STM32L051x6/8：超低功耗32位MCU的卓越之選

在當今的電子設計領域，低功耗、高性能的微控制器（MCU）需求日益增長。STMicroelectronics推出的STM32L051x6/8系列MCU，憑借其出色的超低功耗特性和豐富的功能，成為眾多應用的理想選擇。今天，我們就來深入了解一下這款MCU的特點和優勢。

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一、產品概述

STM32L051x6/8是基于Arm? Cortex? - M0+內核的32位超低功耗MCU，提供了高達64KB的Flash、8KB的SRAM和2KB的EEPROM，還集成了12位ADC等豐富的外設。該系列MCU有8種不同的封裝類型，引腳從32到64不等，能滿足不同應用場景的需求。

1.1 應用領域廣泛

這款MCU適用于多種應用場景，如燃氣/水表和工業傳感器、醫療保健和健身設備、遠程控制和用戶界面、PC外設、游戲設備、GPS設備、報警系統、有線和無線傳感器以及視頻對講機等。

1.2 與參考手冊配合使用

在使用STM32L051x6/8時，建議將本數據手冊與STM32L0x1xx參考手冊（RM0377）結合閱讀。關于Arm? Cortex? - M0+內核的信息，可參考Cortex? - M0+技術參考手冊，該手冊可從www.arm.com網站獲取。

二、功能特性

2.1 低功耗模式

STM32L051x6/8支持動態電壓縮放，可在運行模式下優化功耗。它提供了三種功耗范圍和七種低功耗模式，以在低功耗、短啟動時間和可用喚醒源之間實現最佳平衡。

• 睡眠模式：僅CPU停止，所有外設繼續運行，可在中斷/事件發生時喚醒CPU。在16MHz下，所有外設關閉時的功耗約為1mA。
• 低功耗運行模式：通過將多速內部（MSI）RC振蕩器設置為低速時鐘（最大131kHz），從SRAM或Flash內存執行代碼，并將內部穩壓器設置為低功耗模式，以最小化穩壓器的工作電流。此模式下，時鐘頻率和啟用的外設數量都受到限制。
• 低功耗睡眠模式：通過在內部電壓穩壓器處于低功耗模式下進入睡眠模式來實現，同樣限制了時鐘頻率和啟用的外設數量。當事件或中斷觸發喚醒時，系統將恢復到穩壓器開啟的運行模式。
• 帶RTC的停止模式：在保留RAM和寄存器內容以及實時時鐘的同時實現最低功耗。VORE域中的所有時鐘停止，PLL、MSI RC、HSE晶體和HSI RC振蕩器禁用，LSE或LSI仍在運行，電壓穩壓器處于低功耗模式?？赏ㄟ^任何EXTI線在3.5μs內喚醒設備。
• 不帶RTC的停止模式：與帶RTC的停止模式類似，但不保留實時時鐘。同樣可通過任何EXTI線在3.5μs內喚醒。
• 帶RTC的待機模式：用于實現最低功耗和實時時鐘。內部電壓穩壓器關閉，整個VCORE域斷電，PLL、MSI RC、HSE晶體和HSI RC振蕩器也關閉，LSE或LSI仍在運行。進入待機模式后，除待機電路中的寄存器外，RAM和寄存器內容丟失?？稍?0μs內通過外部復位（NRST引腳）、IWDG復位、三個WKUP引腳之一的上升沿、RTC鬧鐘（鬧鐘A或鬧鐘B）、RTC篡改事件、RTC時間戳事件或RTC喚醒事件退出待機模式。
• 不帶RTC的待機模式：與帶RTC的待機模式類似，但不保留實時時鐘?？稍?0μs內通過外部復位（NRST引腳）或三個WKUP引腳之一的上升沿退出待機模式。

2.2 互連矩陣

多個外設直接互連，允許外設之間進行自主通信，節省CPU資源和功耗。這些硬件連接在運行、睡眠、低功耗運行、低功耗睡眠和停止模式下均可操作。

2.3 Arm? Cortex? - M0+內核與MPU

Cortex - M0+處理器是一款入門級32位Arm Cortex處理器，具有簡單的架構，易于學習和編程；超低功耗、高能效運行；出色的代碼密度；確定性、高性能的中斷處理；與Cortex - M處理器家族向上兼容；以及集成了內存保護單元（MPU），提供平臺安全穩健性等優點。

2.4 復位和電源管理

• 電源供應方案：VDD為1.65至3.6V，為I/O和內部穩壓器提供外部電源；VSSA和VDDA為1.65至3.6V，為ADC復位塊、RC和PLL提供外部模擬電源，且VDDA和VSSA必須分別連接到VDD和VSS。
• 電源供應監控器：設備集成了ZEROPOWER上電復位（POR）/掉電復位（PDR），可與欠壓復位（BOR）電路配合使用。有兩種版本可供選擇，一種是上電時激活BOR，工作電壓為1.8至3.6V；另一種是不激活BOR，工作電壓為1.65至3.6V。還提供了嵌入式可編程電壓檢測器（PVD），可監控電源供應并與PVD閾值進行比較。
• 穩壓器：有主（MR）、低功耗（LPR）和掉電三種運行模式。MR用于運行模式（標稱調節）；LPR用于低功耗運行、低功耗睡眠和停止模式；掉電用于待機模式，此時穩壓器輸出為高阻抗，內核電路斷電，除待機電路外，寄存器和RAM內容丟失。

2.5 時鐘管理

時鐘控制器將來自不同振蕩器的時鐘分配給內核和外設，還管理低功耗模式的時鐘門控并確保時鐘的穩健性。

• 時鐘預分頻器：可通過可編程預分頻器調整CPU和外設的時鐘頻率，以在速度和電流消耗之間取得最佳平衡。
• 安全時鐘切換：在運行模式下，可通過配置寄存器安全地切換時鐘源。
• 系統時鐘源：可使用1 - 25MHz高速外部晶體（HSE）、16MHz高速內部RC振蕩器（HSI）或多速內部RC振蕩器（MSI）來驅動主時鐘SYSCLK。
• 輔助時鐘源：有32.768kHz低速外部晶體（LSE）和37kHz低速內部RC（LSI）兩種超低功耗時鐘源，可用于驅動實時時鐘。
• RTC時鐘源：可選擇LSI、LSE或HSE源來為RTC提供時鐘。
• 啟動時鐘：復位后，微控制器默認以內部2MHz時鐘（MSI）重啟，應用程序可在代碼執行開始時更改預分頻比和時鐘源。
• 時鐘安全系統（CSS）：可通過軟件啟用。若HSE時鐘故障，主時鐘將自動切換到HSI，并在啟用時生成軟件中斷。還可啟用另一個時鐘安全系統，在LSE故障時提供中斷或喚醒事件。
• 時鐘輸出功能（MCO）：可輸出內部時鐘供應用程序外部使用。

2.6 低功耗實時時鐘和備份寄存器

實時時鐘（RTC）和5個備份寄存器在所有模式（包括待機模式）下均由電源供電。備份寄存器是5個32位寄存器，用于存儲20字節的用戶應用數據，系統復位或設備從待機模式喚醒時不會被復位。RTC是一個獨立的BCD定時器/計數器，具有日歷功能、自動校正、可編程鬧鐘、周期性喚醒、實時校正、參考時鐘檢測、數字校準電路、防篡改檢測和時間戳等功能。

2.7 通用輸入/輸出（GPIOs）

每個GPIO引腳可通過軟件配置為輸出（推挽或開漏）、輸入（帶或不帶上拉或下拉）或外設備用功能。大多數GPIO引腳與數字或模擬備用功能共享，可使用專用備用功能寄存器單獨重映射。所有GPIO均具有高電流能力，輸出速度可調節。I/O控制器連接到專用IO總線，切換速度高達32MHz。

2.8 存儲器

• SRAM：8KB嵌入式SRAM可在CPU時鐘速度下以0等待狀態進行讀寫操作，增強的總線矩陣確保在訪問系統總線（AHB和APB總線）時不會影響性能。
• 非易失性存儲器：分為三個陣列，包括32或64KB嵌入式Flash程序存儲器、2KB數據EEPROM和包含32個用戶和工廠選項字節以及4KB系統存儲器的信息塊。用戶選項字節可用于對存儲器進行寫保護或讀保護，防火墻可保護代碼/數據部分免受其他代碼的訪問。整個非易失性存儲器嵌入了錯誤校正碼（ECC）功能。

2.9 引導模式

啟動時，可通過BOOT0引腳和nBOOT1選項位選擇三種引導選項：從Flash存儲器引導、從系統存儲器引導或從嵌入式RAM引導。引導加載程序位于系統存儲器中，可使用SPI1、SPI2、USART1或USART2對Flash存儲器進行重新編程。

2.10 直接內存訪問（DMA）

靈活的7通道通用DMA能夠管理內存到內存、外設到內存和內存到外設的傳輸。支持循環緩沖區管理，避免控制器到達緩沖區末尾時產生中斷。每個通道連接到專用硬件DMA請求，并支持軟件觸發?？膳cSPI、I2C、USART、LPUART、通用定時器和ADC等主要外設配合使用。

2.11 模擬 - 數字轉換器（ADC）

嵌入式12位ADC可通過硬件過采樣擴展到16位，具有多達16個外部通道和3個內部通道（溫度傳感器、電壓參考）。支持單觸發或掃描模式轉換，ADC頻率獨立于CPU頻率，最大采樣率可達1.14MSPS，功耗低，具有自動關機功能。還具有硬件過采樣器和模擬看門狗功能，可與通用定時器同步。

2.12 溫度傳感器

溫度傳感器（TSENSE）產生的電壓VSENSE隨溫度線性變化，內部連接到ADC_IN18輸入通道。每個設備在出廠時由ST進行單獨校準，校準數據存儲在系統存儲器區域，可通過只讀模式訪問。

2.13 超低功耗比較器和參考電壓

嵌入了兩個共享相同電流偏置和參考電壓的比較器，參考電壓可以是內部或外部的。一個比較器具有超低功耗，另一個比較器具有軌到軌輸入、快速或慢速模式。兩個比較器都可以從停止模式喚醒設備，并可組合成窗口比較器。內部參考電壓可通過低功耗/低電流輸出緩沖器外部提供。

2.14 系統配置控制器

提供了將一些備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定時器輸入捕獲的路由，以及內部模擬信號到ADC、COMP1和COMP2以及內部參考電壓VREFINT的路由。

2.15 定時器和看門狗

• 通用定時器（TIM2、TIM21和TIM22）：基于16位自動重載上/下計數器，具有不同的通道和功能，可同步工作或與其他定時器配合使用。
• 低功耗定時器（LPTIM）：具有獨立時鐘，在停止模式下也可運行，可從停止模式喚醒設備，支持多種功能。
• 基本定時器（TIM6）：可作為通用16位時基使用。
• SysTick定時器：專為操作系統設計，也可作為標準遞減計數器使用。
• 獨立看門狗（IWDG）：基于12位遞減計數器和8位預分頻器，由獨立的37kHz內部RC時鐘驅動，可在停止和待機模式下工作。
• 窗口看門狗（WWDG）：基于7位遞減計數器，可作為看門狗在出現問題時復位設備，具有早期警告中斷功能。

2.16 通信接口

• I2C總線：兩個I2C接口（I2C1、I2C2）可在多主或從模式下運行，支持標準模式（Sm，高達100kbit/s）、快速模式（Fm，高達400kbit/s）和快速模式加（Fm+，高達1Mbit/s），具有可編程的模擬和數字噪聲濾波器。I2C1還提供對SMBus 2.0和PMBus 1.1的硬件支持，可從停止模式喚醒MCU。
• 通用同步/異步接收器發送器（USART）：兩個USART接口（USART1、USART2）可實現高達4Mbit/s的通信速度，提供硬件流控制、多處理器通信模式、主同步通信和單線程半雙工通信模式等功能，支持SmartCard通信、IrDA SIR ENDEC、LIN主/從能力、自動波特率檢測等，可從停止模式喚醒MCU。
• 低功耗通用異步接收器發送器（LPUART）：支持異步串行通信，功耗最低，支持半雙工單線程通信和調制解調器操作，可從停止模式喚醒系統，喚醒事件可編程。
• 串行外設接口（SPI）/集成聲音（I2S）：最多兩個SPI可在主從模式下實現高達16Mbit/s的全雙工和半雙工通信，支持硬件CRC生成/驗證。一個標準I2S接口可在主或從模式下運行，支持16/32位分辨率的音頻采樣頻率。

2.17 循環冗余校驗（CRC）計算單元

用于使用可配置的生成多項式值和大小獲取CRC代碼，可用于驗證數據傳輸或存儲的完整性。

2.18 串行線調試端口（SW - DP）

提供Arm SW - DP接口，允許將串行線調試工具連接到MCU。

三、引腳描述

文檔詳細介紹了不同封裝類型（如LQFP64、TFBGA64、WLCSP36等）的引腳定義和備用功能，為工程師進行硬件設計提供了詳細的參考。

四、電氣特性

4.1 參數條件

除非另有說明，所有電壓均參考VSS。文檔給出了最小值和最大值、典型值、典型曲線、負載電容、引腳輸入電壓等參數的條件和測量方法。

4.2 絕對最大額定值

給出了電壓、電流和熱特性的絕對最大額定值，超過這些值可能會對設備造成永久性損壞。

4.3 工作條件

包括內部時鐘頻率、電源電壓、輸入電壓、功耗等工作條件的范圍和要求。

4.4 嵌入式復位和電源控制塊特性

提供了VDD上升和下降時間率、復位暫態時間、上電/掉電復位閾值、欠壓復位閾值、可編程電壓檢測器閾值等參數。

4.5 電源電流特性

電流消耗是多個參數和因素的函數，文檔詳細給出了不同工作模式（運行、睡眠、低功耗運行、低功耗睡眠、停止、待機）下的電流消耗測量結果。

4.6 喚醒時間

給出了從低功耗模式喚醒的時間，包括睡眠、停止和待機模式，測量使用MSI或HSI16 RC振蕩器。

4.7 外部時鐘源特性

介紹了高速和低速外部用戶時鐘的特性，包括頻率、電壓、時間、電容、占空比等參數。

4.8 內部時鐘源特性

給出了16MHz HSI16振蕩器、低速內部（LSI）RC振蕩器和多速內部（MSI）RC振蕩器的特性，包括頻率、精度、啟動時間、功耗等參數。

4.9 PLL特性

提供了PLL輸入和輸出時鐘頻率、鎖定時間、抖動、電流消耗等參數。

4.10 存儲器特性

包括RAM和硬件寄存器的數據保留模式、Flash存儲器和數據EEPROM的工作電壓、編程時間、電流消耗、耐久性和保留時間等參數。

4.11 EMC特性

進行了電磁敏感性（EMS）和電磁干擾（EMI）測試，給出了測試結果和相關建議。

4.12 電氣敏感性特性

通過靜電放電（ESD）和靜態閂鎖測試確定設備的電氣敏感性，給出了ESD絕對最大額定值和電氣敏感性等級。

4.13 I/O電流注入特性

對I/O引腳進行電流注入測試，給出了不同引腳的注入電流限制和功能敏感性結果。

4.14 I/O端口特性

包括I/O靜態特性、輸出驅動電流、輸出電壓水平和輸入/輸出AC特性等參數。

4.15 NRST引腳特性

給出了NRST引腳的輸入低電平電壓、輸入高電平電壓、輸出低電平電壓、施密特觸發器電壓滯后、弱上拉等效電阻等參數。

4.16 12位ADC特性

詳細介紹了ADC的特性，包括模擬供應電壓、電流消耗、時鐘頻率、采樣率、外部觸發頻率、轉換電壓范圍、外部輸入阻抗、采樣開關電阻、內部采樣和保持電容、校準時間、觸發轉換延遲、抖動、采樣時間、內部LDO上電時間、ADC穩定時間和總轉換時間等參數。

4.17 溫度傳感器特性

給出了溫度傳感器的校準值、線性度、平均斜率、電壓、電流消耗和啟動時間等參數。

4.18 比較器特性

介紹了兩個比較器的特性，包括模擬供應電壓、輸入電壓范圍、啟動時間、傳播延遲、偏移、偏移變化、電流消耗等參數。

4.19 定時器特性

給出了TIM定時器的分辨率時間、外部時鐘頻率、分辨率、計數器時鐘周期和最大可能計數等參數。

4.20 通信接口特性

• **I2C接口