STM32F3 mencakup rangkaian mikrokontroler 32-bit yang menawarkan kinerja tinggi, kemampuan real-time, pemrosesan sinyal digital, konsumsi daya rendah, dan operasi tegangan rendah, sekaligus mempertahankan tingkat integrasi yang tinggi serta kemudahan pengembangan. Jajaran produk STM32 yang tak tertandingi ini didasarkan pada inti standar industri dan menyediakan beragam alat serta opsi perangkat lunak, sehingga sangat cocok untuk proyek-proyek kecil hingga platform lengkap.
Pengantar STM32F3
STM32F3 adalah produk terbaru yang diluncurkan oleh STMicroelectronics. Produk ini mengintegrasikan inti ARM Cortex-M4 32-bit dengan instruksi DSP dan FPU yang beroperasi pada frekuensi 72 MHz, periferal analog canggih, serta memori Flash dan SRAM tertanam. Berkat arsitektur daya yang efisien dan berbagai mode konsumsi daya, STM32F3 mampu mengurangi konsumsi daya pada tingkat aplikasi serta menyederhanakan desain aplikasi.
Seri MCU ini juga mengintegrasikan ADC sigma-delta presisi 16-bit dengan kecepatan 12-bit 5 MSPS, penguat gain yang dapat diprogram (4 langkah gain, akurasi 1%), komparator cepat 50 ns, dan unit kontrol jam dengan frekuensi operasi multifungsi 144 MHz.
Berkat kemampuan real-time, pemrosesan sinyal digital, konsumsi daya rendah, dan operasi tegangan rendah, STM32F3 dapat secara efektif menangani sinyal campuran dalam sirkuit seperti pengendali motor tiga fasa, sensor biokimia dan industri, serta filter audio, dan dapat digunakan secara luas dalam aplikasi konsumen, medis, kebugaran portabel, pemantauan sistem, dan pengukuran.
Fitur STM32F3
- Komparator ultra-cepat (25 ns)
- Penguat operasional dengan penguatan yang dapat diatur
- DAC 12-bit
- ADC 12-bit ultra-cepat, 5 juta sampel per detik per kanal (lima juta sampel per detik), hingga 18 juta sampel per detik dalam mode bergantian
- ADC sigma-delta 16-bit presisi (21 saluran)
- SRAM Core Coupled Memory (Program Accelerator) adalah arsitektur memori yang didedikasikan untuk meningkatkan kinerja program yang sangat bergantung pada waktu, yang dapat meningkatkan kinerja hingga 43%
- Timer PWM 16-bit canggih 144 MHz (resolusi < 7 ns) untuk aplikasi kontrol
- Timer resolusi tinggi (217 ps), dengan kompensasi otomatis terhadap fluktuasi catu daya dan suhu
- Matriks interkoneksi yang fleksibel memungkinkan komunikasi otonom antar periferal, sehingga menghemat sumber daya CPU dan konsumsi daya.
Spesifikasi STM32F3
Seri STM32 F3 mencakup perangkat dengan memori Flash terintegrasi sebesar 64 hingga 256 KB dan SRAM sebesar 48 KB. Pilihan kemasan meliputi WLCSP66 (berukuran kurang dari 4,3 x 4,3 mm), LQFP48, LQFP64, LQFP100, dan 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 |
Jam STM32F3
STM32F3 menggunakan 4 sumber clock: LSE untuk RTC tertanam; HSE untuk pengoperasian MCU; HSI untuk clock sistem; LSI untuk menggerakkan IWDG dan RTC. Setiap sumber clock dapat diaktifkan atau dinonaktifkan secara terpisah saat tidak digunakan untuk mengurangi konsumsi daya.
Jam HSE
Sinyal jam eksternal berkecepatan tinggi (HSE) OSC memiliki 2 sumber jam: osilator kristal eksternal HSE/resonator keramik, dan jam eksternal pengguna HSE. Saat merancang tata letak PCB, resonator dan kapasitansi beban harus ditempatkan sedekat mungkin dengan pin osilator untuk meminimalkan distorsi keluaran dan waktu stabilisasi osilasi. Nilai kapasitansi beban harus disesuaikan secara tepat sesuai dengan osilator yang dipilih.
Osilator kristal eksternal (osilator kristal HSE)
Keunggulan osilator eksternal 4–32 MHz adalah akurasinya yang sangat tinggi. Bendera HSERDY (RCC_CR) dalam register kontrol jam menunjukkan apakah osilator HSE dalam keadaan stabil. Jam ini tidak dapat digunakan sampai perangkat keras mengatur bit ini saat startup. Interupsi dapat dihasilkan jika interupsi diaktifkan dalam register interupsi jam (RCC_CIR). Osilator kristal HSE dapat diaktifkan atau dinonaktifkan melalui bit HSEON di register kontrol jam (RCC_CR).
Sumber eksternal (bypass HSE)
Dalam mode ini, harus disediakan sumber clock eksternal dengan frekuensi maksimum tidak melebihi 32 MHz. Pin OSC_IN harus diberi sinyal clock eksternal (gelombang persegi, sinus, atau segitiga) dengan rasio siklus 40–60%, tergantung pada frekuensinya, sedangkan pin OSC_OUT dapat digunakan sebagai GPIO.
Jam LSE
Osilator kristal LSE adalah osilator kristal eksternal berkecepatan rendah 32,768 kHz atau resonator keramik. Osilator ini dapat digunakan sebagai sumber jam untuk jam waktu nyata (RTC) guna menyediakan fungsi jam/kalender atau fungsi penentuan waktu lainnya. Osilator ini memiliki keunggulan berupa konsumsi daya yang rendah dan akurasi yang tinggi.
Oscillator kristal LSE diaktifkan dan dinonaktifkan melalui bit LSEON di register kontrol domain cadangan (RCC_BDCR). Kekuatan penggerak kristal dapat diubah saat runtime menggunakan bit LSEDRV[1:0] di Register Kontrol Domain Cadangan (RCC_BDCR) untuk mencapai keseimbangan terbaik antara ketahanan, waktu startup yang singkat, dan konsumsi daya yang rendah.
Bendera LSERDY di dalam register kontrol domain cadangan (RCC_BDCR) menunjukkan apakah osilator kristal LSE stabil. Pada saat startup, sinyal jam keluaran osilator kristal LSE hanya dapat digunakan setelah perangkat keras menetapkan bit ini. Interupsi dapat dihasilkan jika interupsi diaktifkan di dalam register interupsi jam (RCC_CIR).
Dalam mode ini, sumber jam eksternal harus disediakan, dengan frekuensi maksimum tidak melebihi 1MHz. Sinyal jam eksternal (gelombang persegi, gelombang sinus, atau gelombang segitiga) dengan rasio siklus sekitar 50% harus digunakan untuk menggerakkan pin OSC32_IN, sementara pin OSC32_OUT dapat digunakan sebagai GPIO.
Jam HSI
Sinyal jam HSI dihasilkan dari osilator RC internal 8 MHz dan dapat digunakan secara langsung sebagai jam sistem (SYSCLK) atau sebagai masukan PLL. Keunggulan osilator RC HSI adalah biayanya yang lebih rendah (tidak memerlukan komponen eksternal). Selain itu, kecepatan start-up-nya lebih cepat daripada blok osilator kristal HSE, tetapi bahkan setelah kalibrasi, akurasi frekuensinya tidak sebaik osilator kristal eksternal atau resonator keramik.
Karena proses produksinya berbeda, frekuensi osilator RC pada chip yang berbeda juga berbeda. ST melakukan kalibrasi pabrik pada setiap perangkat untuk mencapai akurasi 1% pada TA = 25 ℃. Selain itu, jam HSI dapat dihubungkan ke multiplexer MCO. Jam tersebut dapat dihubungkan ke input Timer 16 pada F30x dan ke input Timer 14 pada F37x agar pengguna dapat mengkalibrasi osilator.
Jam sinkronisasi tingkat rendah
Frekuensi jam RC internal kecepatan rendah (LSI RC) sekitar 40 kHz (antara 30 kHz dan 60 kHz). Jam LSI dapat digunakan sebagai sumber jam berdaya rendah untuk tetap beroperasi dalam mode berhenti dan siaga guna menggerakkan watchdog independen (IWDG) dan RTC. Jam ini juga dapat disalurkan secara opsional ke RTC untuk fungsi bangun otomatis dalam mode berhenti/siaga.
Desain PCB untuk STM32F3
Karena alasan teknis, disarankan untuk menggunakan papan sirkuit cetak (PCB) berlapis-lapis dengan satu lapisan khusus untuk ground (VSS) dan lapisan lain khusus untuk catu daya VDD. Hal ini memberikan pemisahan dan pelindung yang baik.
Lokasi Komponen dan Parameter
Tata letak awal PCB harus memisahkan sirkuit-sirkuit, yaitu sirkuit arus tinggi, sirkuit tegangan rendah, sirkuit komponen digital, serta sirkuit yang dipisahkan berdasarkan karakteristik EMI masing-masing. Hal ini membantu mengurangi interaksi silang yang menyebabkan gangguan pada PCB. Lihat tabel di bawah ini untuk parameter komponen yang relevan.
| 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. |
Catu Daya dan Tegangan (VSS, VDD, VSSA, VDDA, VSSSD, VDDSD)
Setiap blok (noise, sensitif terhadap permukaan bawah, digital, dll.) harus di-ground secara terpisah, dan semua jalur ground harus kembali ke satu titik. Lingkaran harus dihindari atau memiliki luas seminimal mungkin. Catu daya harus dipasang dekat dengan kabel ground untuk meminimalkan luas lingkaran catu daya. Hal ini karena lingkaran catu daya berperilaku seperti antena, sehingga menjadi pengirim dan penerima utama EMI. Semua area PCB yang tidak terdapat komponen harus diisi dengan ground tambahan untuk menciptakan pelindung (terutama saat menggunakan PCB satu lapis).
Pemisahan
Semua pin catu daya dan ground harus terhubung dengan benar ke sumber catu daya. Sambungan-sambungan ini, termasuk pad, jalur, dan lubang, harus memiliki resistansi serendah mungkin. Umumnya, hal ini dicapai dengan memperlebar lebar jalur, sebaiknya menggunakan bidang catu daya khusus pada PCB multilayer.
Selain itu, setiap pasangan catu daya harus dipisahkan dengan kapasitor keramik filter 100nF dan dihubungkan antara pin catu daya perangkat STM32F3xx dengan kapasitor kimia sekitar 4,7μF. Kapasitor ini harus ditempatkan sedekat mungkin di samping atau di bawah pin yang sesuai pada bagian bawah PCB. Nilai tipikal berkisar antara 10nF hingga 100nF, namun nilai pasti bergantung pada kebutuhan aplikasi.
I/O yang tidak terpakai
Biasanya, sebuah aplikasi tidak akan menggunakan 100% sumber daya MCU. Untuk meningkatkan kinerja EMC dan menghindari konsumsi daya tambahan, clock, counter, atau I/O yang tidak digunakan sebaiknya tidak dibiarkan mengambang dan harus diikat ke tingkat logika tetap 0 atau 1. Caranya adalah dengan menggunakan resistor pull-up atau pull-down eksternal atau internal pada pin I/O yang tidak digunakan; atau menggunakan perangkat lunak untuk mengonfigurasi GPIO ke mode output. Fitur yang tidak digunakan sebaiknya dibekukan atau dinonaktifkan, yang juga merupakan nilai defaultnya.
Berbagai Jenis STM32F3
Seri mikrokontroler STM32F3 mencakup STM32F301, STM32F302, STM32F303, dan tipe lainnya. Selain dilengkapi dengan berbagai periferal, mikrokontroler ini juga menawarkan performa yang lebih tinggi serta kemampuan analog untuk mengendalikan hingga tiga motor FOC.
STM32F301
STM32F301 adalah MCU sinyal campuran yang menggunakan inti ARM Cortex-M4 (DSP, FPU) dan beroperasi pada frekuensi 72 MHz.
Seri MCU ini memiliki spesifikasi sebagai berikut:
- Hingga 3 komparator ultra-cepat (<30 ns)
- Penguat operasional (PGA) dengan penguatan yang dapat diprogram • DAC 12-bit
- ADC 12-bit ultra-cepat dengan 5 juta sampel per detik
- Timer kontrol motor cepat pada 144 MHz (resolusi < 7 ns)
- MCU STM32F301 beroperasi pada tegangan 2,0 hingga 3,6 V
- Kapasitas memori berkisar antara 32 hingga 64K byte dan paket tersedia dari 32 hingga 64 pin
STM32F302
STM32F302 adalah MCU sinyal campuran yang menggunakan inti ARM Cortex-M4 (DSP, FPU) dan beroperasi pada frekuensi 72 MHz.
Seri MCU ini memiliki spesifikasi sebagai berikut:
- Hingga 4 komparator cepat dan ultra-cepat (<30 ns)
- Hingga 2 penguat operasional (PGA) dengan penguatan yang dapat diprogram
- DAC 12-bit
- Hingga 2 ADC 12-bit ultra-cepat dengan 5 juta sampel per detik
- Timer kontrol motor cepat pada 144 MHz (resolusi < 7 ns)
- Antarmuka komunikasi USB FS dan CAN 2.0B
- MCU STM32F302 beroperasi pada tegangan 2,0 hingga 3,6 V
- Kapasitas memori berkisar antara 32 hingga 256K byte dan kemasan dari 32 hingga 100 pin
- Rentang suhu adalah -40 hingga 85°C atau -40 hingga 105°C (suhu sambungan adalah 125°C)
STM32F303
STM32F303 adalah MCU sinyal campuran yang menggunakan inti ARM Cortex-M4 (DSP, FPU) dan beroperasi pada frekuensi 72 MHz. Ini merupakan kelompok perangkat dengan performa unggul dalam seri MCU STM32F30x.
Seri mikrokontroler ini memiliki spesifikasi sebagai berikut:
- Hingga 7 komparator cepat dan ultra-cepat (<30 ns)
- Hingga 4 penguat operasional (PGA) dengan penguatan yang dapat diprogram
- Hingga 2 DAC 12-bit
- Hingga 4 ADC 12-bit ultra-cepat pada 5 juta sampel per detik
- Hingga 3 timer kontrol motor cepat pada 144 MHz (resolusi < 7 ns)
- Antarmuka komunikasi USB FS dan CAN 2.0B
- Memori SRAM yang terhubung langsung ke inti (peningkatan kinerja 43% dibandingkan dengan eksekusi Flash)
- MCU STM32F303 beroperasi pada tegangan 2,0 hingga 3,6 V
- Kapasitas memori berkisar antara 32 hingga 256K byte dan kemasan dari 32 hingga 100 pin
- Rentang suhu adalah -40 hingga 85°C atau -40 hingga 105°C (suhu sambungan adalah 125°C)
