STM32F3, yüksek entegrasyon ve geliştirme kolaylığını korurken, yüksek performans, gerçek zamanlı işlevsellik, dijital sinyal işleme, düşük güç tüketimi ve düşük voltajda çalışma özelliklerine sahip bir dizi 32 bit MCU içerir. Rakipsiz STM32 ürün yelpazesi, endüstri standardı bir çekirdeğe dayanır ve çok çeşitli araçlar ile yazılım seçenekleri sunar; bu da bu seriyi küçük projelerden tam donanımlı platformlara kadar her türlü uygulama için ideal kılar.
STM32F3'e Giriş
STM32F3, STMicroelectronics tarafından piyasaya sürülen en yeni üründür. Bu ürün, 72 MHz hızında çalışan DSP ve FPU komutlarına sahip 32 bit ARM Cortex-M4 çekirdeği, gelişmiş analog çevre birimleri ile gömülü Flash ve SRAM belleklerini bir araya getirir. Entegre edilmiş verimli güç yapısı ve çoklu güç tüketim modları sayesinde STM32F3, uygulama düzeyinde güç tüketimini azaltır ve uygulama tasarımını basitleştirir.
Bu MCU serisi ayrıca hızlı 12 bit 5 MSPS, hassas 16 bit sigma-delta ADC, programlanabilir kazanç amplifikatörü (4 kazanç adımı, %1 doğruluk), hızlı 50 ns karşılaştırıcı ve 144 MHz çok işlevli çalışma frekansı saat kontrol ünitesini entegre eder.
Gerçek zamanlı yetenekleri, dijital sinyal işleme, düşük güç tüketimi ve düşük voltajlı çalışması sayesinde STM32F3, üç fazlı motor kontrolörleri, biyokimyasal ve endüstriyel sensörler ve ses filtreleri gibi devrelerdeki karışık sinyalleri etkili bir şekilde işleyebilir ve tüketici, tıbbi, taşınabilir fitness, sistem izleme ve ölçüm gibi pratik uygulamalarda yaygın olarak kullanılabilir.
STM32F3'ün Özellikleri
- Ultra hızlı karşılaştırıcı (25 ns)
- Programlanabilir kazançlı işlemsel amplifikatör
- 12 bit DAC
- Ultra hızlı 12 bit ADC, kanal başına saniyede 5 M örnek (saniyede beş milyon örnek), alternatif modda saniyede 18 M örneğe kadar
- Hassas 16 bit sigma-delta ADC (21 kanal)
- Çekirdek Bağlantılı Bellek SRAM (Program Hızlandırıcı), zaman açısından kritik programların performansını artırmaya yönelik bir bellek mimarisidir ve performansı %43 oranında artırabilir
- Kontrol uygulamaları için 144 MHz gelişmiş 16 bit PWM zamanlayıcı (çözünürlük < 7 ns)
- Güç kaynağı ve sıcaklık sapması için kendi kendini telafi eden yüksek çözünürlüklü zamanlayıcı (217 ps)
- Esnek bağlantı matrisi, çevre birimleri arasında otonom iletişim sağlar, böylece CPU kaynaklarından tasarruf edilir ve güç tüketimi azalır.
STM32F3 Teknik Özellikleri
STM32 F3 serisi, 64 ila 256 KB dahili Flash bellek ve 48 KB SRAM içeren cihazları kapsamaktadır. Paket seçenekleri arasında WLCSP66 (4,3 x 4,3 mm'den küçük), LQFP48, LQFP64, LQFP100 ve UFBGA100 bulunmaktadır.
| 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 |
STM32F3 Saat
STM32F3, 4 adet saat kaynağı kullanır: gömülü RTC için LSE; MCU çalışması için HSE; sistem saati için HSI; IWDG ve RTC'yi çalıştırmak için LSI. Güç tüketimini azaltmak amacıyla, kullanılmadıkları zamanlarda her bir saat kaynağı ayrı ayrı açılıp kapatılabilir.
HSE Saati
Yüksek hızlı harici saat sinyali (HSE) OSC saatinin 2 saat kaynağı vardır: HSE harici kristal osilatör/seramik rezonatör ve HSE kullanıcı harici saati. PCB düzeni oluşturulurken, çıkış bozulmasını ve salınım yerleşme süresini en aza indirmek için rezonatör ve yük kapasitansı osilatör pinlerine mümkün olduğunca yakın olmalıdır. Yük kapasitansı değeri, seçilen osilatöre göre uygun şekilde ayarlanmalıdır.
Harici kristal osilatör (HSE kristal osilatör)
4-32 MHz harici osilatörün avantajı, çok yüksek bir doğruluğa sahip olmasıdır. Saat kontrol kayıtçısındaki (RCC_CR) HSERDY bayrağı, HSE osilatörünün kararlı olup olmadığını gösterir. Donanım, başlangıçta bu biti ayarlayana kadar bu saat kullanılamaz. Saat kesme kayıtçısında (RCC_CIR) kesmeler etkinleştirilmişse, kesmeler üretilebilir. HSE kristal osilatörü, saat kontrol kaydı (RCC_CR) içindeki HSEON biti aracılığıyla açılabilir veya kapatılabilir.
Harici kaynak (HSE baypası)
Bu modda, maksimum frekansı 32 MHz'yi geçmeyen bir harici saat kaynağı sağlanmalıdır. OSC_IN pini, frekansa bağlı olarak %40-60 görev döngüsüne sahip bir harici saat sinyali (kare, sinüs veya üçgen dalga) kullanılarak çalıştırılmalıdır; OSC_OUT pini ise bir GPIO olarak kullanılabilir.
LSE Saati
LSE kristal osilatörü, 32,768 kHz frekanslı, düşük hızlı bir harici kristal osilatör veya seramik rezonatördür. Saat/takvim veya diğer zamanlama işlevlerini sağlamak üzere gerçek zamanlı saatin (RTC) saat kaynağı olarak kullanılabilir. Düşük güç tüketimi ve yüksek doğruluk gibi avantajlara sahiptir.
LSE kristal osilatörü, yedek etki alanı kontrol kayıtçısındaki (RCC_BDCR) LSEON biti aracılığıyla açılır ve kapatılır. Kristal sürücü gücü, sağlamlık, kısa başlatma süresi ve düşük güç tüketimi arasında en iyi dengeyi sağlamak için Yedek Etki Alanı Kontrol Kayıtçısındaki (RCC_BDCR) LSEDRV[1:0] bitleri kullanılarak çalışma sırasında değiştirilebilir.
Yedek etki alanı kontrol kayıtçısındaki (RCC_BDCR) LSERDY bayrağı, LSE kristal osilatörünün kararlı olup olmadığını gösterir. Başlangıçta, LSE kristal osilatörünün çıkış saat sinyali, donanım bu biti ayarladıktan sonra kullanılabilir. Saat kesme kayıtçısında (RCC_CIR) kesmeler etkinleştirilmişse kesmeler üretilebilir.
Bu modda, maksimum frekansı 1 MHz'yi geçmeyen bir harici saat kaynağı sağlanmalıdır. OSC32_IN pinini sürmek için yaklaşık %50 görev döngüsüne sahip bir harici saat sinyali (kare dalga, sinüs dalga veya üçgen dalga) kullanılmalıdır; OSC32_OUT pini ise GPIO olarak kullanılabilir.
HSI Saati
HSI saat sinyali, dahili 8 MHz RC osilatöründen üretilir ve doğrudan sistem saati (SYSCLK) veya PLL girişi olarak kullanılabilir. HSI RC osilatörünün avantajı, daha düşük maliyetli olmasıdır (harici bileşen gerektirmez). Ayrıca, başlatma hızı HSE kristal osilatör bloğunkinden daha yüksektir, ancak kalibrasyondan sonra bile frekans doğruluğu harici bir kristal osilatör veya seramik rezonatörünki kadar iyi değildir.
Üretim süreci farklı olduğu için, farklı yongaların RC osilatör frekansları da farklıdır. ST, TA = 25 ℃'de %1 doğruluk elde etmek için her cihazda fabrika kalibrasyonu gerçekleştirir. Ayrıca, HSI saati MCO çoklayıcıya bağlanabilir. Saat, kullanıcının osilatörü kalibre etmesine olanak sağlamak için F30x'teki Zamanlayıcı 16'nın girişine ve F37x'teki Zamanlayıcı 14'ün girişine bağlanabilir.
Düşük seviyeli senkronizasyon saati
Düşük hızlı dahili RC saatinin (LSI RC) frekansı yaklaşık 40 kHz’dir (30 kHz ile 60 kHz arasında). LSI saati, bağımsız izleme devresini (IWDG) ve RTC’yi çalıştırmak üzere durdurma ve bekleme modlarında çalışmayı sürdürmek için düşük güç tüketimli bir saat kaynağı olarak kullanılabilir. Ayrıca, durdurma/bekleme modunda otomatik uyanma için isteğe bağlı olarak RTC’ye de sağlanabilir.
STM32F3 PCB Tasarımı
Teknik nedenlerden ötürü, bir katmanı toprak (VSS) ve diğer katmanı VDD güç kaynağına ayrılmış çok katmanlı bir baskılı devre kartı (PCB) kullanmak daha uygundur. Bu, iyi bir dekuplaj ve ekranlama sağlar.
Bileşen Konumu ve Parametreleri
PCB'nin ilk düzeninde, yüksek akım devreleri, düşük gerilim devreleri, dijital bileşen devreleri ve devrenin EMI özelliklerine göre ayrılmış devreler bulunmalıdır. Bu, PCB üzerinde gürültüye neden olan çapraz etkileşimi azaltmaya yardımcı olur. İlgili bileşen parametreleri için aşağıdaki tabloya bakınız.
| 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. |
Toprak ve Güç Kaynağı (VSS, VDD, VSSA, VDDA, VSSSD, VDDSD)
Her blok (gürültü, alt uç duyarlı, dijital vb.) ayrı ayrı topraklanmalı ve tüm toprak dönüşleri tek bir noktaya bağlanmalıdır. Halkalardan kaçınılmalı veya bu halkaların alanı en aza indirilmelidir. Güç kaynağı döngüsünün alanını en aza indirmek için güç kaynağı, topraklama kablosuna yakın bir yere yerleştirilmelidir. Bunun nedeni, güç döngüsünün bir anten gibi davranması ve dolayısıyla EMI'nin birincil vericisi ve alıcısı olmasıdır. Ekranlama sağlamak için bileşen bulunmayan tüm PCB alanları ek topraklama ile doldurulmalıdır (özellikle tek katmanlı PCB'ler kullanıldığında).
Ayrıştırma
Tüm güç ve toprak pimleri güç kaynağına doğru şekilde bağlanmalıdır. Pedler, izler ve delikler dahil olmak üzere bu bağlantılar mümkün olduğunca düşük dirençli olmalıdır. Genellikle bu, iz genişliklerini artırarak, tercihen çok katmanlı PCB’lerde özel güç düzlemleri kullanılarak sağlanır.
Ayrıca, her bir güç kaynağı çifti 100nF filtre seramik kondansatör ile ayrıştırılmalı ve STM32F3xx cihazının güç kaynağı pinleri arasına yaklaşık 4,7μF'lik bir kimyasal kondansatör ile bağlanmalıdır. Bu kondansatörler, PCB'nin alt kısmındaki uygun pinlerin yanına veya altına mümkün olduğunca yakın yerleştirilmelidir. Tipik değerler 10nF ile 100nF arasındadır, ancak kesin değer uygulama ihtiyaçlarına bağlıdır.
Kullanılmayan G/Ç
Genellikle bir uygulama, MCU kaynaklarının %100’ünü kullanmaz. EMC performansını artırmak ve ek güç tüketimini önlemek için, kullanılmayan saatler, sayaçlar veya G/Ç pinleri serbest bırakılmamalı ve sabit 0 veya 1 mantık seviyelerine bağlanmalıdır. Bunun için kullanılmayan I/O pinlerinde harici veya dahili pull-up veya pull-down dirençleri kullanmak ya da yazılımı kullanarak GPIO'yu çıkış moduna ayarlamak gerekir. Kullanılmayan özellikler dondurulmalı veya devre dışı bırakılmalıdır; bu aynı zamanda bunların varsayılan değeridir.
Farklı STM32F3 Modelleri
STM32F3 serisi mikrodenetleyiciler arasında STM32F301, STM32F302, STM32F303 ve diğer modeller yer almaktadır. Bu mikrodenetleyiciler, çeşitli çevre birimlerini entegre etmekle kalmaz, aynı zamanda üç adede kadar FOC motor kontrolünü yönetebilecek düzeyde yüksek performans ve analog özellikler sunar.
STM32F301
STM32F301, ARM Cortex-M4 çekirdeğini (DSP, FPU) kullanan ve 72 MHz hızında çalışan bir karma sinyal MCU'dur.
Bu MCU serisi aşağıdaki özelliklere sahiptir:
- En fazla 3 adet ultra hızlı karşılaştırıcı (<30 ns)
- Programlanabilir kazançlı işlemsel amplifikatör (PGA) • 12 bit DAC
- Saniyede 5 milyon örnekleme hızına sahip ultra hızlı 12 bit ADC
- 144 MHz'de hızlı motor kontrol zamanlayıcısı (çözünürlük < 7 ns)
- STM32F301 MCU, 2,0 ila 3,6 V arasında çalışır
- Bellek kapasiteleri 32 ila 64K bayt arasında değişir ve 32 ila 64 pimli paketler mevcuttur
STM32F302
STM32F302, ARM Cortex-M4 çekirdeğini (DSP, FPU) kullanan ve 72 MHz hızında çalışan bir karma sinyal MCU'dur.
Bu MCU serisi aşağıdaki teknik özelliklere sahiptir:
- En fazla 4 adet hızlı ve ultra hızlı karşılaştırıcı (<30 ns)
- Programlanabilir kazançlı 2 adede kadar işlemsel amplifikatör (PGA)
- 12 bit DAC
- Saniyede 5 milyon örnekleme hızına sahip 2 adede kadar ultra hızlı 12 bit ADC
- 144 MHz'de hızlı motor kontrol zamanlayıcısı (çözünürlük < 7 ns)
- USB FS ve CAN 2.0B iletişim arabirimi
- STM32F302 MCU, 2,0 ila 3,6 V arasında çalışır
- Bellek kapasiteleri 32 ila 256K bayt arasında ve paketler 32 ila 100 pin arasında
- Sıcaklık aralığı -40 ila 85°C veya -40 ila 105°C'dir (bağlantı noktası sıcaklığı 125°C'dir)
STM32F303
STM32F303, ARM Cortex-M4 çekirdeğini (DSP, FPU) kullanan ve 72 MHz hızında çalışan bir karma sinyal MCU'dur. Bu, STM32F30x serisi MCU'lar içinde üstün performansa sahip bir cihaz grubudur.
Bu mikrodenetleyici serisi aşağıdaki özelliklere sahiptir:
- 7 adede kadar hızlı ve ultra hızlı karşılaştırıcı (<30 ns)
- Programlanabilir kazançlı 4 adede kadar işlemsel amplifikatör (PGA)
- En fazla 2 adet 12 bitlik DAC
- Saniyede 5 milyon örnekleme hızında 4 adede kadar ultra hızlı 12 bit ADC
- 144 MHz'de 3 adede kadar hızlı motor kontrol zamanlayıcısı (çözünürlük < 7 ns)
- USB FS ve CAN 2.0B iletişim arabirimi
- Çekirdek bağlantılı SRAM bellek (Flash yürütmeye kıyasla %43 performans artışı)
- STM32F303 MCU, 2,0 ila 3,6 V arasında çalışır
- Bellek kapasiteleri 32 ila 256K bayt arasında ve paketler 32 ila 100 pin arasında
- Sıcaklık aralığı -40 ila 85°C veya -40 ila 105°C'dir (bağlantı noktası sıcaklığı 125°C'dir)
