STM32F3xx系列是高集成和易于開發的32位MCU,整合了帶有DSP與FPU指令、工作頻率為72MHz的32位ARM Cortex-M4內核、高級模擬外設以及嵌入式Flash和SRAM存儲器。由于實時功能、數字信號處理、低功耗與低電壓操作特性,STM32F3xx能有效處理三相電機控制器、生化和工業傳感器以及音頻濾波器等電路的混合信號,可廣泛用于消費、醫療、便攜式健身、系統監控與測量的實際應用。
時鐘方面,STM32F3xx使用兩個時鐘源:LSE采用的X1是一個32.768kHz晶振,用于嵌入式RTC;HSE采用的X2為8MHz晶振,用于STM32F3xx MCU運行。每個時鐘源在未使用時,都可單獨打開或者關閉,以降低功耗。
1. HSE時鐘
高速外部時鐘信號(HSE)OSC時鐘有2個時鐘源:HSE外部晶振 / 陶瓷諧振器,HSE用戶外部時鐘。
圖1.HSE/LSE時鐘源
PCB布線時,諧振器和負載電容必須盡可能地靠近振蕩器的引腳,以盡量減小輸出失真和起振穩定時間。負載電容值必須根據所選振蕩器的不同做適當調整。
(1)外部晶振/陶瓷諧振器(HSE晶振)
4-32MHz外部振蕩器的優點是精度非常高。時鐘控制寄存器中的HSERDY標志(RCC_CR)指示了HSE振蕩器是否穩定。在啟動時,硬件將此位置1后,此時鐘才可以使用。如在時鐘中斷寄存器(RCC_CIR)中使能中斷,則可產生中斷。HSE晶振可通過時鐘控制寄存器(RCC_CR)中的HSEON位打開或關閉。
(2)外部源(HSE旁路)
在此模式下,必須提供外部時鐘源,最高頻率不超過32MHz。此模式通過將時鐘控制寄存器(RCC_CR)中的HSEBYP和HSEON位置1進行選擇。必須使用占空比為40-60%的外部時鐘信號(方波、正弦波或三角波)來驅動OSC_IN引腳,具體取決于頻率,同時OSC_OUT引腳可用作GPIO。
2. LSE時鐘
LSE晶振是32.768kHz低速外部晶振或陶瓷諧振器,可作為實時時鐘(RTC)的時鐘源來提供時鐘/日歷或其它定時功能,具有功耗低且精度高的優點。LSE晶振通過備份域控制寄存器(RCC_BDCR)中的LSEON位打開和關閉。使用備份域控制寄存器(RCC_BDCR)中的LSEDRV[1:0]位,可在運行時更改晶振驅動強度,以實現穩健性、短啟動時間和低功耗之間的最佳平衡。備份域控制寄存器(RCC_BDCR)中的LSERDY標志指示了LSE晶振是否穩定。在啟動時,硬件將此位置1后,LSE晶振輸出時鐘信號才可以使用。如在時鐘中斷寄存器(RCC_CIR)中使能中斷,則可產生中斷。在此模式下,必須提供外部時鐘源,最高頻率不超過1MHz。此模式通過將備份域控制寄存器(RCC_BDCR)中的LSEBYP和LSEON位置1進行選擇。必須使用占空比約為50%的外部時鐘信號(方波、正弦波或三角波)來驅動OSC32_IN引腳,同時OSC32_OUT引腳可用作GPIO。
3. HSI時鐘
HSI時鐘信號由內部8MHz RC振蕩器生成,可直接用作系統時鐘(SYSCLK),或者用作PLL輸入。HSI RC振蕩器的優點是成本較低(無需使用外部元件)。此外,其啟動速度也要比HSE晶振塊,但即使校準后,其頻率精度也不及外部晶振或陶瓷諧振器。因為生產工藝不同,不同芯片的RC振蕩器頻率也不同,ST對每個器件進行出廠校準,達到TA= 25℃時1%的精度。此外,可將HSI時鐘接至MCO復用器。時鐘可連接至F30x中定時器16的輸入及F37x中定時器14的輸入,以允許用戶校準振蕩器。
4. LSI時鐘
低速內部RC時鐘(LSI RC)頻率約為40kHz(30kHz到60kHz之間)。LSI時鐘可作為低功耗時鐘源在停機和待機模式下保持運行,用于驅動獨立看門狗(IWDG)和RTC,也可選擇提供給RTC用于停機/待機模式下的自動喚醒。
圖2.STM32F30x微控制器參考原理圖
5.選型參考
下表是STM32F303VCT/358VCT6、STM32F373VCT6/378VCT6外圍元器件參考數據。其中,前三項為必備項,其他為備選元器件。
STM32F3xx系列MCU外圍元器件配置參考數據
STM32F3xx原始BOM
元件縮寫數量注釋
MCUSTM32F303VCT/STM32F358VCT6STM32F373VCT6/STM32F378VCT61100引腳封裝
電容100nF4代表STM32F303,3代表STM32F373/378陶瓷電容(去耦電容)
電容4.7μF1陶瓷電容(去耦電容)
電陽390Ω1用于HSE:值取決于晶振特性。此值僅為典型舉例。
電阻0Ω1用于LSE:值取決于晶振特性。此電阻值僅為典型舉例。
電阻10KΩ4用于JTAG和自舉模式的上拉和下拉電阻。
電容100nF3用于RESET按鈕,VDDA和VREF+的陶瓷電容。
電容1μF2用于VDDA和VREF+。
電容100nF3用于VDDSDx和VREFSD+的陶瓷電容(僅STM32F37x)
電容1μF3用于VDDSDx和VREFSD+(僅STM32F37x)
電容10pF2用于LSE:值取決于晶振特性。
電容20pF2用于HSE:值取決于晶振特性。
石英8MHz1用于HSE
石英32kHz1用于LSE
嵌入式3V31若應用中沒有使用外部電池,則建議將VBAT外部連至VDD
開關1用于選擇正確的自舉模式。
按鈕B11用作復位按鈕
BOM中,32kHz石英晶振用于LSE,頻點為32.768kHz,兩個匹配電容選擇10pF的MLCC電容器,無需匹配電阻。8MHz石英晶振用于HSE,兩個匹配電容C14、C15選擇20pF的MLCC電容器,匹配電阻R4選擇390Ω,具體應以晶振參數和涉及要求為準。
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