ST72324Jx/ST72324Kx微控制器：功能、特性與應(yīng)用分析

引言

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，微控制器是眾多應(yīng)用的核心組件。ST72324Jx/ST72324Kx微控制器專為5V工作范圍設(shè)計(jì)，屬于ST7微控制器家族。它適用于多種應(yīng)用場景，32引腳設(shè)備適用于中程應(yīng)用，42/44引腳設(shè)備則針對需要超過24個(gè)I/O端口的應(yīng)用。不過需要注意的是，該產(chǎn)品已不推薦用于新設(shè)計(jì)。

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一、基本特性概述

1. 存儲(chǔ)器

ST72324Jx/ST72324Kx配備了8 - 32K的雙電壓高密度閃存（HDFlash），具備讀出保護(hù)功能，支持片上編程（ICP）和應(yīng)用內(nèi)編程（IAP）。同時(shí)，擁有384 - 1K字節(jié)的RAM，HDFlash的耐久性可達(dá)100個(gè)周期，在55°C下數(shù)據(jù)保留時(shí)間為20年。

2. 時(shí)鐘、復(fù)位與電源管理

• 增強(qiáng)型低電壓監(jiān)控器（LVD）：用于主電源，具備可編程復(fù)位閾值。
• 輔助電壓檢測器（AVD）：帶有中斷功能。
• 時(shí)鐘源：支持晶體/陶瓷諧振器振蕩器、內(nèi)部RC振蕩器，還有時(shí)鐘安全系統(tǒng)和外部時(shí)鐘旁路。
• PLL：可實(shí)現(xiàn)2倍頻率倍增。
• 四種節(jié)能模式：Halt、Active - Halt、Wait和Slow模式，可有效降低功耗。

3. 中斷管理

采用嵌套中斷控制器，擁有10個(gè)中斷向量加上TRAP和RESET，具備9/6條外部中斷線（分布在4個(gè)向量上），能夠靈活處理各種中斷情況。

4. I/O端口

多達(dá)32個(gè)I/O端口，包含32/24條多功能雙向I/O線、22/17條備用功能線以及12/10條高灌電流輸出線，可滿足多樣化的外部設(shè)備連接需求。

5. 定時(shí)器

配備4個(gè)定時(shí)器，包括主時(shí)鐘控制器（具備實(shí)時(shí)基準(zhǔn)、蜂鳴器和時(shí)鐘輸出功能）、可配置看門狗定時(shí)器、16位定時(shí)器A（具備1個(gè)輸入捕獲、1個(gè)輸出比較、外部時(shí)鐘輸入、PWM和脈沖生成模式）以及16位定時(shí)器B（具備2個(gè)輸入捕獲、2個(gè)輸出比較、PWM和脈沖生成模式）。

6. 通信接口

提供SPI同步串行接口和SCI異步串行接口，方便與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

7. 模擬外設(shè)

具備1個(gè)低電流耦合的10位ADC，擁有多達(dá)12個(gè)穩(wěn)健的輸入端口，可實(shí)現(xiàn)模擬信號的數(shù)字化轉(zhuǎn)換。

8. 指令集

支持8位數(shù)據(jù)操作，包含63條基本指令和17種主要尋址模式，還有8x8無符號乘法指令，為軟件開發(fā)提供了強(qiáng)大的支持。

二、詳細(xì)功能分析

1. 閃存編程存儲(chǔ)器

ST7的雙電壓HDFlash是一種非易失性存儲(chǔ)器，可通過外部VPP電源進(jìn)行整塊或按扇區(qū)擦除，并以字節(jié)為單位進(jìn)行編程。支持三種編程模式：插入編程工具、ICP和IAP。同時(shí)，具備寄存器訪問安全系統(tǒng)（RASS），可防止意外編程或擦除。

2. 中央處理單元

該CPU采用全8位架構(gòu)，包含6個(gè)內(nèi)部寄存器，能夠高效執(zhí)行63條基本指令，具備快速的8位乘法運(yùn)算和17種主要尋址模式，還支持低功耗的HALT和WAIT模式以及優(yōu)先級可屏蔽的硬件中斷和不可屏蔽的軟件/硬件中斷。

3. 電源、復(fù)位和時(shí)鐘管理

• PLL：當(dāng)輸入時(shí)鐘頻率在2 - 4 MHz范圍內(nèi)時(shí)，可將頻率倍增2倍，但不建議用于對時(shí)序精度要求較高的應(yīng)用，且不能與內(nèi)部RC振蕩器一起使用。
• 多振蕩器（MO）：主時(shí)鐘可由外部源、4種晶體或陶瓷諧振器振蕩器以及內(nèi)部高頻RC振蕩器生成，每種振蕩器都針對特定頻率范圍進(jìn)行了優(yōu)化，可通過選項(xiàng)字節(jié)進(jìn)行選擇。
• 復(fù)位序列管理器（RSM）：包含外部RESET源脈沖、內(nèi)部LVD RESET和內(nèi)部WATCHDOG RESET三種復(fù)位源，復(fù)位序列包括活動(dòng)階段、256或4096個(gè)CPU時(shí)鐘周期延遲以及復(fù)位向量獲取。
• 系統(tǒng)完整性管理（SI）：包含低電壓檢測器（LVD）和輔助電壓檢測器（AVD）功能，LVD可在VDD低于參考值時(shí)產(chǎn)生靜態(tài)復(fù)位，AVD可監(jiān)控主電源并在電壓變化時(shí)產(chǎn)生中斷。

4. 中斷管理

ST7的增強(qiáng)型中斷管理提供硬件中斷和軟件中斷（TRAP），支持嵌套或并發(fā)中斷管理，具備靈活的中斷優(yōu)先級和級別管理。中斷屏蔽由CC寄存器的I1和I0位以及ISPRx寄存器管理，處理流程清晰，可確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

5. 節(jié)能模式

• SLOW模式：通過降低內(nèi)部時(shí)鐘頻率來降低功耗，并可根據(jù)可用電源電壓調(diào)整內(nèi)部時(shí)鐘頻率。
• WAIT模式：通過停止CPU來降低功耗，所有外設(shè)保持活動(dòng)，直到中斷或RESET發(fā)生。
• ACTIVE - HALT和HALT模式：是MCU的兩種最低功耗模式，可通過執(zhí)行“HALT”指令進(jìn)入，具體模式取決于MCC/RTC中斷使能標(biāo)志（OIE位）。

6. I/O端口

I/O端口提供多種功能模式，包括數(shù)據(jù)傳輸、外部中斷生成以及片上外設(shè)的備用信號輸入/輸出。每個(gè)端口包含數(shù)據(jù)寄存器（DR）、數(shù)據(jù)方向寄存器（DDR）和可選的選項(xiàng)寄存器（OR），可獨(dú)立配置每個(gè)引腳的輸入/輸出模式。

7. 片上外設(shè)

• 看門狗定時(shí)器（WDG）：用于檢測軟件故障，當(dāng)定時(shí)器溢出時(shí)會(huì)觸發(fā)復(fù)位?？赏ㄟ^編程設(shè)置超時(shí)時(shí)間，在不同低功耗模式下有不同的行為表現(xiàn)。
• 主時(shí)鐘控制器（MCC/RTC）：包括可編程CPU時(shí)鐘預(yù)分頻器、時(shí)鐘輸出信號和實(shí)時(shí)時(shí)鐘定時(shí)器，每個(gè)功能可獨(dú)立使用。
• 16位定時(shí)器：由可編程預(yù)分頻器驅(qū)動(dòng)的16位自由運(yùn)行計(jì)數(shù)器，可用于脈沖長度測量、波形生成等多種用途，具備多種工作模式和相關(guān)寄存器。
• 串行外設(shè)接口（SPI）：支持全雙工、同步串行通信，可作為主設(shè)備或從設(shè)備，具備多種主模式頻率和可編程時(shí)鐘極性和相位。
• 串行通信接口（SCI）：提供全雙工、異步通信，支持NRZ標(biāo)準(zhǔn)格式，具備雙波特率生成系統(tǒng)、可編程數(shù)據(jù)字長度等功能。
• 10位A/D轉(zhuǎn)換器（ADC）：是一個(gè)10位逐次逼近型轉(zhuǎn)換器，具備內(nèi)部采樣和保持電路，可對多達(dá)16個(gè)模擬輸入通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

三、電氣特性

1. 絕對最大額定值

規(guī)定了電源電壓、編程電壓、輸入電壓等參數(shù)的最大允許值，超出這些值可能會(huì)對設(shè)備造成永久性損壞。

2. 工作條件

明確了內(nèi)部時(shí)鐘頻率、工作電壓、環(huán)境溫度范圍等工作條件，確保設(shè)備在正常工作時(shí)的穩(wěn)定性。

3. 電源電流特性

詳細(xì)說明了不同工作模式下的電源電流消耗，包括RUN、SLOW、WAIT、SLOW WAIT、HALT和ACTIVE - HALT模式，以及時(shí)鐘源和片上外設(shè)的電流消耗。

4. 時(shí)鐘和定時(shí)特性

給出了指令周期時(shí)間、中斷反應(yīng)時(shí)間等一般定時(shí)參數(shù)，以及外部時(shí)鐘源、晶體和陶瓷諧振器振蕩器、RC振蕩器和PLL的相關(guān)特性。

5. 存儲(chǔ)器特性

包括RAM和硬件寄存器的數(shù)據(jù)保留模式，以及FLASH存儲(chǔ)器的工作頻率、編程電壓、電源電流等特性。

6. EMC特性

進(jìn)行了電磁兼容性測試，包括功能EMS（電磁敏感性）、電磁干擾（EMI）和絕對最大額定值（電氣敏感性）測試，為設(shè)備在電磁環(huán)境中的穩(wěn)定性提供了參考。

7. I/O端口引腳特性

規(guī)定了輸入低電平電壓、輸入高電平電壓、注入電流等參數(shù)，以及輸出驅(qū)動(dòng)電流和控制引腳的特性。

四、設(shè)備配置和訂購信息

1. 閃存選項(xiàng)字節(jié)

通過選項(xiàng)字節(jié)可選擇微控制器的硬件配置，包括看門狗復(fù)位、電壓檢測、閃存讀出保護(hù)、引腳封裝選擇、復(fù)位時(shí)鐘周期選擇、振蕩器類型和范圍以及PLL激活等。

2. 閃存設(shè)備訂購信息

提供了不同封裝、閃存容量和溫度范圍的ST72F324 Flash設(shè)備的訂購代碼。

3. 硅標(biāo)識

可通過設(shè)備封裝上的跟蹤代碼和包裝盒標(biāo)簽上的內(nèi)部銷售類型來識別不同的ST72F324、ST72F324B和ST72324B設(shè)備。

4. 開發(fā)工具

STMicroelectronics提供了一系列硬件和軟件開發(fā)工具，包括仿真器、在線調(diào)試套件、閃存編程工具和評估板等，方便開發(fā)者進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)。

5. ST7應(yīng)用筆記

涵蓋了各種應(yīng)用示例、驅(qū)動(dòng)程序、通用目的、產(chǎn)品評估、產(chǎn)品遷移、產(chǎn)品優(yōu)化、編程和工具以及系統(tǒng)優(yōu)化等方面的應(yīng)用筆記，為開發(fā)者提供了豐富的參考資料。

五、已知局限性

1. 所有設(shè)備

• 不再支持外部RC時(shí)鐘源選項(xiàng)。
• 移除了時(shí)鐘安全系統(tǒng)（CSS）功能。
• OSC1和/或OSC2引腳不能留空，否則可能導(dǎo)致主振蕩器產(chǎn)生超出允許范圍的頻率，使設(shè)備處于不安全/未定義狀態(tài)。
• 執(zhí)行“POP CC”指令時(shí)發(fā)生中斷請求，中斷控制器可能無法識別中斷源，默認(rèn)傳遞RESET向量地址給CPU，可通過在“POP CC”指令前加“SIM”指令解決。
• 同時(shí)清除活動(dòng)中斷請求和相關(guān)標(biāo)志時(shí)可能發(fā)生意外復(fù)位，可通過在復(fù)位活動(dòng)中斷請求前后執(zhí)行SIM和RIM操作避免。
• 訪問DDR和OR時(shí)，邊緣檢測器會(huì)自動(dòng)禁用一個(gè)時(shí)鐘周期，可能導(dǎo)致外部中斷丟失，可通過軟件檢查中斷引腳電平并采取相應(yīng)措施解決。
• 16位定時(shí)器PWM模式下，向OC1R寄存器寫入FFFC后第一個(gè)PWM脈沖會(huì)丟失。
• SCI發(fā)送單個(gè)中斷字符時(shí)，中斷字符持續(xù)時(shí)間可能比預(yù)期長，可通過軟件請求在中斷字符前生成空閑線解決。

2. 閃存設(shè)備

ST72F324J和ST72F324K設(shè)備中，若LVD禁用，則不支持內(nèi)部RC振蕩器。

六、總結(jié)

ST72324Jx/ST72324Kx微控制器具有豐富的功能和特性，適用于多種應(yīng)用場景。但在使用過程中，開發(fā)者需要充分了解其已知局限性，并采取相應(yīng)的解決措施，以確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，STMicroelectronics推出了新的ST72F324B設(shè)備，在性能和價(jià)格上有了進(jìn)一步的提升，開發(fā)者可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇。