میکروکنترلر STM32

از میان شرکت هایی که تولید کننده میکروکنترلر های ۳۲ بیتی هستند ؛ میکروکترلر های کمپانی ST  بیشترین محبوبیت را در صنعت دارد  که قیمت پایین و در حین حال امکانات بالا و منابع آموزشی کامل ، از مزایای آن هستند.

مقدمه:

خانواده STM32 از میکروکنترلرهای ۳۲ بیتی بر اساس پردازنده ARM Cortex-M برای ارائه درجه جدیدی از آزادی به کاربران MCU طراحی شده است. این ارائه می تواند طیف ۳۲ بیتی محصول که ترکیبی از عملکرد بسیار بالا، قابلیت های زمان واقعی، پردازش سیگنال دیجیتال، توان کم، بهره برداری ولتاژ کم ، در حالی که حفظ یکپارچگی کامل و سهولت در توسعه در این مدل از میکروکنترلر وجود دارد.

محدوده بی نظیر و زیادی از دستگاه های STM32، بر اساس یک هسته صنعتی استاندارد و همراه با یک انتخاب گسترده ای از ابزار و نرم افزار، باعث می شود این خانواده از محصولات انتخابی ایده آل، برای پروژه های کوچک و یا برای تصمیم گیری پلت فرم کلی و پیچیده مورد استفاده قرار بگیرد.

عملکرد کلی میکروکنترلر STM32:

در تصویر بالا سیر تحول تولیدات شرکت ST را مشاهده می کنید که بر حسب نوع پردازنده فرکانس کارکرد میکرو در پردازنده های مختلف و همچنین DMIPS که مخفف کلمه (Dhrystone Million Instruction Per Second ) به معنی پردازنده با هر کلاک چه تعداد دستور را می تواند اجرا کند را نشان می دهد. که در جدیدترین سری ارائه شده توسط شرکت ST به نام STM32H7 با فرکانس کاری ۴۰۰ مگا هرتز و DMIPS برابر با ۸۵۶ در حالت High Performance را پشتیبانی می کند.

در این دسته بندی شامل سه بخش :

۱- High Performance

۲- Mainstream

۳- Ultra-Low-Power

که سری های STM32F2 ، STM32F4 ، STM32F7 و STM32H7 در دسته بندی اول و همچنین سری های STM32F0 ، STM32F1 و  STM32F3 در دسته بندی دوم و سری های STM32L0 ، STM32L1 و STM32L3 در دسته سوم قرار می گیرند.

1- STM32F4

سری STM32 F4 اولین گروه میکروکنترلرهای STM32 مبتنی بر هسته های ARM Cortex-M4F است. سری F4 همچنین اولین سری STM32 مجهز به پردازش سیگنال دیجیتال DSP و شناور دستورالعمل نقطه (floating point instruction) است. F4 از نظر تعداد پایه ها برتری زیادی نسبت به سری های F2 و F1 دارد و همچنین قبلیت هایی همچون سرعت پالس بالاتر ، ۶۴KB CCM static RAM همچنین I²S دوبلکس کامل، بهبود پالس زمان واقعی، و ADC های سریع تری را دارا می باشد. خلاصه مشخصات برای این سری می توان به موارد زیر اشاره کرد.

مشخصات:

۱-هسته

هسته ARM Cortex-M4F با ماکزیمم نرخ کلاک شامل ۸۴،۱۶۸ و ۱۸۰ مگاهرتز می باشد.

۲-حافظه

• رم استاتیک (RAM Static) یا به اختصار SRAM در این مدل از میکروکنترلر به صورت کلی از بالا برابر ۱۹۲ کیلوبایت می باشد. ۶۴ کیلو بایت مریوط به حافظه متصل به هسته (CCM) است و ۴٫۸ کیلو بایت دیگر مربوط به Battery-Backed می باشد.
• حافظه فلش برابر ۵۱۲/۱۰۲۴/۲۰۴۸ کیلو بایت ، ۳۰ کیلو بایت بوت سیستم، ۵۱۲ بایت یک بار قابل برنامه ریزی (OTP)، ۱۶ بایت دیگر تنظیمات را شامل می شود.
• یک حافظه ۹۶ بیتی منحصر به فرد برای برنامه ریزی داخل هسته برای تنظیمات مخصوص کارخانه در نظر گرفته شده است.

۳- لوازم جانبی

• لوازم جانبی گوناگونی در تمام بسته های این آی سی موجود هستند که شامل: USB 2.0 OTG از نوع FS و HS ، همچنین ۲ تا CAN 2.0 ، یک  SPI یا I²S دوپلکس کامل ، سه تا I²C ، چهار تا پورت سریال USART ، دو تا پورت سریال UART ، همچنین SDIO برای کارت های SD و MMC ، دوازده تایمر ۱۶ بیتی و دو تا تایمر ۳۲ بیتی ، ۲ تا تایمر واچ داگ (Watchdog) ، سنسور دما ، ۱۶ یا ۲۴ کانال برای ۳ نوع ADC ، دو تا DAC ، همچنین ۵۱ تا ۱۴۰ پایه ورودی  و خروجی (GPIO) ، شانزده تا DMA ، دارای بهبود کلاک زمان واقعی (RTC) ، مولد بررسی افزونگی چرخش (CRC ) ، مولد تولید شمارش تصادفی (RNG) می باشد.
• مدل STM32F4x7 اضافه کردن MAC اترنت و رابط دوربین.
• مدل STM32F41x / 43x اضافه کردن پردازنده رمزنگاری برای DES / TDE ها / AES، و یک پردازنده هش برای SHA-1 و MD5.
• مدل STM32F4x9 اضافه کردن کنترل LCD-TFT.
• اسیلاتورهای داخلی شامل (۱۶ مگاهرتز، ۳۲ کیلو هرتز)، اسیلاتور خارجی (۴-۲۶ مگاهرتز، و ۳۲٫۷۶۸  به ۱۰۰۰ کیلو هرتز).
• انواع بسته بندی آی سی شامل: WLCSP64, LQFP64, LQFP100, LQFP144, LQFP176, UFBGA176 و …

محدوده ولتاژ عملیاتی از ۱٫۸ ولت تا ۳٫۶ ولت می باشد.

و…

2- STM32F3

سری دوم از میکروکنترلرهای STM32 مبتنی بر ARM هسته های Cortex-M4F است. F3 تقریبا پین به پین سازگار با سری STM32-F1 است.

مشخصات:

۱- هسته

هسته ARM Cortex-M4F با ماکزیمم نرخ کلاک شامل ۷۲ مگاهرتز می باشد.

۲- حافظه

• رم استاتیک (RAM Static) یا به اختصار SRAM در این مدل از میکروکنترلر به صورت کلی و با سخت افزار Parity check شامل ۱۶ / ۲۴ / ۳۲ / ۴۰ کیلو بایت می باشد. ۸ کیلو بایت مریوط به حافظه متصل به هسته (CCM) است و ۱۲۸ بایت دیگر مربوط به Battery-Backed می باشد.
• حافظه فلش برابر ۶۴/۱۲۸/۲۵۶کیلو بایت ، ۸ کیلو بایت بوت سیستم و دیگر تنظیمات و ۹۶ بیت هم حافظه منحصر به فرد برای برنامه ریزی داخل هسته برای تنظیمات مخصوص کارخانه در نظر گرفته شده است.

۳- لوازم جانبی

• اسیلاتورهای داخلی شامل (۸ مگاهرتز، ۴۰ کیلو هرتز)، اسیلاتور خارجی (۱ تا ۳۲ مگاهرتز، ۳۲٫۷۶۸ به ۱۰۰۰ کیلو هرتز).
• انواع بسته بندی آی سی شامل:  LQFP48، LQFP64، LQFP100، UFBGA100.
• محدوده ولتاژ عملیاتی ۲ تا ۳٫۶ ولت می باشد.

از ویژگی های بارز برای این سری سرعت بالای خواندن ADC،  از نوع ۱۲ بیتی، و نمونه گبری به طور همزمان (مولتی پلکسر به بیش از ۳۰ کانال)،قابل توجه است، چهار همسان ساز، ۸ مگاهرتز پهنای باند عملیاتی با تمام پین ها در معرض فعالیت به علاوه PGA داخلی (برنامه ریزی برای به دست آوردن آرایه) می باشد. همچنین طیف وسیعی از مدارهای آنالوگ سیگنال مانند فیلتر باند گذر، فیلترهای Anti-alias، تقویت کننده (آمپی فایر ها)، انتگرالی / دیفرانسیلی و … می باشد. همچنین می توان به عنوان یک شکل موج (سینوسی، مثلث، نویز و غیره) قابلیت  تمام دستگاه های آنالوگ را به طور کاملا مستقل و یا متصل می تواند تقریبا همه چیز که برای یک سیستم اندازه گیری و سنسور واسط پیشرفته در یک چیپ مورد نیاز است را در خود داشته باشد.

چهار ADC موجود در این مدل از میکروکنترلر می تواند به طور همزمان نمونه ساخت یک طیف گسترده ای از تجهیزات کنترلی آنالوگ به صورت کاملا دقیق را برای کاربر امکان پذیر کند. همچنین ممکن است با استفاده از یک زمانبندی سخت افزار برای آرایه مالتی پلکسر، اجازه می دهد دقت زمان بندی خوب که نمونه برداری بیش از ۴ کانال مستقل از پردازنده اصلی را نمونه گیری و تسهیم کند. این روش می تواند از منابع گوناگون و از جمله تایمرها ساخته و در مقیاس کنترلی اجازه برای فواصل نمونه برداری نامنظم که در آن مورد نیاز است را فراهم کند.

و…

3- STM32F2

سری دوم از میکروکنترلرهای STM32 مبتنی بر ARM هسته های Cortex-M3 است. F2 تقریبا پین به پین سازگار با سری STM32-F4 است.

4- STM32F1

اولین سری از گروه میکروکنترلرها STM32 بر اساس هسته ای ARM Cortex-M3 است . در سری F1 در طول زمان با افزایش سرعت CPU، اندازه حافظه داخلی، انواع مختلف لوازم جانبی تکامل یافته است. که پنج خط مشخص در F1 وجود دارد: اتصال مخصوص (STM32F105 / 107)، عملکرد مناسب (STM32F103)، دسترسی خوب به پورت های USB نوع (STM32F102)، دسترسی مناسب (STM32F101)، قیمت مناسب نسبت به عملکرد (STM32F100).

5- STM32F0

سری گروه اول از تراشه های ARM قشر M0 در خانواده STM32 هستند.