October 2001

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Rev. 1.7

ST92141

8/16-BIT MCU FOR 3-PHASE AC MOTOR CONTROL

0-25 MHz Operation (internal clock) @ 5V±10%
voltage range

-40°C to +85°C Operating Temperature Range

Fully Programmable PLL Clock Generator, with
Frequency Multiplication and low frequency,
low cost external crystal (3-5 MHz)

Minimum Instruction Cycle time: 160 ns - (@ 25
MHz internal clock frequency)

Internal Memory:
EPROM/OTP/FASTROM 16K bytes
RAM 512 bytes

224 general purpose registers available as RAM,
accumulators or index pointers (register file)

32-pin Dual Inline and 34-pin Small Outline
Packages

15 programmable I/O pins with Schmitt Trigger
input, including 4 high sink outputs (20mA @
V

=3V)

4 Wake-up Interrupts (one usable as Non-
Maskable Interrupt) for emergency event
management

3-phase Induction Motor Controller (IMC)
Peripheral with 3 pairs of PWM outputs and
asynchronous emergency stop

Serial Peripheral Interface (SPI) with Master/
Slave Mode capability

16-bit Timer with 8-bit Prescaler usable as a
Watchdog Timer

16-bit Standard Timer with 8-bit Prescaler

16-bit Extended Function Timer with Prescaler, 2
Input Captures and 2 Output Compares

8-bit Analog to Digital Converter allowing up to
6 input channels with autoscan and watchdog
capability

Low Voltage Detector Reset

Rich Instruction Set with 14 Addressing Modes

Division-by-Zero trap generation

Versatile Development Tools, including
Assembler, Linker, C-compiler, Archiver,
Source Level Debugger and Hardware
Emulators with Real-Time Operating System
available from Third Parties

DEVICE SUMMARY

DEVICE

Program

Memory

(Bytes)

RAM

(Bytes)

PACKAGE

ST92P141

16K FASTROM

512

PSDIP32/

SO34

ST92E141

16K EPROM

512

CSDIP32W

ST92T141

16K OTP

512

PSDIP32/

SO34

PSDIP32

SO34 Shrink

CSDIP32W

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Table of Contents

179

1 GENERAL DESCRIPTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.1.1

ST9+ Core . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.1.2

Power Saving Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.1.3

System Clock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.1.4

Low Voltage Reset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.1.5

I/O Ports . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.1.6

3-phase Induction Motor Controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.1.7

Watchdog Timer (WDT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.1.8

Standard Timer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.1.9

Extended Function Timer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.1.10 Serial Peripheral Interface (SPI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.1.11 Analog/Digital Converter (ADC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.2 PIN DESCRIPTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.2.1

I/O Port Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.2.2

I/O Port Reset State . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.3 MEMORY MAP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

1.3.1

Memory Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

1.3.2

EPROM Programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

1.4 REGISTER MAP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2 DEVICE ARCHITECTURE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2.1 CORE ARCHITECTURE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2 MEMORY SPACES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2.2.1

Register File . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2.2.2

2.3 SYSTEM REGISTERS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.3.1

Central Interrupt Control Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.3.2

Flag Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

2.3.3

2.3.4

Paged Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

2.3.5

Mode Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

2.3.6

Stack Pointers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

2.4 MEMORY ORGANIZATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.5 MEMORY MANAGEMENT UNIT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.6 ADDRESS SPACE EXTENSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

2.6.1

Addressing 16-Kbyte Pages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

2.6.2

Addressing 64-Kbyte Segments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

2.7 MMU REGISTERS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

2.7.1

DPR[3:0]: Data Page Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

2.7.2

CSR: Code Segment Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

2.7.3

ISR: Interrupt Segment Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

2.7.4

DMASR: DMA Segment Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

2.8 MMU USAGE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

2.8.1

Normal Program Execution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

2.8.2

Interrupts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

2.8.3

DMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

3 INTERRUPTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

3.1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

3/179

Table of Contents

3.2 INTERRUPT VECTORING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

3.2.1

Divide by Zero trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

3.2.2

Segment Paging During Interrupt Routines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

3.3 INTERRUPT PRIORITY LEVELS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.4 PRIORITY LEVEL ARBITRATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

3.4.1

Priority level 7 (Lowest) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

3.4.2

Maximum depth of nesting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

3.4.3

Simultaneous Interrupts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

3.4.4

Dynamic Priority Level Modification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

3.5 ARBITRATION MODES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

3.5.1

Concurrent Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

3.5.2

Nested Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

3.6 EXTERNAL INTERRUPTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.7 TOP LEVEL INTERRUPT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.8 ON-CHIP PERIPHERAL INTERRUPTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.9 NMI/WKP0 LINE MANAGEMENT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

3.9.1

NMI/Wake-Up Event Handling in Run mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

3.9.2

NMI/Wake-Up Event Handling in STOP mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

3.9.3

Unused Wake Up Management Unit lines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

3.10 INTERRUPT RESPONSE TIME . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.11 INTERRUPT REGISTERS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.12 WAKE-UP / INTERRUPT LINES MANAGEMENT UNIT (WUIMU) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

3.12.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.12.2 Main Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.12.3 Functional Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
3.12.4 Programming Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.12.5 Register Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

4 EM CONFIGURATION REGISTERS (EM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

5 RESET AND CLOCK CONTROL UNIT (RCCU) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

5.1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
5.2 CLOCK CONTROL UNIT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

5.2.1

Clock Control Unit Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

5.3 CLOCK MANAGEMENT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

5.3.1

PLL Clock Multiplier Programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

5.3.2

CPU Clock Prescaling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

5.3.3

Peripheral Clock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

5.3.4

Low Power Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

5.3.5

Interrupt Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

5.4 CLOCK CONTROL REGISTERS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
5.5 OSCILLATOR CHARACTERISTICS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
5.6 RESET/STOP MANAGER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

5.6.1

Reset Pin Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

5.7 STOP MODE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
5.8 LOW VOLTAGE DETECTOR (LVD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

6 I/O PORTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

6.1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
6.2 SPECIFIC PORT CONFIGURATIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

4/179

Table of Contents

179

6.3 PORT CONTROL REGISTERS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
6.4 INPUT/OUTPUT BIT CONFIGURATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
6.5 ALTERNATE FUNCTION ARCHITECTURE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

6.5.1

Pin Declared as I/O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

6.5.2

Pin Declared as an Alternate Function Input . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

6.5.3

Pin Declared as an Alternate Function Output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

6.6 I/O STATUS AFTER WFI, HALT AND RESET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

7 ON-CHIP PERIPHERALS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

7.1 TIMER/WATCHDOG (WDT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

7.1.1

Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

7.1.2

Functional Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

7.1.3

Watchdog Timer Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

7.1.4

WDT Interrupts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

7.1.5

7.2 STANDARD TIMER (STIM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

7.2.1

Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

7.2.2

Functional Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

7.2.3

Interrupt Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

7.2.4

7.2.5

7.3 EXTENDED FUNCTION TIMER (EFT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

7.3.1

Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

7.3.2

Main Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

7.3.3

Functional Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

7.3.4

Interrupt Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

7.3.5

7.4 3-PHASE INDUCTION MOTOR CONTROLLER (IMC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

7.4.1

Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

7.4.2

Main Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

7.4.3

Functional Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

7.4.4

Tacho Counter Operating mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

7.4.5

IMC Operating mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

7.4.6

IMC Output selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

7.4.7

NMI management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

7.4.8

7.5 SERIAL PERIPHERAL INTERFACE (SPI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

7.5.1

Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

7.5.2

Main Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

7.5.3

General Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

7.5.4

Functional Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

7.5.5

Interrupt Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144

7.5.6

7.6 ANALOG TO DIGITAL CONVERTER (ADC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

7.6.1

Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

7.6.2

Functional Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

7.6.3

Interrupts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

7.6.4

8 ELECTRICAL CHARACTERISTICS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

Ð­Ð»ÐµÐºÑ‚Ñ€Ð¾Ð½Ð½Ñ‹Ð¹ ÐºÐ¾Ð¼Ð¿Ð¾Ð½ÐµÐ½Ñ‚: ST92P141K4M6

ÐÐ»ÐµÐºÑ‚Ñ€Ð¾Ð½Ð½Ñ‹Ð¹ ÐºÐ¾Ð¼Ð¿Ð¾Ð½ÐµÐ½Ñ‚: ST92P141K4M6