STM32L051x6/8：超低功耗32位MCU的卓越之选

在当今的电子设计领域，低功耗、高性能的微控制器（MCU）需求日益增长。STMicroelectronics推出的STM32L051x6/8系列MCU，凭借其出色的超低功耗特性和丰富的功能，成为众多应用的理想选择。今天，我们就来深入了解一下这款MCU的特点和优势。

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一、产品概述

STM32L051x6/8是基于Arm® Cortex® - M0+内核的32位超低功耗MCU，提供了高达64KB的Flash、8KB的SRAM和2KB的EEPROM，还集成了12位ADC等丰富的外设。该系列MCU有8种不同的封装类型，引脚从32到64不等，能满足不同应用场景的需求。

1.1 应用领域广泛

这款MCU适用于多种应用场景，如燃气/水表和工业传感器、医疗保健和健身设备、远程控制和用户界面、PC外设、游戏设备、GPS设备、报警系统、有线和无线传感器以及视频对讲机等。

1.2 与参考手册配合使用

在使用STM32L051x6/8时，建议将本数据手册与STM32L0x1xx参考手册（RM0377）结合阅读。关于Arm® Cortex® - M0+内核的信息，可参考Cortex® - M0+技术参考手册，该手册可从www.arm.com网站获取。

二、功能特性

2.1 低功耗模式

STM32L051x6/8支持动态电压缩放，可在运行模式下优化功耗。它提供了三种功耗范围和七种低功耗模式，以在低功耗、短启动时间和可用唤醒源之间实现最佳平衡。

• 睡眠模式：仅CPU停止，所有外设继续运行，可在中断/事件发生时唤醒CPU。在16MHz下，所有外设关闭时的功耗约为1mA。
• 低功耗运行模式：通过将多速内部（MSI）RC振荡器设置为低速时钟（最大131kHz），从SRAM或Flash内存执行代码，并将内部稳压器设置为低功耗模式，以最小化稳压器的工作电流。此模式下，时钟频率和启用的外设数量都受到限制。
• 低功耗睡眠模式：通过在内部电压稳压器处于低功耗模式下进入睡眠模式来实现，同样限制了时钟频率和启用的外设数量。当事件或中断触发唤醒时，系统将恢复到稳压器开启的运行模式。
• 带RTC的停止模式：在保留RAM和寄存器内容以及实时时钟的同时实现最低功耗。VORE域中的所有时钟停止，PLL、MSI RC、HSE晶体和HSI RC振荡器禁用，LSE或LSI仍在运行，电压稳压器处于低功耗模式。可通过任何EXTI线在3.5µs内唤醒设备。
• 不带RTC的停止模式：与带RTC的停止模式类似，但不保留实时时钟。同样可通过任何EXTI线在3.5µs内唤醒。
• 带RTC的待机模式：用于实现最低功耗和实时时钟。内部电压稳压器关闭，整个VCORE域断电，PLL、MSI RC、HSE晶体和HSI RC振荡器也关闭，LSE或LSI仍在运行。进入待机模式后，除待机电路中的寄存器外，RAM和寄存器内容丢失。可在60µs内通过外部复位（NRST引脚）、IWDG复位、三个WKUP引脚之一的上升沿、RTC闹钟（闹钟A或闹钟B）、RTC篡改事件、RTC时间戳事件或RTC唤醒事件退出待机模式。
• 不带RTC的待机模式：与带RTC的待机模式类似，但不保留实时时钟。可在60µs内通过外部复位（NRST引脚）或三个WKUP引脚之一的上升沿退出待机模式。

2.2 互连矩阵

多个外设直接互连，允许外设之间进行自主通信，节省CPU资源和功耗。这些硬件连接在运行、睡眠、低功耗运行、低功耗睡眠和停止模式下均可操作。

2.3 Arm® Cortex® - M0+内核与MPU

Cortex - M0+处理器是一款入门级32位Arm Cortex处理器，具有简单的架构，易于学习和编程；超低功耗、高能效运行；出色的代码密度；确定性、高性能的中断处理；与Cortex - M处理器家族向上兼容；以及集成了内存保护单元（MPU），提供平台安全稳健性等优点。

2.4 复位和电源管理

• 电源供应方案：VDD为1.65至3.6V，为I/O和内部稳压器提供外部电源；VSSA和VDDA为1.65至3.6V，为ADC复位块、RC和PLL提供外部模拟电源，且VDDA和VSSA必须分别连接到VDD和VSS。
• 电源供应监控器：设备集成了ZEROPOWER上电复位（POR）/掉电复位（PDR），可与欠压复位（BOR）电路配合使用。有两种版本可供选择，一种是上电时激活BOR，工作电压为1.8至3.6V；另一种是不激活BOR，工作电压为1.65至3.6V。还提供了嵌入式可编程电压检测器（PVD），可监控电源供应并与PVD阈值进行比较。
• 稳压器：有主（MR）、低功耗（LPR）和掉电三种运行模式。MR用于运行模式（标称调节）；LPR用于低功耗运行、低功耗睡眠和停止模式；掉电用于待机模式，此时稳压器输出为高阻抗，内核电路断电，除待机电路外，寄存器和RAM内容丢失。

2.5 时钟管理

时钟控制器将来自不同振荡器的时钟分配给内核和外设，还管理低功耗模式的时钟门控并确保时钟的稳健性。

• 时钟预分频器：可通过可编程预分频器调整CPU和外设的时钟频率，以在速度和电流消耗之间取得最佳平衡。
• 安全时钟切换：在运行模式下，可通过配置寄存器安全地切换时钟源。
• 系统时钟源：可使用1 - 25MHz高速外部晶体（HSE）、16MHz高速内部RC振荡器（HSI）或多速内部RC振荡器（MSI）来驱动主时钟SYSCLK。
• 辅助时钟源：有32.768kHz低速外部晶体（LSE）和37kHz低速内部RC（LSI）两种超低功耗时钟源，可用于驱动实时时钟。
• RTC时钟源：可选择LSI、LSE或HSE源来为RTC提供时钟。
• 启动时钟：复位后，微控制器默认以内部2MHz时钟（MSI）重启，应用程序可在代码执行开始时更改预分频比和时钟源。
• 时钟安全系统（CSS）：可通过软件启用。若HSE时钟故障，主时钟将自动切换到HSI，并在启用时生成软件中断。还可启用另一个时钟安全系统，在LSE故障时提供中断或唤醒事件。
• 时钟输出功能（MCO）：可输出内部时钟供应用程序外部使用。

2.6 低功耗实时时钟和备份寄存器

实时时钟（RTC）和5个备份寄存器在所有模式（包括待机模式）下均由电源供电。备份寄存器是5个32位寄存器，用于存储20字节的用户应用数据，系统复位或设备从待机模式唤醒时不会被复位。RTC是一个独立的BCD定时器/计数器，具有日历功能、自动校正、可编程闹钟、周期性唤醒、实时校正、参考时钟检测、数字校准电路、防篡改检测和时间戳等功能。

2.7 通用输入/输出（GPIOs）

每个GPIO引脚可通过软件配置为输出（推挽或开漏）、输入（带或不带上拉或下拉）或外设备用功能。大多数GPIO引脚与数字或模拟备用功能共享，可使用专用备用功能寄存器单独重映射。所有GPIO均具有高电流能力，输出速度可调节。I/O控制器连接到专用IO总线，切换速度高达32MHz。

2.8 存储器

• SRAM：8KB嵌入式SRAM可在CPU时钟速度下以0等待状态进行读写操作，增强的总线矩阵确保在访问系统总线（AHB和APB总线）时不会影响性能。
• 非易失性存储器：分为三个阵列，包括32或64KB嵌入式Flash程序存储器、2KB数据EEPROM和包含32个用户和工厂选项字节以及4KB系统存储器的信息块。用户选项字节可用于对存储器进行写保护或读保护，防火墙可保护代码/数据部分免受其他代码的访问。整个非易失性存储器嵌入了错误校正码（ECC）功能。

2.9 引导模式

启动时，可通过BOOT0引脚和nBOOT1选项位选择三种引导选项：从Flash存储器引导、从系统存储器引导或从嵌入式RAM引导。引导加载程序位于系统存储器中，可使用SPI1、SPI2、USART1或USART2对Flash存储器进行重新编程。

2.10 直接内存访问（DMA）

灵活的7通道通用DMA能够管理内存到内存、外设到内存和内存到外设的传输。支持循环缓冲区管理，避免控制器到达缓冲区末尾时产生中断。每个通道连接到专用硬件DMA请求，并支持软件触发。可与SPI、I2C、USART、LPUART、通用定时器和ADC等主要外设配合使用。

2.11 模拟 - 数字转换器（ADC）

嵌入式12位ADC可通过硬件过采样扩展到16位，具有多达16个外部通道和3个内部通道（温度传感器、电压参考）。支持单触发或扫描模式转换，ADC频率独立于CPU频率，最大采样率可达1.14MSPS，功耗低，具有自动关机功能。还具有硬件过采样器和模拟看门狗功能，可与通用定时器同步。

2.12 温度传感器

温度传感器（TSENSE）产生的电压VSENSE随温度线性变化，内部连接到ADC_IN18输入通道。每个设备在出厂时由ST进行单独校准，校准数据存储在系统存储器区域，可通过只读模式访问。

2.13 超低功耗比较器和参考电压

嵌入了两个共享相同电流偏置和参考电压的比较器，参考电压可以是内部或外部的。一个比较器具有超低功耗，另一个比较器具有轨到轨输入、快速或慢速模式。两个比较器都可以从停止模式唤醒设备，并可组合成窗口比较器。内部参考电压可通过低功耗/低电流输出缓冲器外部提供。

2.14 系统配置控制器

提供了将一些备用功能重新映射到不同I/O端口的能力，可控制不同I/O到TIM2、TIM21、TIM22和LPTIM定时器输入捕获的路由，以及内部模拟信号到ADC、COMP1和COMP2以及内部参考电压VREFINT的路由。

2.15 定时器和看门狗

• 通用定时器（TIM2、TIM21和TIM22）：基于16位自动重载上/下计数器，具有不同的通道和功能，可同步工作或与其他定时器配合使用。
• 低功耗定时器（LPTIM）：具有独立时钟，在停止模式下也可运行，可从停止模式唤醒设备，支持多种功能。
• 基本定时器（TIM6）：可作为通用16位时基使用。
• SysTick定时器：专为操作系统设计，也可作为标准递减计数器使用。
• 独立看门狗（IWDG）：基于12位递减计数器和8位预分频器，由独立的37kHz内部RC时钟驱动，可在停止和待机模式下工作。
• 窗口看门狗（WWDG）：基于7位递减计数器，可作为看门狗在出现问题时复位设备，具有早期警告中断功能。

2.16 通信接口

• I2C总线：两个I2C接口（I2C1、I2C2）可在多主或从模式下运行，支持标准模式（Sm，高达100kbit/s）、快速模式（Fm，高达400kbit/s）和快速模式加（Fm+，高达1Mbit/s），具有可编程的模拟和数字噪声滤波器。I2C1还提供对SMBus 2.0和PMBus 1.1的硬件支持，可从停止模式唤醒MCU。
• 通用同步/异步接收器发送器（USART）：两个USART接口（USART1、USART2）可实现高达4Mbit/s的通信速度，提供硬件流控制、多处理器通信模式、主同步通信和单线程半双工通信模式等功能，支持SmartCard通信、IrDA SIR ENDEC、LIN主/从能力、自动波特率检测等，可从停止模式唤醒MCU。
• 低功耗通用异步接收器发送器（LPUART）：支持异步串行通信，功耗最低，支持半双工单线程通信和调制解调器操作，可从停止模式唤醒系统，唤醒事件可编程。
• 串行外设接口（SPI）/集成声音（I2S）：最多两个SPI可在主从模式下实现高达16Mbit/s的全双工和半双工通信，支持硬件CRC生成/验证。一个标准I2S接口可在主或从模式下运行，支持16/32位分辨率的音频采样频率。

2.17 循环冗余校验（CRC）计算单元

用于使用可配置的生成多项式值和大小获取CRC代码，可用于验证数据传输或存储的完整性。

2.18 串行线调试端口（SW - DP）

提供Arm SW - DP接口，允许将串行线调试工具连接到MCU。

三、引脚描述

文档详细介绍了不同封装类型（如LQFP64、TFBGA64、WLCSP36等）的引脚定义和备用功能，为工程师进行硬件设计提供了详细的参考。

四、电气特性

4.1 参数条件

除非另有说明，所有电压均参考VSS。文档给出了最小值和最大值、典型值、典型曲线、负载电容、引脚输入电压等参数的条件和测量方法。

4.2 绝对最大额定值

给出了电压、电流和热特性的绝对最大额定值，超过这些值可能会对设备造成永久性损坏。

4.3 工作条件

包括内部时钟频率、电源电压、输入电压、功耗等工作条件的范围和要求。

4.4 嵌入式复位和电源控制块特性

提供了VDD上升和下降时间率、复位暂态时间、上电/掉电复位阈值、欠压复位阈值、可编程电压检测器阈值等参数。

4.5 电源电流特性

电流消耗是多个参数和因素的函数，文档详细给出了不同工作模式（运行、睡眠、低功耗运行、低功耗睡眠、停止、待机）下的电流消耗测量结果。

4.6 唤醒时间

给出了从低功耗模式唤醒的时间，包括睡眠、停止和待机模式，测量使用MSI或HSI16 RC振荡器。

4.7 外部时钟源特性

介绍了高速和低速外部用户时钟的特性，包括频率、电压、时间、电容、占空比等参数。

4.8 内部时钟源特性

给出了16MHz HSI16振荡器、低速内部（LSI）RC振荡器和多速内部（MSI）RC振荡器的特性，包括频率、精度、启动时间、功耗等参数。

4.9 PLL特性

提供了PLL输入和输出时钟频率、锁定时间、抖动、电流消耗等参数。

4.10 存储器特性

包括RAM和硬件寄存器的数据保留模式、Flash存储器和数据EEPROM的工作电压、编程时间、电流消耗、耐久性和保留时间等参数。

4.11 EMC特性

进行了电磁敏感性（EMS）和电磁干扰（EMI）测试，给出了测试结果和相关建议。

4.12 电气敏感性特性

通过静电放电（ESD）和静态闩锁测试确定设备的电气敏感性，给出了ESD绝对最大额定值和电气敏感性等级。

4.13 I/O电流注入特性

对I/O引脚进行电流注入测试，给出了不同引脚的注入电流限制和功能敏感性结果。

4.14 I/O端口特性

包括I/O静态特性、输出驱动电流、输出电压水平和输入/输出AC特性等参数。

4.15 NRST引脚特性

给出了NRST引脚的输入低电平电压、输入高电平电压、输出低电平电压、施密特触发器电压滞后、弱上拉等效电阻等参数。

4.16 12位ADC特性

详细介绍了ADC的特性，包括模拟供应电压、电流消耗、时钟频率、采样率、外部触发频率、转换电压范围、外部输入阻抗、采样开关电阻、内部采样和保持电容、校准时间、触发转换延迟、抖动、采样时间、内部LDO上电时间、ADC稳定时间和总转换时间等参数。

4.17 温度传感器特性

给出了温度传感器的校准值、线性度、平均斜率、电压、电流消耗和启动时间等参数。

4.18 比较器特性

介绍了两个比较器的特性，包括模拟供应电压、输入电压范围、启动时间、传播延迟、偏移、偏移变化、电流消耗等参数。

4.19 定时器特性

给出了TIM定时器的分辨率时间、外部时钟频率、分辨率、计数器时钟周期和最大可能计数等参数。

4.20 通信接口特性

• **I2C接口