fonte de relógio de baixa potência para continuar funcionando nos modos de parada e espera para acionar o watchdog independente (IWDG) e o RTC. Ele também pode ser fornecido opcionalmente ao RTC para ativação automática no modo de parada/espera.
Projeto de PCB do STM32F3
Por motivos técnicos, é preferível utilizar uma placa de circuito impresso (PCB) multicamadas, com uma camada dedicada à ligação à terra (VSS) e outra camada dedicada à alimentação VDD. Isto proporciona um bom desacoplamento e blindagem.
Localização e parâmetros dos componentes
O layout inicial da PCB deve ter circuitos separados com circuitos de alta corrente, circuitos de baixa tensão, circuitos de componentes digitais e circuitos separados com base nas características EMI do circuito. Isso ajuda a reduzir o acoplamento cruzado que causa ruído na PCB. Consulte a tabela abaixo para obter os parâmetros relevantes dos componentes.
| Componentes | Valor | Quantidade | Observações |
|---|---|---|---|
| MCU | STM32F303VCT6 | 1 | Encapsulamento de 100 pinos. Exemplo de referência AN4206, não uma lista universal. |
| Capacitor | 100nF | 4 / 3 | STM32F303: 4 capacitores STM32F373/378: 3 capacitores Capacitores cerâmicos de desacoplamento |
| Capacitor | 4.7μF | 1 | Capacitor cerâmico de desacoplamento |
| Resistor | 390Ω | 1 | Resistor HSE: valor de exemplo; selecionar conforme o cristal e o circuito oscilador. |
| Resistor | 0Ω | 1 | Resistor LSE: valor de exemplo; selecionar conforme o cristal e o circuito oscilador. |
| Resistor | 10KΩ | 4 | Resistores de pull-up/pull-down de JTAG e inicialização no circuito de referência. |
| Capacitor | 100 nF (NRST); 10 nF (VDDA, VREF+) | 1 + 2 | Capacitores separados: um de 100 nF para NRST; dois de 10 nF para VDDA e VREF+. |
| Capacitor | 1μF | 2 | Para VDDA e VREF+. |
| Capacitor | 10 nF | 3 | Capacitores cerâmicos para VDDSDx e VREFSD+; apenas STM32F373. |
| Capacitor | 1μF | 3 | Para VDDSDx e VREFSD+; apenas STM32F373. |
| Capacitor | 10pF | 2 | Capacitores de carga LSE: valores de exemplo; calcular conforme a carga do cristal e a capacitância parasita. |
| Capacitor | 20pF | 2 | Capacitores de carga HSE: valores de exemplo; calcular conforme a carga do cristal e a capacitância parasita. |
| Cristal | 8MHz | 1 | Cristal HSE do projeto de referência. |
| Cristal | 32.768 kHz | 1 | Cristal LSE para o RTC. |
| Bateria | 3V3 | 1 | Sem bateria de reserva, conectar VBAT a VDD respeitando os limites do dispositivo. |
| Interruptor | - | 1 | Para selecionar o modo de inicialização. |
| Botão | B1 | 1 | Botão de reinicialização. |
| Conector JTAG | - | 1 | Para programação e depuração do microcontrolador. |
Aterramento e fonte de alimentação (VSS, VDD, VSSA, VDDA, VSSSD, VDDSD)
Cada bloco (ruído, sensível à parte inferior, digital, etc.) deve ser aterrado individualmente, e todos os retornos de aterramento devem ser um único ponto. Anéis devem ser evitados ou ter uma área mínima. A fonte de alimentação deve ser implementada perto do fio terra para minimizar a área do loop da fonte de alimentação. Isso ocorre porque o loop de alimentação se comporta como uma antena, sendo o principal emissor e receptor de EMI. Todas as áreas da PCB sem componentes devem ser preenchidas com aterramento adicional para criar blindagem (especialmente ao usar PCBs de camada única).
Desacoplamento
Todos os pinos de alimentação e terra devem estar devidamente conectados à fonte de alimentação. Essas conexões, incluindo almofadas, traços e orifícios, devem ter a menor resistência possível. Geralmente, isso é conseguido aumentando a largura dos traços, de preferência usando planos de alimentação dedicados em PCBs multicamadas.
Além disso, cada par de alimentação deve ser desacoplado com um capacitor cerâmico de filtro de 100 nF e conectado entre os pinos de alimentação do dispositivo STM32F3xx com um capacitor químico de aproximadamente 4,7 μF. Esses capacitores precisam ser colocados o mais próximo possível dos pinos apropriados na parte inferior da placa de circuito impresso. Os valores típicos são de 10 nF a 100 nF, mas o valor exato depende das necessidades da aplicação.
E/S não utilizada
Normalmente, uma aplicação não utiliza 100% dos recursos da MCU. Para aumentar o desempenho EMC e evitar consumo adicional de energia, os relógios, contadores ou E/S não utilizados não devem ser deixados flutuantes e devem ser ligados a níveis lógicos fixos 0 ou 1. O método consiste em usar resistores pull-up ou pull-down externos ou internos em pinos de E/S não utilizados; ou usar software para configurar o GPIO no modo de saída. Recursos que não são usados devem ser congelados ou desativados, que também é seu valor padrão.
Seleção e inicialização de um microcontrolador STM32F3
A série STM32F3 combina um núcleo Arm Cortex-M4 com instruções de ponto flutuante e DSP, além de periféricos de sinais mistos muito capazes. Memória, encapsulamento, velocidade do ADC, canais de DAC, comparadores, amplificadores operacionais, temporizadores e interfaces variam entre os códigos. Por isso, o projeto deve seguir a folha de dados da peça escolhida. Uma inicialização confiável começa por alimentação, clock, depuração e um periférico observável.
- Escolha pelos periféricos: combine entradas ADC, canais de timer, rotas analógicas, interfaces, memória, encapsulamento e temperatura.
- Monte a alimentação: desacople cada pino, siga as orientações analógicas e mantenha a referência sem ruído.
- Preserve a depuração: leve SWDIO, SWCLK, reset, terra e tensão estável a um conector acessível.
- Configure os clocks: confirme fonte, limites da PLL, esperas da flash e domínios periféricos antes de acelerar.
- Comprove cada bloco: valide GPIO, saída serial, temporizadores, conversores e interrupções separadamente com sinais medidos.
Diferentes tipos de STM32F3
Os MUCs da série STM32F3 incluem STM32F301, STM32F302, STM32F303 e outros tipos. Além de integrarem uma variedade de periféricos, eles também oferecem maior desempenho e recursos analógicos para gerenciar até três controles de motor FOC.
STM32F301
O STM32F301 é um MCU de sinal misto que utiliza o núcleo ARM Cortex-M4 (DSP, FPU) e funciona a 72 MHz.
Esta série de MCUs tem as seguintes especificações:
- Até 3 comparadores ultrarrápidos (<30 ns)
- Amplificador operacional (PGA) com ganho programável • DAC de 12 bits
- ADC ultrarrápido de 12 bits com 5 milhões de amostras por segundo
- Temporizador de controle de motor rápido a 144 MHz (resolução < 7 ns)
- O MCU STM32F301 opera de 2,0 a 3,6 V
- As capacidades de memória variam de 32 a 64K bytes e os pacotes estão disponíveis de 32 a 64 pinos
STM32F302
O STM32F302 é um MCU de sinal misto que utiliza o núcleo ARM Cortex-M4 (DSP, FPU) e funciona a 72 MHz.
Esta série de MCUs tem as seguintes especificações:
- Até 4 comparadores rápidos e ultrarrápidos (<30 ns)
- Até 2 amplificadores operacionais (PGA) com ganho programável
- DAC de 12 bits
- Até 2 ADCs ultrarrápidos de 12 bits com 5 milhões de amostras por segundo
- Temporizador de controle de motor rápido a 144 MHz (resolução < 7 ns)
- Interface de comunicação USB FS e CAN 2.0B
- O MCU STM32F302 opera de 2,0 a 3,6 V
- Capacidades de memória variam de 32 a 256K bytes e pacotes de 32 a 100 pinos
- A faixa de temperatura é de -40 a 85 °C ou -40 a 105 °C (a temperatura da junção é de 125 °C)
STM32F303
O STM32F303 é um MCU de sinal misto que utiliza o núcleo ARM Cortex-M4 (DSP, FPU) e funciona a 72 MHz. Trata-se de um grupo de dispositivos com excelente desempenho na série STM32F30x de MCUs.
Esta série de microcontroladores tem as seguintes especificações:
- Até 7 comparadores rápidos e ultrarrápidos (<30 ns)
- Até 4 amplificadores operacionais (PGA) com ganho programável
- Até 2 DACs de 12 bits
- Até 4 ADCs ultrarrápidos de 12 bits a 5 milhões de amostras por segundo
- Até 3 temporizadores rápidos de controle de motor a 144 MHz (resolução < 7 ns)
- Interface de comunicação USB FS e CAN 2.0B
- Memória SRAM acoplada ao núcleo (melhoria de desempenho de 43% em comparação com a execução Flash)
- O MCU STM32F303 opera de 2,0 a 3,6 V
- Capacidades de memória variam de 32 a 256 K bytes e pacotes de 32 a 100 pinos
- A faixa de temperatura é de -40 a 85 °C ou -40 a 105 °C (a temperatura da junção é de 125 °C)
