STM32L072xx：超低功耗32位MCU的卓越之選

在當(dāng)今的電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，超低功耗、高性能的微控制器（MCU）一直是工程師們追求的目標(biāo)。ST公司的STM32L072xx系列MCU以其出色的性能和豐富的功能，成為了眾多應(yīng)用場(chǎng)景的理想選擇。本文將深入介紹STM32L072xx的特點(diǎn)、功能和應(yīng)用，為電子工程師們提供全面的參考。

文件下載：STM32L072CZY6TR.pdf

一、引言

STM32L072xx系列MCU提供了10種不同的封裝類(lèi)型，引腳從32到100不等。根據(jù)所選設(shè)備的不同，包含了不同的外設(shè)集，適用于廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，如燃?xì)?水表、工業(yè)傳感器、醫(yī)療保健和健身設(shè)備、遠(yuǎn)程控制和用戶界面、PC外設(shè)、游戲、GPS設(shè)備、報(bào)警系統(tǒng)、有線和無(wú)線傳感器以及視頻對(duì)講機(jī)等。

二、設(shè)備概述

2.1 主要特性

STM32L072xx集成了通用串行總線（USB 2.0無(wú)晶振）的連接能力，以及高性能的Arm Cortex - M0+ 32位RISC內(nèi)核，工作頻率可達(dá)32 MHz。它還具備內(nèi)存保護(hù)單元（MPU）、高速嵌入式存儲(chǔ)器（高達(dá)192 Kbytes的Flash程序存儲(chǔ)器、6 Kbytes的數(shù)據(jù)EEPROM和20 Kbytes的RAM），以及大量增強(qiáng)型I/O和外設(shè)。

2.2 超低功耗特性

該系列MCU通過(guò)多種內(nèi)部和外部時(shí)鐘源、內(nèi)部電壓自適應(yīng)以及多種低功耗模式，實(shí)現(xiàn)了高功率效率。它提供了七種低功耗模式，包括睡眠模式、低功耗運(yùn)行模式、低功耗睡眠模式、帶RTC的停止模式、不帶RTC的停止模式、帶RTC的待機(jī)模式和不帶RTC的待機(jī)模式，能夠在低功耗、短啟動(dòng)時(shí)間和可用喚醒源之間實(shí)現(xiàn)最佳平衡。

三、功能概述

3.1 低功耗模式

• 動(dòng)態(tài)電壓縮放：支持動(dòng)態(tài)電壓縮放，可根據(jù)系統(tǒng)的最大工作頻率和外部電壓供應(yīng)調(diào)整內(nèi)部低壓降穩(wěn)壓器的電壓，優(yōu)化運(yùn)行模式下的功耗。
• 七種低功耗模式：不同的低功耗模式適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景，例如睡眠模式下僅CPU停止，外設(shè)繼續(xù)運(yùn)行；低功耗運(yùn)行模式通過(guò)設(shè)置多速內(nèi)部（MSI）RC振蕩器為低速時(shí)鐘、從SRAM或Flash存儲(chǔ)器執(zhí)行代碼以及將內(nèi)部穩(wěn)壓器設(shè)置為低功耗模式來(lái)實(shí)現(xiàn)低功耗。

3.2 互連矩陣

多個(gè)外設(shè)直接互連，允許外設(shè)之間進(jìn)行自主通信，節(jié)省CPU資源和功耗，并且這些硬件連接具有快速和可預(yù)測(cè)的延遲。

3.3 Arm Cortex - M0+內(nèi)核與MPU

Cortex - M0+處理器是一款入門(mén)級(jí)32位Arm Cortex處理器，具有簡(jiǎn)單的架構(gòu)、超低功耗、出色的代碼密度、確定性的高性能中斷處理、與Cortex - M處理器家族的向上兼容性以及集成的內(nèi)存保護(hù)單元（MPU），提供了卓越的性能和安全性。

3.4 復(fù)位和電源管理

• 電源供應(yīng)方案：提供多種電源供應(yīng)，包括外部主電源（VDD）、外部模擬電源（VDDA）和USB收發(fā)器電源（VDD_USB）。
• 電源供應(yīng)監(jiān)控器：集成了零功耗上電復(fù)位（POR）/掉電復(fù)位（PDR）和欠壓復(fù)位（BOR）電路，以及可編程電壓檢測(cè)器（PVD），可監(jiān)控電源供應(yīng)并在電壓異常時(shí)產(chǎn)生中斷。
• 電壓調(diào)節(jié)器：調(diào)節(jié)器有主（MR）、低功率（LPR）和掉電三種工作模式，分別適用于運(yùn)行模式、低功耗運(yùn)行/睡眠/停止模式和待機(jī)模式。

3.5 時(shí)鐘管理

時(shí)鐘控制器可將來(lái)自不同振蕩器的時(shí)鐘分配給內(nèi)核和外設(shè)，支持時(shí)鐘預(yù)分頻、安全時(shí)鐘切換和時(shí)鐘門(mén)控，以降低功耗。系統(tǒng)時(shí)鐘源可選擇1 - 25 MHz的高速外部晶體（HSE）、16 MHz的高速內(nèi)部RC振蕩器（HSI）或多速內(nèi)部RC振蕩器（MSI）；輔助時(shí)鐘源可選擇32.768 kHz的低速外部晶體（LSE）或37 kHz的低速內(nèi)部RC（LSI）；RTC時(shí)鐘源可選擇LSI、LSE或HSE；USB時(shí)鐘源由48 MHz的時(shí)鐘提供。

3.6 低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘和備份寄存器

實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）和5個(gè)備份寄存器在所有模式（包括待機(jī)模式）下都能供電。RTC是一個(gè)獨(dú)立的BCD定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，具有日歷功能、可編程鬧鐘、周期性喚醒、實(shí)時(shí)校正、參考時(shí)鐘檢測(cè)、數(shù)字校準(zhǔn)、防篡改檢測(cè)和時(shí)間戳等功能。

3.7 通用輸入/輸出（GPIOs）

每個(gè)GPIO引腳可通過(guò)軟件配置為輸出（推挽或開(kāi)漏）、輸入（帶或不帶上拉或下拉）或外設(shè)備用功能。大多數(shù)GPIO引腳與數(shù)字或模擬備用功能共享，并可通過(guò)專(zhuān)用備用功能寄存器單獨(dú)重映射。所有GPIOs都具有高電流能力，輸出速度可調(diào)節(jié)。

3.8 存儲(chǔ)器

• SRAM：20 Kbytes的嵌入式SRAM可在CPU時(shí)鐘速度下以0等待狀態(tài)進(jìn)行讀寫(xiě)操作。
• 非易失性存儲(chǔ)器：分為三個(gè)陣列，包括64、128或192 Kbytes的嵌入式Flash程序存儲(chǔ)器、6 Kbytes的數(shù)據(jù)EEPROM和包含32個(gè)用戶和工廠選項(xiàng)字節(jié)以及8 Kbytes系統(tǒng)存儲(chǔ)器的信息塊。Flash程序和數(shù)據(jù)EEPROM分為兩個(gè)存儲(chǔ)體，允許在一個(gè)存儲(chǔ)體中寫(xiě)入數(shù)據(jù)的同時(shí)從另一個(gè)存儲(chǔ)體運(yùn)行代碼或讀取數(shù)據(jù)。
• 防火墻：保護(hù)部分代碼/數(shù)據(jù)不被受保護(hù)區(qū)域外執(zhí)行的代碼訪問(wèn)。
• ECC功能：整個(gè)非易失性存儲(chǔ)器嵌入了錯(cuò)誤校正碼（ECC）功能。

3.9 啟動(dòng)模式

啟動(dòng)時(shí)，通過(guò)BOOT0引腳和nBOOT1選項(xiàng)位選擇三種啟動(dòng)選項(xiàng)：從Flash存儲(chǔ)器啟動(dòng)、從系統(tǒng)存儲(chǔ)器啟動(dòng)或從嵌入式RAM啟動(dòng)。

3.10 直接內(nèi)存訪問(wèn)（DMA）

靈活的7通道通用DMA能夠管理內(nèi)存到內(nèi)存、外設(shè)到內(nèi)存和內(nèi)存到外設(shè)的傳輸，支持循環(huán)緩沖區(qū)管理，避免了控制器到達(dá)緩沖區(qū)末尾時(shí)產(chǎn)生中斷。

3.11 模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）

內(nèi)置一個(gè)12位（通過(guò)硬件過(guò)采樣可擴(kuò)展到16位）的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，具有多達(dá)16個(gè)外部通道和3個(gè)內(nèi)部通道（溫度傳感器、電壓參考）。ADC可在單觸發(fā)或掃描模式下執(zhí)行轉(zhuǎn)換，頻率獨(dú)立于CPU頻率，具有低功耗和自動(dòng)關(guān)機(jī)功能，支持硬件過(guò)采樣和模擬看門(mén)狗功能，可由DMA控制器服務(wù)。

3.12 溫度傳感器

溫度傳感器產(chǎn)生與溫度線性變化的電壓，內(nèi)部連接到ADC_IN18輸入通道。每個(gè)設(shè)備都經(jīng)過(guò)ST的工廠校準(zhǔn)，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在系統(tǒng)存儲(chǔ)器區(qū)域。

3.13 數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）

兩個(gè)12位緩沖DAC可將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)輸出，支持多種功能，如數(shù)據(jù)保持寄存器、數(shù)據(jù)對(duì)齊、同步更新、噪聲波和三角波生成、雙DAC通道獨(dú)立或同時(shí)轉(zhuǎn)換、DMA能力、外部觸發(fā)轉(zhuǎn)換和輸入?yún)⒖茧妷旱取?/p>

3.14 超低功耗比較器和參考電壓

嵌入兩個(gè)比較器，共享相同的電流偏置和參考電壓。參考電壓可以是內(nèi)部或外部的，一個(gè)比較器具有超低功耗，另一個(gè)比較器具有軌到軌輸入、快速或慢速模式。兩個(gè)比較器都可以從停止模式喚醒設(shè)備，并可組合成窗口比較器。

3.15 觸摸感應(yīng)控制器（TSC）

提供了一種簡(jiǎn)單的解決方案，可在任何應(yīng)用中添加電容感應(yīng)功能，提供多達(dá)24個(gè)電容感應(yīng)通道，分布在8個(gè)模擬I/O組中。

3.16 定時(shí)器和看門(mén)狗

• 通用定時(shí)器：包括TIM2、TIM3、TIM21和TIM22，基于16位自動(dòng)重載向上/向下計(jì)數(shù)器，具有不同的通道數(shù)和功能。
• 低功耗定時(shí)器（LPTIM）：具有獨(dú)立時(shí)鐘，在停止模式下也能運(yùn)行，可從停止模式喚醒設(shè)備。
• 基本定時(shí)器（TIM6、TIM7）：可作為通用16位時(shí)基。
• SysTick定時(shí)器：可作為操作系統(tǒng)的定時(shí)器或標(biāo)準(zhǔn)向下計(jì)數(shù)器。
• 獨(dú)立看門(mén)狗（IWDG）：基于12位向下計(jì)數(shù)器和8位預(yù)分頻器，由獨(dú)立的37 kHz內(nèi)部RC時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)，可在停止和待機(jī)模式下運(yùn)行。
• 窗口看門(mén)狗（WWDG）：基于7位向下計(jì)數(shù)器，可設(shè)置為自由運(yùn)行，具有早期警告中斷功能。

3.17 通信接口

• I2C總線：多達(dá)三個(gè)I2C接口可在多主或從模式下運(yùn)行，支持標(biāo)準(zhǔn)模式（Sm，高達(dá)100 kbit/s）、快速模式（Fm，高達(dá)400 kbit/s）和快速模式加（Fm+，高達(dá)1 Mbit/s），具有可編程的模擬和數(shù)字噪聲濾波器，部分接口還支持SMBus 2.0和PMBus 1.1。
• 通用同步/異步收發(fā)器（USART）：四個(gè)USART接口能夠以高達(dá)4 Mbit/s的速度通信，提供硬件流控制、多處理器通信模式、主同步通信和單總線半雙工通信模式，部分接口還支持智能卡通信、IrDA SIR ENDEC、LIN主/從能力和自動(dòng)波特率檢測(cè)。
• 低功耗通用異步收發(fā)器（LPUART）：支持異步串行通信，具有最低功耗，支持半雙工單總線通信和調(diào)制解調(diào)器操作，可從停止模式喚醒系統(tǒng)。
• 串行外設(shè)接口（SPI）/內(nèi)部集成聲音（I2S）：多達(dá)兩個(gè)SPI接口可在主從模式下以高達(dá)16 Mbits/s的速度通信，支持硬件CRC生成/驗(yàn)證；一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)I2S接口可在主或從模式下運(yùn)行，支持16/32位分辨率的輸入或輸出通道。
• 通用串行總線（USB）：嵌入一個(gè)全速USB設(shè)備外設(shè)，符合USB 2.0規(guī)范，支持USB FS信號(hào)、嵌入式DP上拉和電池充電檢測(cè)，具有軟件可配置的端點(diǎn)設(shè)置和暫停/恢復(fù)支持。

3.18 時(shí)鐘恢復(fù)系統(tǒng)（CRS）

可自動(dòng)調(diào)整內(nèi)部48 MHz振蕩器，以保證其在整個(gè)設(shè)備工作范圍內(nèi)的最佳精度。

3.19 循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）計(jì)算單元

用于使用可配置的生成多項(xiàng)式值和大小獲取CRC碼，可用于驗(yàn)證數(shù)據(jù)傳輸或存儲(chǔ)的完整性。

3.20 串行線調(diào)試端口（SW - DP）

提供Arm SW - DP接口，允許串行線調(diào)試工具連接到MCU。

四、引腳描述

文檔詳細(xì)介紹了不同封裝類(lèi)型（如LQFP100、UFBGA100、LQFP64等）的引腳定義和備用功能，為硬件設(shè)計(jì)提供了重要的參考。

五、內(nèi)存映射

內(nèi)存映射的詳細(xì)信息可參考產(chǎn)品系列參考手冊(cè)，包括所有外設(shè)的邊界地址。

六、電氣特性

6.1 參數(shù)條件

包括最小和最大值、典型值、典型曲線、負(fù)載電容、引腳輸入電壓、電源供應(yīng)方案和電流消耗測(cè)量等方面的參數(shù)。

6.2 絕對(duì)最大額定值

規(guī)定了設(shè)備的絕對(duì)最大額定值，超過(guò)這些值可能會(huì)對(duì)設(shè)備造成永久性損壞。

6.3 工作條件

包括一般工作條件、嵌入式復(fù)位和電源控制塊特性、嵌入式內(nèi)部參考電壓、電源電流特性、低功耗模式喚醒時(shí)間、外部時(shí)鐘源特性、內(nèi)部時(shí)鐘源特性、PLL特性、內(nèi)存特性、EMC特性、電氣靈敏度特性、I/O電流注入特性、I/O端口特性、NRST引腳特性、溫度傳感器特性、比較器特性、定時(shí)器特性和通信接口特性等。

七、封裝信息

提供了不同封裝類(lèi)型（如LQFP100、UFBGA100、LQFP64等）的機(jī)械數(shù)據(jù)、推薦的PCB設(shè)計(jì)規(guī)則和設(shè)備標(biāo)記示例，方便工程師進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)和組裝。

八、訂購(gòu)信息

介紹了訂購(gòu)時(shí)的相關(guān)信息，包括設(shè)備系列、產(chǎn)品類(lèi)型、設(shè)備子系列、引腳數(shù)量、Flash存儲(chǔ)器大小、封裝、溫度范圍、選項(xiàng)和包裝等。

九、總結(jié)

STM32L072xx系列MCU以其超低功耗、高性能、豐富的外設(shè)和靈活的封裝選項(xiàng)，為電子工程師提供了一個(gè)強(qiáng)大的解決方案。無(wú)論是在工業(yè)、醫(yī)療、消費(fèi)電子還是其他領(lǐng)域，都能滿足不同應(yīng)用的需求。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程師們可以根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景和需求，合理選擇低功耗模式、時(shí)鐘源、外設(shè)等，以實(shí)現(xiàn)最佳的性能和功耗平衡。同時(shí)，注意電氣特性和封裝信息，確保硬件設(shè)計(jì)的可靠性和穩(wěn)定性。你在使用STM32L072xx進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，遇到過(guò)哪些挑戰(zhàn)呢？又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。