32位MCU再添新军 STM32 F3扩展混合信号控制应用领域

自首款基于ARM Cortex处理器内核的32位MCU问世至今，意法半导体(ST)已经先后推出了300多个型号的32位MCU产品，来满足不同客户的需求。近日，这一豪华阵列再添新军——STM32 F3。最新F3系列将意法半导体的ARM Cortex-M4产品组合扩大到70余款产品。目前，ST已开始向主要OEM厂商供应最新STM32 F3微控制器系列的样片，让客户能对意法半导体这一重量级的ARM Cortex-M微控制器产品进行早期评估。

STM32 F3微控制器系列以内置FPU(浮点单元)的Cortex-M4处理器内核的系统级芯片为基础，其优化的系统架构使其能有效控制并处理电路板内的混合信号，如三相电机控制、生物识别和工业传感器输出或音频滤波器等。在消费电子、医疗仪器、便携健身器材、系统监控和电表产品中，STM32 F3有助于简化电路板设计、降低系统功耗并节省电路板空间。最新F3系列把STM32微控制器产品组合的应用范围扩展到混合信号控制应用领域。

STM32 F3系列以多功能模拟外设、内置FPU的ARM Cortex-M4内核为特色，配备中低容量的存储器，价格极具市场竞争力。内置FPU的Cortex-M4内核在效能优异的Cortex-M3 CPU上增加了数字信号处理(DSP)功能、优化单周期指令、饱和算术指令和浮点单元等功能，使STM32 F3微控制器系列的处理性能更优于STM32 F1系列Cortex-M3产品。STM32F3微控制器系列的市场定位介于STM32 F1系列与性能最高的STM32 F4微控制器系列之间。STM32 F4微控制器系列同样基于内置FPU的Cortex-M4内核，但是配备大容量存储器和168MHz的最大处理频率让该系列产品更适于处理复杂的应用。

随着最新F3微控制器系列的上市，意法半导体的STM32微控制器产品家族现已超过350余款产品，适合各种不同的应用领域，从价格敏感的入门级设计，到对性能和芯片功能要求严格的应用。最新F3系列让意法半导体能将其在STM32产品与生态系统方面的优势，发挥在如高性能电机控制器和嵌入式数字音频系统等，同时具有高性能模拟器件和入门级数字信号处理器的应用。意法半导体微控制器、存储器和安全微控制器产品事业部32位微控制器产品线经理Jean-Marc Mathieu介绍到：“意法半导体之所以要发展如此多型号的MCU产品，这个也是我们对客户、对市场的承诺，我们会越来越多细化我们产品，去满足我们客户差异化的需求，我相信未来会有更多的产品供客户进行选择。”

据悉，STM32 F3微控制器系列采用了意法半导体为STM32产品系列所开发的最新改进版外设，进一步提升意法半导体旗下ARM Cortex-M微控制器产品之间的兼容性。

STM32 F3系列MCU技术概要

按照芯片存储器容量和集成的外设功能分类，内置FPU的ARM Cortex-M4处理器内核的STM32 F3微控制器系列共有四条产品线(图2)，分别是STM32 F302、STM32 F303、STM32 F373、STM32 F372(图3)。这些外设具有极高的集成度和与出色的性能，例如12位模数转换器的采样转换速率达到500万次/秒。高集成度模拟外设可最大限度提高设计灵活性，无需在电路板上增加任何额外器件，即可实现先进的系统功能。

其中，STM32 F30x有7个响应时间快达50ns的快速比较器、4个精度为1%的支持4种不同增益设置的可编程放大器、两个12位数模转换器(DAC)和4个12位5Msps模数转换器(ADC)。STM32 F30x的ADC是ARM Cortex-M微控制器中速度最快的模数转换器，在交替模式下转换速率达到18Msps。该系列微控制器还整合两个最高频率为144MHz的高级电机控制定时器。这个特性让设计人员只需使用一个微控制器(通过芯片上模拟外设)即可同时控制家电等设备中的两个电机以及功率因数校正器(PFC)。此外，定时器分辨率小于7ns，使之更适合电信基础设备或数据服务器数字电源、太阳能发电设备的微逆变器和LED照明应用，让这些应用受益于STM32的可扩展性、低功耗和高性价比。

为帮助开发人员优化代码执行时间，STM32 F30x系列把8KB 的SRAM地址映射到指令总线，使之成为内核专用存储器(CCM-SRAM)，系统启动时关键程序可全速载入8KB CCM存储器，无需等待。STM32 F30x以72MHz的速度取得94 Dhrystone MIPS的优异表现，这相当于当执行闪存或SRAM代码时的62DMIPS的处理性能，关键程序性能提升幅度达到52%。此外，STM32 F30x还把40KB的SRAM地址映射到数据总线。8K CCM-SRAM还能用于数据存储，而且性能不会受到任何影响。该系列产品与STM32 F1系列引脚相互兼容，可共用应用程序接口(API)，这样的设计可简化升级所需的程序和时间。

STM32 F37x提供不同的外设功能组合。该系列产品是意法半导体首批结合16位Sigma-Delta的微控制器，使STM32产品家族扩大到高精度感应应用领域，只需采用一颗芯片即可解决传统需要一个独立的通用型处理器和另外安装模数转换器才能解决的问题。芯片上集成高达三个16位Sigma-Delta模数转换器、2.2V到3.6V分立模拟电源、多达21条单通道或差分通道(每个通道有7个可设置增益)。

STM32 F37x模拟外设包括两个快速比较器、三个12位数模转换器和一个12位1Msps模数转换器，以及一个增强型消费电子控制器(Consumer Electronics Control)，使其特别适用于消费电子多媒体产品。与STM32 F1微控制器系列相比，STM32 F37x提供的是一个系统芯片解决方案，可让开发人员降低材料成本并简化电路板设计。

STM32 F30x/F37x系列主要特性

• SRAM和CCM-SRAM包含奇偶校验功能，能够安全执行软件数据和代码;

• 存储器保护单元(MPU);

• 电容触感功能(24键);

• 支持USB和CAN总线接口;

• 通信外设接口：18Mbps SPI，1MHz I²C (极速模式)，9Mbps USART;

• 可校准实时时钟，精度高于百万分之一，支持直接输出日历;

• 四种低功耗模式，包括 5µA STOP停止模式，此模式下通信外设可快速唤醒系统;

o 2µA待机模式(RTC运行)

o 低于1µA的Vbat模式(后备电池)

• 调试模式：串线调试(SWD), JTAG接口，Cortex-M4 ETM;

• 电源：2.0V~3.6V或1.8V±8% (指定型号)。

目前，意法半导体已开始向主要客户提供STM32 F30x系列和STM32 F37x系列两大系列产品的样品，预计于2012年第三季度投入量产。

图1 STM32产品组合

图2 STM32 F3系列产品线

图3 STM32 F3微控制器四条产品线外设