ST72324Jx/ST72324Kx微控制器：功能、特性与应用分析

引言

在电子设计领域，微控制器是众多应用的核心组件。ST72324Jx/ST72324Kx微控制器专为5V工作范围设计，属于ST7微控制器家族。它适用于多种应用场景，32引脚设备适用于中程应用，42/44引脚设备则针对需要超过24个I/O端口的应用。不过需要注意的是，该产品已不推荐用于新设计。

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一、基本特性概述

1. 存储器

ST72324Jx/ST72324Kx配备了8 - 32K的双电压高密度闪存（HDFlash），具备读出保护功能，支持片上编程（ICP）和应用内编程（IAP）。同时，拥有384 - 1K字节的RAM，HDFlash的耐久性可达100个周期，在55°C下数据保留时间为20年。

2. 时钟、复位与电源管理

• 增强型低电压监控器（LVD）：用于主电源，具备可编程复位阈值。
• 辅助电压检测器（AVD）：带有中断功能。
• 时钟源：支持晶体/陶瓷谐振器振荡器、内部RC振荡器，还有时钟安全系统和外部时钟旁路。
• PLL：可实现2倍频率倍增。
• 四种节能模式：Halt、Active - Halt、Wait和Slow模式，可有效降低功耗。

3. 中断管理

采用嵌套中断控制器，拥有10个中断向量加上TRAP和RESET，具备9/6条外部中断线（分布在4个向量上），能够灵活处理各种中断情况。

4. I/O端口

多达32个I/O端口，包含32/24条多功能双向I/O线、22/17条备用功能线以及12/10条高灌电流输出线，可满足多样化的外部设备连接需求。

5. 定时器

配备4个定时器，包括主时钟控制器（具备实时基准、蜂鸣器和时钟输出功能）、可配置看门狗定时器、16位定时器A（具备1个输入捕获、1个输出比较、外部时钟输入、PWM和脉冲生成模式）以及16位定时器B（具备2个输入捕获、2个输出比较、PWM和脉冲生成模式）。

6. 通信接口

提供SPI同步串行接口和SCI异步串行接口，方便与外部设备进行数据通信。

7. 模拟外设

具备1个低电流耦合的10位ADC，拥有多达12个稳健的输入端口，可实现模拟信号的数字化转换。

8. 指令集

支持8位数据操作，包含63条基本指令和17种主要寻址模式，还有8x8无符号乘法指令，为软件开发提供了强大的支持。

二、详细功能分析

1. 闪存编程存储器

ST7的双电压HDFlash是一种非易失性存储器，可通过外部VPP电源进行整块或按扇区擦除，并以字节为单位进行编程。支持三种编程模式：插入编程工具、ICP和IAP。同时，具备寄存器访问安全系统（RASS），可防止意外编程或擦除。

2. 中央处理单元

该CPU采用全8位架构，包含6个内部寄存器，能够高效执行63条基本指令，具备快速的8位乘法运算和17种主要寻址模式，还支持低功耗的HALT和WAIT模式以及优先级可屏蔽的硬件中断和不可屏蔽的软件/硬件中断。

3. 电源、复位和时钟管理

• PLL：当输入时钟频率在2 - 4 MHz范围内时，可将频率倍增2倍，但不建议用于对时序精度要求较高的应用，且不能与内部RC振荡器一起使用。
• 多振荡器（MO）：主时钟可由外部源、4种晶体或陶瓷谐振器振荡器以及内部高频RC振荡器生成，每种振荡器都针对特定频率范围进行了优化，可通过选项字节进行选择。
• 复位序列管理器（RSM）：包含外部RESET源脉冲、内部LVD RESET和内部WATCHDOG RESET三种复位源，复位序列包括活动阶段、256或4096个CPU时钟周期延迟以及复位向量获取。
• 系统完整性管理（SI）：包含低电压检测器（LVD）和辅助电压检测器（AVD）功能，LVD可在VDD低于参考值时产生静态复位，AVD可监控主电源并在电压变化时产生中断。

4. 中断管理

ST7的增强型中断管理提供硬件中断和软件中断（TRAP），支持嵌套或并发中断管理，具备灵活的中断优先级和级别管理。中断屏蔽由CC寄存器的I1和I0位以及ISPRx寄存器管理，处理流程清晰，可确保系统的稳定运行。

5. 节能模式

• SLOW模式：通过降低内部时钟频率来降低功耗，并可根据可用电源电压调整内部时钟频率。
• WAIT模式：通过停止CPU来降低功耗，所有外设保持活动，直到中断或RESET发生。
• ACTIVE - HALT和HALT模式：是MCU的两种最低功耗模式，可通过执行“HALT”指令进入，具体模式取决于MCC/RTC中断使能标志（OIE位）。

6. I/O端口

I/O端口提供多种功能模式，包括数据传输、外部中断生成以及片上外设的备用信号输入/输出。每个端口包含数据寄存器（DR）、数据方向寄存器（DDR）和可选的选项寄存器（OR），可独立配置每个引脚的输入/输出模式。

7. 片上外设

• 看门狗定时器（WDG）：用于检测软件故障，当定时器溢出时会触发复位。可通过编程设置超时时间，在不同低功耗模式下有不同的行为表现。
• 主时钟控制器（MCC/RTC）：包括可编程CPU时钟预分频器、时钟输出信号和实时时钟定时器，每个功能可独立使用。
• 16位定时器：由可编程预分频器驱动的16位自由运行计数器，可用于脉冲长度测量、波形生成等多种用途，具备多种工作模式和相关寄存器。
• 串行外设接口（SPI）：支持全双工、同步串行通信，可作为主设备或从设备，具备多种主模式频率和可编程时钟极性和相位。
• 串行通信接口（SCI）：提供全双工、异步通信，支持NRZ标准格式，具备双波特率生成系统、可编程数据字长度等功能。
• 10位A/D转换器（ADC）：是一个10位逐次逼近型转换器，具备内部采样和保持电路，可对多达16个模拟输入通道进行转换。

三、电气特性

1. 绝对最大额定值

规定了电源电压、编程电压、输入电压等参数的最大允许值，超出这些值可能会对设备造成永久性损坏。

2. 工作条件

明确了内部时钟频率、工作电压、环境温度范围等工作条件，确保设备在正常工作时的稳定性。

3. 电源电流特性

详细说明了不同工作模式下的电源电流消耗，包括RUN、SLOW、WAIT、SLOW WAIT、HALT和ACTIVE - HALT模式，以及时钟源和片上外设的电流消耗。

4. 时钟和定时特性

给出了指令周期时间、中断反应时间等一般定时参数，以及外部时钟源、晶体和陶瓷谐振器振荡器、RC振荡器和PLL的相关特性。

5. 存储器特性

包括RAM和硬件寄存器的数据保留模式，以及FLASH存储器的工作频率、编程电压、电源电流等特性。

6. EMC特性

进行了电磁兼容性测试，包括功能EMS（电磁敏感性）、电磁干扰（EMI）和绝对最大额定值（电气敏感性）测试，为设备在电磁环境中的稳定性提供了参考。

7. I/O端口引脚特性

规定了输入低电平电压、输入高电平电压、注入电流等参数，以及输出驱动电流和控制引脚的特性。

四、设备配置和订购信息

1. 闪存选项字节

通过选项字节可选择微控制器的硬件配置，包括看门狗复位、电压检测、闪存读出保护、引脚封装选择、复位时钟周期选择、振荡器类型和范围以及PLL激活等。

2. 闪存设备订购信息

提供了不同封装、闪存容量和温度范围的ST72F324 Flash设备的订购代码。

3. 硅标识

可通过设备封装上的跟踪代码和包装盒标签上的内部销售类型来识别不同的ST72F324、ST72F324B和ST72324B设备。

4. 开发工具

STMicroelectronics提供了一系列硬件和软件开发工具，包括仿真器、在线调试套件、闪存编程工具和评估板等，方便开发者进行产品开发。

5. ST7应用笔记

涵盖了各种应用示例、驱动程序、通用目的、产品评估、产品迁移、产品优化、编程和工具以及系统优化等方面的应用笔记，为开发者提供了丰富的参考资料。

五、已知局限性

1. 所有设备

• 不再支持外部RC时钟源选项。
• 移除了时钟安全系统（CSS）功能。
• OSC1和/或OSC2引脚不能留空，否则可能导致主振荡器产生超出允许范围的频率，使设备处于不安全/未定义状态。
• 执行“POP CC”指令时发生中断请求，中断控制器可能无法识别中断源，默认传递RESET向量地址给CPU，可通过在“POP CC”指令前加“SIM”指令解决。
• 同时清除活动中断请求和相关标志时可能发生意外复位，可通过在复位活动中断请求前后执行SIM和RIM操作避免。
• 访问DDR和OR时，边缘检测器会自动禁用一个时钟周期，可能导致外部中断丢失，可通过软件检查中断引脚电平并采取相应措施解决。
• 16位定时器PWM模式下，向OC1R寄存器写入FFFC后第一个PWM脉冲会丢失。
• SCI发送单个中断字符时，中断字符持续时间可能比预期长，可通过软件请求在中断字符前生成空闲线解决。

2. 闪存设备

ST72F324J和ST72F324K设备中，若LVD禁用，则不支持内部RC振荡器。

六、总结

ST72324Jx/ST72324Kx微控制器具有丰富的功能和特性，适用于多种应用场景。但在使用过程中，开发者需要充分了解其已知局限性，并采取相应的解决措施，以确保设备的稳定运行。同时，随着技术的不断发展，STMicroelectronics推出了新的ST72F324B设备，在性能和价格上有了进一步的提升，开发者可根据实际需求进行选择。