Microcontroller e componenti dell'azienda STMicroelectronics
Microcontroller e componenti dell'azienda STMicroelectronicsData di pubblicazione: 24-10-2024 🕒 20 min di lettura
L'azienda STMicroelectronics è un produttore di componenti di fama mondiale. L'azienda offre una gamma completa di componenti a semiconduttori, tra cui: diodi, circuiti di interfaccia, regolatori di tensione e microcontroller. Molti di questi prodotti possono essere acquistati direttamente tramite la TME.
Di seguito vi presentiamo la nostra gamma di soluzioni del marchio STMicroelectronics. Questa comprende i gruppi più importanti di prodotti di questo marchio, dai diodi ai complessi microcontroller a 32 bit. Vale la pena notare che molti di questi componenti possono essere acquistati direttamente dai magazzini della TME, pertanto assicuriamo ai clienti una spedizione molto rapida. L'elenco include anche modelli disponibili su ordinazione speciale. Vi invitiamo a scoprire l'offerta.
Componenti dell'azienda STMicroelectronics
In questo articolo ci occuperemo di temi quali:
- Microcontroller a 8 bit: universali e per l'industria automobilistica
- Parametri base della serie STM32
- Circuiti a elevata potenza di calcolo
- Microcontroller compatti a 32 bit
- Soluzioni STM32 per dispositivi mobili
- Microcontroller per dispositivi IoT senza fili
- Apprendimento e prototipazione con i kit di sviluppo STM
- Implementazione di interfacce RS232/422/485
- Transil™ e protezione contro le sovratensioni per microcontroller
- Regolazione precisa della tensione e ricarica delle celle
Microcontroller
Per prima cosa, daremo un'occhiata ai microcontroller. Come nel caso di molti altri produttori, questi componenti si dividono in due gruppi principali: ossia chip a 8 bit e 32 bit. Attualmente, grazie alla miniaturizzazione e allo sviluppo di periferiche dedicate molti sistemi più semplici sono sufficienti per gestire con successo il funzionamento di dispositivi anche complessi. Allo stesso tempo: grazie al software messo a disposizione dalla STMicroelectronics, anche la configurazione e la programmazione dei chip a 32 bit non è difficile.
Microcontroller STM8 a 8 bit
Per le applicazioni semplici, in cui è sufficiente una potenza di calcolo inferiore, sono destinati i microcontroller STM8, ossia basati su un'architettura a 8 bit. Questi chip sono racchiusi in alloggiamenti SMD (LQFP, SO, TSSOP, UFQFPN) e sono disponibili in versioni alimentate mediante tensioni nell'intervallo 1,65…3,6 V o 3...5,5 V DC. Il core è sincronizzato con un segnale a 16 MHz o 24 MHz. Supporta i "classici" protocolli seriali (UART, I2C, SPI), e in modelli selezionati anche il protocollo CAN. Quest'ultima proprietà è correlata all'applicazione delle famiglie STM8AF e ASTM8AL, che sono state predisposte per applicazioni nell'industria automobilistica. Sono conformi alla norma AEC-Q100 e alla classificazione ASIL, inoltre sono caratterizzati da garanzia estesa di supporto da parte del produttore.
Per le applicazioni di consumo, industriali e di altro tipo sono destinati i componenti della famiglia STM8S. Dispongono di contatori a 8 bit, convertitori A/D a 10 bit (fino a 16) e memoria EEPROM integrati. Degno di nota è l'elevato numero di pin GPIO e la vasta scelta di alloggiamenti SMD (fino a 80 pin).L'ultimo gruppo di microcontroller a 8 bit è la famiglia STM8L, che si distingue per il consumo energetico ridotto. In modalità di sospensione questi tipi di sistemi necessitano di solo 300nA, pertanto sono conformi ai requisiti dei dispositivi alimentati a batteria/batteria ricaricabile, nonché dei circuiti remoti che generano energia attraverso celle fotovoltaiche o generatori eolici.
STM32, ossia soluzioni avanzate
I microcontroller a 32 bit del marchio STMicroelectronics sono noti come STM32. Si basano su core ARM Cortex-M. Nei chip vengono utilizzate diverse versioni di questi processori: M0, M3, M4, M7, M33. Di conseguenza, l'offerta comprende prodotti con potenza di calcolo diversificata, ma anche varianti ad alta efficienza energetica e dedicate, ad es. per applicazioni wireless.
Vale la pena notare fin dall'inizio che uno dei maggiori vantaggi della famiglia STM32 è il supporto a lungo termine offerto dal produttore e l'elevata affidabilità. Pertanto i microcontroller di questo gruppo vengono scelti con entusiasmo come "cuore" di dispositivi industriali o medicali. Inoltre è importante che la programmazione dei circuiti venga eseguita utilizzando l'ambiente STM32Cube, software gratuito sviluppato dal produttore. Quest'ultimo semplifica la configurazione e offre un livello di astrazione hardware per tutti i microcontroller a 32 bit del fornitore. Il modello STM32Cube dispone di una serie di librerie integrate che semplificano l'utilizzo delle interfacce (ad es. USB) o protocolli complessi (ad es. TCP/IP). Una descrizione più dettagliata dell'ambiente è riportata nel video qui sotto:
L'ampia gamma di applicazioni dei microcontroller STM32 è evidenziata al meglio dal numero impressionante di metodi di comunicazione da essi supportati. Dispongono di interfacce base come SPI, I2C, UART, tuttavia supportano anche la trasmissione dati tramite USB, CAN, IrDA. Modelli selezionati dispongono di controller di rete (Ethernet) integrato. L'offerta include anche chip che supportano i più diffusi standard di trasmissione dati audio-video (HDMI, I2S, SPDIF, MIPI, uscita DAC) che consente la realizzazione di interfacce grafiche (HMI) e dispositivi multimediali. Inoltre i chip STM32 dispongono anche di periferiche integrate, come ad es.: generatori PWM, contatori, convertitori ADC, amplificatori operazionali, orologi RTC ecc.
Queste ampie funzionalità rendono i prodotti del marchio STMicroelectronics soluzioni versatili e, grazie all'utilizzo della tecnologia Cortex-M, efficiente dal punto di vista energetico, sicuri e comodi per i progettisti. Si adattano perfettamente ai requisiti delle applicazioni moderne come dispositivi alimentati a batteria e IoT.Il produttore suddivide i chip STM32 in base alle loro specifiche generali, presentate nell'elenco seguente.
Processori ad alte prestazioni
Le unità di calcolo dei microcontroller STM32 sono disponibili in versioni con clock con segnali di frequenza fino a 600 MHz (per il core Cortex-M7), che consente di costruire driver complessi che funzionano in tempo reale. I loro vantaggi includono la memoria di programma con capacità fino a 2 MB e periferiche integrate avanzate, quali: timer e contatori con risoluzione fino a 32 bit, coprocessori crittografici (che assicurano il supporto per la crittografia PKA/AEC asimmetrica e simmetrica), interfacce SD/MMC, acceleratori grafici (Chrome-ART).
| Famiglia | Architettura | Frequenza [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 |
Modelli per applicazioni generali
I chip per applicazioni generali sono principalmente microcontroller caratterizzati da prezzi competitivi, che richiedono un numero minimo di componenti esterni (come i condensatori di disaccoppiamento/filtraggio). Sono disponibili in alloggiamenti SMD compatti (ad es. UFQFPN32). Famiglie di prodotti selezionate di questo gruppo (STM32F3, STM32G4) sono specializzate per la gestione di segnali misti attraverso l'integrazione di amplificatori operazionali, convertitori ADC e DAC ad alta risoluzione e comparatori.
| Famiglia | Architettura | Frequenza [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 |
Microcontroller ad alta efficienza energetica
Il basso consumo energetico è una delle caratteristiche più ricercate dei microcontroller nelle applicazioni moderne. Ciò è legato sia al crescente fabbisogno di dispositivi senza fili, alimentati a batteria, nonché dall'enfasi posta sulla produzione di dispositivi elettronici ergonomici ed ecologici. La gamma STM32 comprende famiglie di microcontroller specificamente adatte a requisiti come quelli dotati di un processore Cortex-M0+, l'unità più efficiente dal punto di vista energetico del portafoglio ARM. Necessitano di soli 230nA di corrente per mantenere il funzionamento in modalità di sospensione, e durante il funzionamento consumano circa 50μA/Mhz.
| Famiglia | Architettura | Frequenza [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 |
Per applicazioni senza fili
Alla fine della panoramica dei microcontroller STM32, vale la pena menzionare anche i prodotti specializzati per la trasmissione dati wireless. Nel caso della famiglia STM32WB, si tratta di chip basati su due processori: Cortex-4 (unità di supervisione e funzione) e Cortex-0+, che in questo caso funge da coprocessore di comunicazione. I modelli in questo gruppo supportano in modo nativo il Bluetooth nella versione BLE 5.4, sono stati predisposti per essere utilizzati nelle tecnologie Zigbee e OpenThread (di fatto supportano tutti gli standard inclusi nella specifica IEEE 802.15.4).
| Famiglia | Architettura | Frequenza [MHz] |
SRAM [kB] |
FLASH [kB] |
|---|---|---|---|---|
| STM32WB | Cortex-M4/0+ | 64 | 16…256 | 64…1024 |
Kit di sviluppo
I progettisti interessati ad utilizzare le soluzioni dell'azienda STMicroelectronics hanno un'ampia scelta di strumenti di sviluppo preparati da questo produttore. Includono microcontroller STM8 o STM32 e forniscono una comoda piattaforma per l'apprendimento, la prototipazione e i test. Per facilitare la migrazione degli utenti da altri ambienti, alcuni modelli di schede sono dotati di pin compatibili con lo standard Arduino Uno, che consente di sfruttare l'ampia gamma di estensioni disponibili per questa piattaforma. Soprattutto il produttore si è preoccupato di inserire nei circuiti componenti adeguati per ogni tipo di microcontroller: pin GPIO, connettori di interfaccia (Ethernet, USB, HDMI, jack audio da 3,5 mm, RCA, MIPI-CSI/DSI ecc.), display LCD, slot per schede di memoria.
Inoltre, va anche notato che i kit di sviluppo del marchio STM sono disponibili anche in versioni dedicate, come i circuiti per lo sviluppo di progetti per il controllo di motori o comunicazione wireless (con moduli connessione WiFi/Bluetooth integrati ).
Altri chip e componenti
La gamma di prodotti dell'azienda STMicroelectronics comprende anche altri circuiti e componenti, indirettamente correlati all'offerta di microcontroller. Va inoltre notato che questa panoramica non include tutti i prodotti del produttore disponibili nel catalogo della TME. Ci limitiamo qui ai prodotti più comunemente utilizzati nei sistemi a microprocessore o controllati tramite soluzioni STM8/STM32.
Circuiti di interfaccia
Al fine di garantire la più ampia compatibilità possibile del circuito, produttori e progettisti puntano a standard di comunicazione popolari e collaudati. Nel caso dei dispositivi professionali, si tratta principalmente di un'interfaccia seriale RS232, la sua versione migliorata RS422 e lo standard industriale comunemente utilizzato RS485.
L'azienda STMicroelectronics produce una serie di circuiti di interfaccia che supportano questi metodi di comunicazione, consentendo l'incorporazione di dispositivi basati su microcontroller (di qualsiasi produttore) in sistemi di automazione, di controllo e altri impianti standardizzati. Oltre agli standard di immunità alle interferenze previsti dalla specifica (segnali differenziali nello standard RS-485), le interfacce sono caratterizzate anche da maggiore protezione ESD (contro le scariche elettrostatiche). Ciò ne consente l'utilizzo nell'industria, nei controller HVAC, nelle telecomunicazioni o nella robotica.
I dispositivi sono disponibili in versioni alimentate con tensione da 3V a 5,5V DC. Un singolo pacchetto può includere fino a 5 ricetrasmettitori con una velocità di trasmissione massima fino a 25 Mbps. Tutti i prodotti offerti sono realizzati in formati compatti per il montaggio superficiale (SMD).
Diodi di protezione
In questo articolo abbiamo già citato le protezioni legate alla comunicazione in impianti più grandi (ESD e impatto delle radiazioni elettromagnetiche, EMI). In tale contesto, occorre prestare attenzione anche agli scaricatori a semiconduttore che consentono di prevenire danni agli impianti, dovuti a sovratensioni e picchi di tensione. I diodi Transil™, ossia i componenti di tipo TVS (transient voltage suppressor), vengono utilizzati per attenuare gli impulsi delle interferenze presenti nelle linee di trasmissione. Permettono di ridurre al minimo il rischio di danni al microcontroller/interfaccia. Il loro tempo di intervento viene misurato in picosecondi.
I diodi TVS (uni- e bidirezionali) sono disponibili in versioni THT e SMD, oltre che sotto forma di reti (array). Degna di nota è l'ampia gamma di parametri. I componenti hanno tensioni di breakdown che vanno da 3,6 V a 440 V e possono dissipare potenze fino a 5kW, con una corrente d'impulso che raggiunge persino 0,5 kA. Prodotti selezionati sono stati realizzati appositamente per le soluzioni del settore automotive (principalmente per la protezione all'interno del bus CAN).
Regolatori di tensione
Quando si parla dell'offerta di componenti del marchio STMicroelectronics è impossibile ignorare gli stabilizzatori di tensione, che costituiscono una delle specializzazioni di questo produttore. Oltre ai classici componenti lineari, questa categoria comprende un'ampia gamma di soluzioni regolabili (da 0,5 V a 37 V DC), con caratteristiche LDO (low-dropout), nonché convertitori switching DC/DC buck e boost, in grado di fornire tensioni da 0,2 V a 900 V DC, con un'intensità max. di 4A. I prodotti sono disponibili in versione a montaggio superficiale e a foro passante, con un'ampia gamma di temperature di impiego, nonché in varianti da 2" e multicanale per circuiti di potenza complessi.
Inoltre il marchio STM offre anche altri chip legati all'alimentazione, come ad es. chip di riferimento di tensione per ottenere risultati di misurazione precisi, realizzati con l'utilizzo di convertitori A/D. Si tratta di elementi indispensabili nei circuiti in cui i microcontroller vengono utilizzati assieme a sensori analogici, vale a dire numerose applicazioni nel campo dell'automazione largamente intesa.
Una proposta degna di nota di questo produttore sono i regolatori di carica e di monitoraggio delle condizioni della batteria. Permettono di costruire dispositivi efficienti e sicuri alimentati mediante l'utilizzo di celle agli ioni di litio o ai polimeri di litio. Questi chip sono inseriti in alloggiamenti compatti (ad es. SOT23-5), semplificando la progettazione di circuiti compatti.
