Mikrocontroller und Komponenten von STMicroelectronics
Mikrocontroller und Komponenten von STMicroelectronicsDatum der Veröffentlichung: 24-10-2024 🕒 20 Min. Lesezeit
STMicroelectronics gehört zu den global erkennbaren Herstellern. Das Unternehmen liefert ein volles Spektrum an Halbleiterkomponenten, darunter Dioden, Schnittstellensystemen, Spannungsreglern und Mikrocontrollern. Viele von diesen Produkten können direkt aus dem Angebot von TME erworben werden.
Unten präsentieren wir unser Sortiment an Lösungen der Marke STMicroelectronics. Dazu zählen die wichtigsten Produktgruppen dieser Marke, von Dioden bis hin zu komplexen 32-Bit-Mikrocontrollern. Es lohnt sich zu beachten, dass viele davon direkt aus den Lagern von TME erworben werden können, dank dessen wir den Kunden einen sehr schnellen Versand gewähren können. In der Zusammenstellung wurden auch Modelle berücksichtigt, die auf Sonderbestellung verfügbar sind. Wir laden Sie herzlich ein, sich mit dem Angebot vertraut zu machen.
Komponenten von STMicroelectronics
In diesem Artikel behandeln wir folgende Themen:
- 8-Bit-Mikrocontroller: für allgemeine und Automotive-Anwendung
- Basisparameter der Produkte STM32
- Systeme mit hoher Rechenleistung
- Kompakte 32-Bit-Mikrocontroller
- STM32-Lösungen für mobile Geräte
- Mikrocontroller für kabellose IoT-Geräte
- Lernen und Prototypenbau mit den Entwicklungskits STM
- Umsetzung der RS232/422/485-Schnittstellen
- Transil™ i und Überspannungsschutz von Mikrocontrollern
- Präzise Spannungsregelung und Laden von Zellen
Mikrocontroller
Als Ersten schauen wir uns die Mikrocontroller an. Ähnlich wie bei vielen anderen Herstellern werden sie in zwei Hauptgruppen unterteile: 8-Bit- und 32-Bit-Systeme. Dank der Miniaturisierung und der Entwicklung von spezialisierten Peripheriegeräten reichen viele einfachere Systeme aktuell zur Verwaltung auch komplexer Geräte aus. Gleichzeitig bereitet die Konfiguration und Programmierung von 32-Bit-Systemen dank der von STMicroelectronics gelieferten Software auch keine größeren Schwierigkeiten.Mikrocontroller
8-Bit-Mikrocontroller STM8
Für einfache Anwendungen, bei denen kleinere Rechenleistung ausreichend sein wird, sind die Mikrocontroller STM8 bestimmt, d.h. diejenigen, die auf 8-Bit-Architektur basieren. Die Systeme wurden in SMD-Gehäuse (LFQP, SO, TSSOP, UFQFPN) eingeschlossen und sind in Versionen verfügbar, die mit den Spannungen aus den Bereichen von 1,65…3,6 V oder 3…5,5 V DC versorgt werden. Der Kern wird mit einem Signal von 16 MHz oder 24 MHz getaktet. Sie bedienen „klassische“ Reihenprotokolle (UART, I2C, SPI) und in ausgewählten Modellen auch CAN. Die letzte Eigenschaft ist auch mit dem Verwendungszweck der Familien STM8AF und ASTM8AL verbunden, die an die Anwendungen in der Automobilindustrie angepasst wurden. Sie sind mit der Norm AEC-Q100 und der ASIL-Klassifizierung konform und zeichnen sich auch durch verlängerte Support-Garantie seitens des Herstellers aus.
Zum Einsatz in Verbraucher- und Industriegeräten und anderen Anwendungen werden die Komponenten der Familie STM8S genutzt. Sie verfügen über integrierte 8-Bit-Zäher, 10-Bit-A/D-Wandler (in der Anzahl bis 16) und EEPROM. Bemerkenswert ist hier die hohe Anzahl an GPIO-Pins und eine vielfältige Auswahl an SMD-Gehäusen (bis 80 Pins). Die letzte Gruppe der 8-Bit-Mikrocontroller ist die STM8L, die sich durch den geringsten Energieverbrauch auszeichnet. Im Schlafmodus können die Systeme dieses Typs nur 300 nAo erfordern, also passen sie in die Anforderungen hinein, die die batterie-/akkubetriebenen Geräte betreffen, sowie die ferngesteuerten Kreise, die die Energie mithilfe der PV-Zellen und Windkraftanlagen die Energie gewinnen.
STM32, also fortgeschrittene Lösungen
32-Bit-Mikrocontroller von STMicroelectronics sind als STM32 bekannt. Sie basieren auf den Kernen ARM Cortex-M. In den Systemen wurden verschiedene Versionen dieser Prozessoren verwendet: M0, M3, M4, M7, M33. Dank dessen sind im Angebot Produkte mit vielfältiger Rechenleistung, aber auch energiesparende und spezialisierte Varianten eingetroffen, z.B. für kabellose Anwendungen.Bereits am Anfang soll es betont werden, dass einer der größten Vorteile von STM32 die langfristige Unterstützung des Herstellers und hohe Zuverlässigkeit sind. Deswegen werden die Mikrocontroller aus dieser Gruppe gerne als das Herzstück von vielen industriellen oder medizinischen Geräten ausgewählt. Nicht ohne Bedeutung ist auch die Tatsache, dass das Programmieren der Systeme mithilfe einer umfassenden Umgebung STM32Cube erfolgt – einer kostenlosen Software, die vom Hersteller entwickelt wird. Sie erleichtert die Konfiguration des Systems und bietet die Schicht der Hardware-Abstraktion für alle 32-Bit-Mikrocontroller des Lieferanten. STM32Cube hat eine Reihe eingebaute Bibliotheken, die die Bedienung der Schnittstellen (u.a. USB) oder komplexen Protokolle (z.B. TCP/IP) erleichtern. Eine detailliertere Beschreibung der Umgebung ist im folgenden Video enthalten:
Wie breit das Anwendungsspektrum der Mikrocontroller STM32 sein kann, wird am besten durch die beeindruckende Anzahl der dadurch unterstützten Kommunikationsmethodeno belegt. Sie umfassen grundlegende Schnittstellen, wie SPI, I2C, UART, sie unterstützen aber auch den Datentransfer unter Verwendung von USB, CAN, IrDA. Die ausgewählten Modelle verfügen über integrierte Netzcontroller (Ethernet). Im Angebot durften auch nicht die Systeme fehlen, die die beliebten Standards für Audio-/Video-Datentransfer (HDMI, I2S, SPDIF, MIPI, wyjście DAC) unterstützen, die komplexe grafische Schnittstellen (HMI) und Multimedia-Geräte umsetzen lassen. Au-erdem gibt es in den Systemen STM32 auch integrierte Peripheriegeräte, wie PWM-Generatoren, Zähler, ADC-Wandler, Operationsverstärker, RTCs usw.Eine so erweiterte Funktionalität macht die Produkte von STMicroelectronics zu vielseitigen Lösungen, und dank der Verwendung der Technologie Cortex-M sind sie auch energiesparend, sicher und zugänglich für die Designer. Sie passen sich ideal an die Anforderungen von modernen Anwendungen an, wie akkubetriebene und IoT-Geräte. Weiter teilt der Hersteller die STM32-Systemen nach ihrer allgemeinen Spezifikation, was in der Zusammenstellung unten dargestellt wurde.Mikrocontroller STM32
Hocheffiziente Prozessoren
Die Recheneinheiten der Mikrocontroller STM32 gibt es in Versionen, die mit den Signalen mit Frequenzen bis 600 MHz (für den Kern Cortex-Mt) getaktet sind und somit den Aufbau von komplexeren, in Echtzeit arbeitenden Treibern ermöglichen. Zu ihren Vorteilen zählen der Programmspeicher mit der Kapazität bis 2 MB sowie fortgeschrittene, integrierte Peripherien, wie Timer und Zähler mit einer Auflösung von bis 32 But, kryptografische Gleitkommaeinheiten (die Unterstützung für die arithmetische und symmetrische Verschlüsselung PKA/AEC sicherstellen), SD/MMC-Schnittstellen, Grafikbeschleuniger (Chrom-ART).
| Familie | Architektur | Frequenz [MHz] |
SRAM [kB] |
FLASH [kB] |
|---|---|---|---|---|
| STM32F2 | Cortex-M3 | 120 | 64…132 | 128…1024 |
| STM32F4 | Cortex-M4 | 84…180 | 32…384 | 64…2048 |
| STM32F7 | Cortex-M7 | 216 | 256…512 | 64…2048 |
| STM32H5 | Cortex-M33 | 250 | 32…640 | 128…2048 |
| STM32H7 | Cortex-M4/7 | 280…600 | 128…1408 | 64…2048 |
Modelle für allgemeine Anwendung
Die Systeme für allgemeine Anwendung sind vor allem Mikrocontroller, die sich durch attraktive Preise und die Forderung von einer minimalen Anzahl an externen Komponenten (wie Entkopplungs-/Filterkondensatoren) auszeichnen. Sie sind in kompakten SMD-Gehäusen (z.B. UFQFPN32) verfügbar. Ausgewählte Produktfamilien aus dieser Gruppe (STM32F3, STM32G4) sind auf die Bedienung von gemischten Signalen durch die Integration der Operationsverstärker, ADC- und DAC-Wandler mit hoher Auflösung sowie Komparatoren spezialisiert.
| Familie | Architektur | Frequenz [MHz] |
SRAM [kB] |
FLASH [kB] |
|---|---|---|---|---|
| STM32C0 | Cortex-M0+ | 48 | 6…12 | 16…32 |
| STM32F0 | Cortex-M0+ | 48 | 4…32 | 16…256 |
| STM32F1 | Cortex-M3 | 24…72 | 4…96 | 16…1024 |
| STM32F3 | Cortex-M4 | 72 | 16…80 | 16…512 |
| STM32G0 | Cortex-M0+ | 64 | 8…144 | 16…512 |
| STM32G4 | Cortex-M4 | 170 | 32…128 | 32…512 |
Energiesparende Mikrocontroller
Geringer Energieverbrauch ist in modernen Anwendungen eine der am häufigsten gesuchten Eigenschaften von Mikrocontrollern. Verbunden ist das sowohl mit der steigenden Nachfrage nach kabellosen Geräten, die akkubetrieben sind, als auch dem Druck auf die Fertigung von ergonomischer, umweltfreundlicher Elektronik. Das STM32-Angebot umfasst die Mikrocontroller-Familien, die besonders an solche Anforderungen besonders angepasst sind, wie die mit dem Prozessor Sortex-M0+, die meist energiesparende Einheit aus dem Portfolio von ARM. Zur Erhaltung der Funktion im Schlafmodus benötigen Sie Strom mit einer Stärke von nur 230 nA und bei der Arbeit verbrauchen sie ca. 50 µA/MHz.
| Familie | Architektur | Frequenz [MHz] |
SRAM [kB] |
FLASH [kB] |
|---|---|---|---|---|
| STM32L0 | Cortex-M0+ | 25…32 | 2…20 | 8…192 |
| STM32L1 | Cortex-M3 | 32 | 4…80 | 32…512 |
| STM32L4 | Cortex-M4 | 80 | 40…320 | 64…1024 |
| STM32L4+ | Cortex-M4 | 120 | 320…640 | 512…2048 |
| STM32L5 | Cortex-M33 | 110 | 256 | 256…512 |
| STM32U0 | Cortex-M0+ | 56 | 12…40 | 16…256 |
| STM32U5 | Cortex-M33 | 160 | 272…3072 | 128…4096 |
Für kabellose Anwendungen
Zum Abschluss der Übersicht der Mikrocontroller STM32 sollen auch die Produkte erwähnt werden, die auf die kabellose Datenübertragung spezialisiert wurden. Im Fall der Familie STM32WB sind das Systeme, die auf zwei Prozessoren basieren: Cortex-4 (Überwachungs- und Funktionseinheit) sowie Cortex-0+, der in diesem Fall die Funktion einer Kommunikations-Gleitkommaeinheit übernimmt. Die Modelle aus dieser Gruppe bedienen standardmäßig Bluetooth in der Version BLE 5.4, sie wurden auch an die Anwendung in den Technologien Zigbee und OpenThread angepasst (de facto unterstützen sie alle Standards, sie in der Spezifikation IEEE 802.15.4** enthalten sind).
| Familie | Architektur | Frequenz [MHz] |
SRAM [kB] |
FLASH [kB] |
|---|---|---|---|---|
| STM32WB | Cortex-M4/0+ | 64 | 16…256 | 64…1024 |
Entwicklungskits
Die Entwickler, die an der Verwendung der Lösungen von STMicroelectronics Interesse haben, genießen eine breite Auswahl an den von dem Lieferanten vorbereiteten Entwicklungstools. Sie enthalten die Mikrocontroller STM8 oder STM32 und stellen eine bequeme Plattform zum Lernen, Prototypen und Testenzur Verfügung. Um den Benutzern die Migration aus anderen Umgebungen zu erleichtern, wurden die ausgewählten Modelle der Platinen mit Ausführungen ausgestattet, die mit dem Standard Arduino Uno kompatibel sind, was die Nutzung des breiten Erweiterungssortiments nutzen lässt, die für diese Plattform verfügbar sind. Vor allem hat der Lieferant jedoch für die Platzierung in Kreisen von Komponenten gesorgt, die für jede Mikrocontrollerart passend sind: GPIO-Ausführungen, Schnittstellenanschlüssen (Ethernet, USB, HDMI, Klinke 3,5 mm, RCA, MIPI-CSI/DSI, etc.), LCD-Displays, Speicherkartenbuchsen.
Zusätzlich sollte es noch beachtet werden, dass die STM-Entwicklungskits auch in Sonderversionen verfügbar sind, wie die Kreise zur Entwicklung von Projekten, die zur Steuerung von Motoren oder kabellosen Kommunikation dienen (mit integrierten WLAN/Bluetooth-Modulen).Entwicklungskits
Andere Systeme und Komponenten
Zum Sortiment von STMicroelectronics gehören auch andere Systeme und Komponenten, die mit dem Angebot an Mikrocontrollern indirekt verbunden sind. Und es sollte hier betont werden, dass nicht alle Produkte des Lieferanten, die im Katalog von TME verfügbar sind, in dieser Übersicht berücksichtigt wurden. Wir beschränken uns hier auf die am meisten in Mikroprozessor-Systemen verwendeten oder mithilfe von STM8/STM32-Lösungen gesteuerten Produkte.
Schnittstellensysteme
Um eine möglichst breite Kompatibilität des Stromkreises sicherzustellen, richten sich die Designer gerne auf die beliebten und bewährten Kommunikationsstandards aus. Im Falle von Profi-Geräten ist das vor allem die Reihenschnittstelle RS232, ihre verbesserte Version RS422 sowie der in der Industrie weit verbreitete Standard RS485.STMicroelectronics stellt viele Schnittstellensysteme her, die diese Kommunikationsmethoden unterstützen, somit ermöglichen sie das Zuschalten von mikrocontrollerbasierten Geräten (von einem beliebigen Hersteller) zu den Automations-, Steuerungssystemen und anderen normierten Installationen. Außer den durch die Spezifikation gewährten Störfestigkeit (Differenzsignale im RS-485-Standard) zeichnen sich die Schnittstellen auch durch den erhöhten ESD-Schutz aus (gegen elektrostatische Entladung). Dies ermöglich ihre Anwendung in der Industrie, in HLK-Treibern, Telekommunikation oder Robotik.Die Systeme sind in Versionen verfügbar, die mit Spannungen von 3 V bis 5,5 V DC versorgt sind. In einem einzelnen Paket können bis 5 Transceiver mit einer maximalen Übertragungsgeschwindigkeit bis 25 Mb/s enthalten sein. Alle angebotenen Produkte wurden in kompakten Formaten für die Oberflächenmontage (SMD) ausgeführt.
Schutzdioden
Hier wurden die mit der Kommunikation in größeren Installationen Absicherungen (ESD und der Einfluss der elektromagnetischen Strahlung, EMI) bereits erwähnt. In diesem Kontext lohnt es sich auch, auf die Halbleiter-Schutzelemente zu achten, die der Beschädigung der Systeme infolge von Überspannungen und Spannungssprüngen vorbeugen. Die Dioden Transil™, also die TVS-Komponenten (transient voltage suppressor), werden zum Dämpfen der Impulsstörungen eingesetzt, sie auf den Übertragungslinien vorkommen. Sie ermöglichen die Minimierung des Beschädigungsrisikos des Mikrocontrollers/der Schnittstelle. Ihre Reaktionszeit wird in einzelnen Pikosekunden gemessen.
Die TVS-Dioden (mono- und bidirektionale) sind in THT- und SMD-Versionen sowie in Form von Leitern verfügbar. Bemerkenswert ist die breite Spannweite von Parametern. Die Komponenten zeichnen sich durch eine Durchschlagspannung von 3,6 V bis 440 V aus und können die Leistungen bis 5 kW bei einem Impulsstrom bis sogar 0,5 kA zerstreuen. Ausgewählte Produkte wurden speziell für Automobil-Lösungen ausgeführt (vor allem für den Schutz im Rahmen des CAN-Busses).
Spannungsstabilisatoren
Bei der Vorstellung der Komponenten von STMicroelectronics sollen die Spannungsstabilisatoren nicht vergessen werden, die eine der Spezialitäten des Herstellers sind. Außer den klassischen linearen Elementen gibt es hier eine breite Auswahl an Lösungen, die einstellbar sind (von 0,5 V bis 37 V DC) oder eine LDO-Kennlinie haben (low-dropout) sowie DC/DC-Schaltnetzteile von Typen buck und boost, die Spannungen mit Werten von 0,2 V bis 900 V DC bei max. 4 A** liefern. Die Produkte sind in Versionen für Oberflächen- und Durchgangslochmontage verfügbar, die sich durch einen breiten Arbeitstemperaturbereich auszeichnen, auch in zwei- oder mehrkanaligen Versionen, die den Aufbau von komplexen Versorgungskreisen ermöglichen.
Außerdem bietet STM auch andere mit Stromversorgung verbundene Systeme, wie Bezugsspannungen, die präzise Ergebnisse von Messungen erzeugen lassen, die mithilfe von A/D-Wandlern durchgeführt werden. Es werden unabdingbare Elemente in Schaltkreisen sein, in denen die Mikrocontroller für die Arbeit mit analogen Sensoren verwendet werden, also zahlreichen Anwendungen im Bereich der breit zu verstehenden Automatik.Ein bemerkenswerter Vorschlag des Lieferanten sind die Ladecontroller und Überwachungseinheiten für Ladezustand der Akkus. Sie ermöglichen es, effiziente und sichere Geräte zu bauen, die mithilfe von Lithium-Ionen- oder Lithium-Polymer-Zellen mit Strom versorgt werden. Diese Systeme wurden in kompakten Gehäusen (z.B. SOT23-5) eingeschlossen, um das Entwerfen von kompakten Schaltkreisen zu erleichtern.
