Быстрое освоение микроконтроллеров STM32. Ёмкостный датчик касаний без внешней обвязки на STM32 Discovery Обвязка stm32 описание и инструкция по программированию

ARM. STM32 быстрый старт

Данная статья, которая является еще одним “быстрым стартом” в освоении ARM-контроллеров, возможно поможет сделать первые шаги в освоении 32-битных контроллеров ARM на базе ядра Cortex-M3 – STM32F1xxx серии. Возможно данная статья (которых на эту тему появляется как грибов после дождя) станет для кого-то полезной.

Введение

Почему ARM?
1. Есть из чего выбрать (разными производителями сегодня выпускается более 240 ARM-контроллеров)
2. Низкая цена (например за 1$ можно получить 37хI / O, 16K Flash, 4K RAM, 2xUART, 10x12bitADC, 6x16bitPWM).

А начнем нашу работу с контроллеров фирмы ST Microelectronics. Контроллеры на основе ядра ARM Cortex-M3 характеризуются широким набором периферии, высоким уровнем рабочих характеристик, низкой цене
P.S. В самом начале создается впечатление, что ARM’ы это какие-то страшные (в пайке, разводке, программировании) существа. Но это только на первый взгляд 🙂 и вы в этом сами убедитесь.

Итак, изучать ARMы будем на примере контроллеров STM32F1. Одновременно эта серия имеет несколько линеек:

Value line STM32F100 – 24 МГц CPU, motor control, CEC.
Access line STM32F101 – 36 МГц CPU, до 1 Mб Flash
USB access line STM32F102 – 48 МГц CPU with USB FS
Performance line STM32F103 – 72 МГц, до 1 Mб Flash, motor control, USB, CAN
Connectivity line STM32F105/107 – 72 МГц CPU, Ethernet MAC, CAN, USB 2.0 OTG

Также существует следующая классификация:

STM32F101xx, STM32F102xx, STM32F103xx

Connectivity line devices

Придется часто лазить здесь
Еще скажу несколько слов об этом ресурсе. Ясное дело, выбираем нужный контроллер и попадаем на страницу с кучей файлов в формате. рdf. (вкладка Design support). Можно читать все, но достаточно ознакомиться с такими файлами:
1. REFERENCE MANUAL (содержит полную спецификацию на контроллер).
2. ERRATA SHEET (содержит описание ошибок, которые могут возникать при работе с периферией).
3. Остальные документы содержат примеры работы с периферией, вопросы, связанные с программированием, описание некоторых библиотек, а с самого низа страницы можно найти EVARM-проекты демоплат и подобное ПО.

Архитектура

Итак, наш контроллер STM32 содержит в себе Cortex-M3 процессор (M означает серию для бюджетных устройств). Для того, чтобы начать программировать ARMы и не пользоваться только default’ными примерам и настройками нужно иметь представление об их архитектуре. Для начала:
1) 32-битный МК, выполненный по Гарвардской архитектуре (память программ и данных разделены),
2) имеет несколько отдельных шин и 3-ступенчатый конвейер и более 10 регистров общего назначения, что позволяет выполнять операции параллельно и (большинство) – за один такт.
3) набор инструкций – Thumb-2 (смесь 16 – и 32-битных команд, ориентированный на компиляторы C / C + +).

Рассмотрим упрощенную блок-схему шинной архитектуры STM32:

Архитектура на примере линейки Connectivity devices

Итак, давайте коротко пройдемся по основам основ:
Матрица шин (bus matrix) – контроллер высокоскоростных шин, обеспечивающий независимую связь и арбитраж (в случае одновременного доступа к одному ресурсу) между системной шиной и шиной данных ядра, DMA, Ethernet (masters) и периферией – SRAM, FLASH, AHB (slaves) .

Шины ядра:
ICode bus – 32-битная шина инструкций — обеспечивает связь ядра с интерфейсом инструкций Flash.
DCode bus – шина данных — обеспечивает связь ядра с интерфейсом данных во Flash.
System bus – системная шина ядра — обеспечивает связь ядра и периферии
Flash interface (FLITF) интерфейс Flash-памяти — обеспечивает чтение, запись, стирание, чтение с буфером предварительной выборки, защиту памяти (от записи или чтения).
AHB system bus (Advanced High-performance Bus) — шина, которая связывает матрицу шин и периферийные шины APB (Advanced Peripheral Bus (Bridge)). Шина AHB, предназначена для управления, например, регистрами системной периферии (GPIO ЦАП и т.п.). Надо сказать, что шины APB1,2 работают на разных частотах: так APB2 может работать на частоте ядра, а быстродействие APB1 ограничено 36 МГц. Поэтому, на APB2 и висит скоростная периферия (АЦП, некоторые таймеры порты ввода / вывода и т.д.)
DMA (Direct Memory Access) — обеспечивает прямой доступ к памяти в обход ядра (нужно лишь задать что, откуда и куда передать, а DMA сам все возьмет и передаст кому надо через матрицу шин)
Reset & Clock Control (RCC) — обеспечивает тактирование ядра и периферии (которая по дефолту отключена от тактового сигнала) и сброс контроллера.

Стандартная схема подключения

И здесь для начинающих возникает вопрос в чем и как рисовать и разводить печатные платы для, например, 144-ногого микроконтроллера (48-ноги еще куда не шло). Однако ничего страшного в рисовании схемы, разводке и пайке данных контроллеров нет. Для этого можно пользоваться программой Eagle (она содержит библиотеку компонентов ST или в крайнем случае можно поискать в Интернете или скачать внизу статьи), можно попробовать рисовать платы в старом добром Sprint-е (хотя, первый вариант мне кажется более надежным). Ниже приведены стандартные схемы включения контроллеров семейства Value line STM32F100С4 и Connectivity line STM32F105

Читать еще: Виндовс 7 зависает при загрузке логотипа. Компьютер зависает после запуска

Привожу базовую схему подключения контроллеров STM32F1 и некоторые их нюансы:

Корпус: контроллеры STM32 помещены в корпусах LQFP с числом лапок от 48 до 144, при этом распиновка ножек контроллеров в одинаковых корпусах – совпадает, что не может не радовать.
Питание:
1. Контроллер питается от источника в 3.3 В (хотя можно подключать 2-3.6 В).
2. Хотя напряжение питания равно 3.3В, много ножек контроллера толерантны к 5В сигналов (см. в спецификации лапки с пометкой FT).
3. Vbat – используется для подключения резервного источника питания. Если в схеме резервный источник не используется, то Vbat надо посадить на общий источник питания.
4. Vdd_1 . 4 подтягиваем к «+», Vss_1 . 4 сажаем на «-» источника питания.
5. Спецификация на контроллер советует поставить параллельно источнику питания 5 конденсаторов в 100нФ (поближе к контроллеру) и один на 4.7мкФ (ближе к Vdd_3). Во многих схемах авторы часто не ставят их, думаю, если контроллер питается от чистого стабилизированного источника их можно не ставить.
6. Питание АЦП (он питается напряжением 2,4-3,6 В) и цифровой части схемы в STM32 разделены (для большей надежности, очевидно) и если мы не используем отдельный источник для АЦП, Vdda / Vssa сажаем на соответствующие выводы общего источника, иначе схема может работать некорректно и непредсказуемо. В 100-пиновых корпусах есть еще дополнительные лапки опорного источника АЦП Vref + / Vref-. Vref- нужно повесить на Vdda, а на Vref + можно бросить от 2,4 В до Vdda.
Резонатор. STM32 может тактироваться от:
1. Внутреннего высокочастотного генератора на 8 МГц (HSI).
2. Внутреннего низкочастотного источника тактовых импульсов 40 кГц (LSI).
3. Внешнего высокочастотного осциллятора (HSE).
4. Внешнего низкочастотного осциллятора на 32,768 кГц (LSE-генератор может работать вместе с HSE или синхросигналом и обеспечивает синхронизацию часов реального времени и работу оконного сторожевого таймера).
5. Внешнего сигнала синхронизации (его частота должна быть целым делителем максимальной рабочей частоты контроллера).
Сброс контроллера можно провести:
1. «заземлив» лапку NRST. Стоит сказать, что разработчик постарался и уже включил подтягивающий резистор этой лапки. (external reset)
2. С помощью одного из сторожевых таймеров независимого или оконного (IWDG или WWDG reset).
3. С помощью схемы слежения за низким напряжением (low-power management reset)
4. при входе в режим Standby
5. при входе в режим Stop
6. Программно – установкой определенного бита

Для удобства пайки LQFP корпусов, существуют переходники. Продаются на eBay, бывают универсальные и под фиксированное количество ножек. Средняя цена: 1$ за штуку, посмотреть можно здесь.

STM32 – микроконтроллер для начинающих после Arduino

Микроконтроллер STM32 – популярная и очень востребованная платформа, позволяющая создавать профессиональные решения для автоматизации в самых различных областях. В отличие от доступного Arduino, STM32 требует более глубокого погружения в детали, она сложнее для начинающих, для нее меньше учебников на русском. В этой статье мы постараемся дать базовую информацию о платформе, ее истории, подскажем, где можно скачать программы и библиотеки, как написать первый скетч.

Что такое STM32

STM32 – это платформа, в основе которой лежат микроконтроллеры STMicroelectronics на базе ARM процессора, различные модули и периферия, а также программные решения (IDE) для работы с железом. Решения на базе stm активно используются благодаря производительности микроконтроллера, его удачной архитектуре, малом энергопотреблении, небольшой цене. В настоящее время STM32 состоит уже из нескольких линеек для самых разных предназначений.

История появления

Серия STM32 была выпущена в 2010 году. До этого компанией STMicroelectronics уже выпускались 4 семейства микроконтроллеров на базе ARM, но они были хуже по своим характеристикам. Контроллеры STM32 получились оптимальными по свойствам и цене. Изначально они выпускались в 14 вариантах, которые были разделены на 2 группы – с тактовой частотой до 2 МГц и с частотой до 36 МГц. Программное обеспечение у обеих групп одинаковое, как и расположение контактов. Первые изделия выпускались со встроенной флеш-памятью 128 кбайт и ОЗУ 20 кбайт. Сейчас линейка существенно расширилась, появились новые представители с повышенными значениями ОЗУ и Flash памяти.

Достоинства и недостатки STM32

Низкая стоимость;
Удобство использования;
Большой выбор сред разработки;
Чипы взаимозаменяемы – если не хватает ресурсов одного микроконтроллера, его можно заменить на более мощной, не меняя самой схемы и платы;
Высокая производительность;
Удобная отладка микроконтроллера.

Высокий порог вхождения;
На данный момент не так много литературы по STM32;
Большинство созданных библиотек уже устарели, проще создавать свои собственные.

Читать еще: Курсовые работы, лабораторные и дипломы по информатике. Работа со строками

Минусы STM32 не дают пока микроконтроллеру стать заменой Ардуино.

Сравнение STM32 с Arduino

По техническим характеристикам Ардуино проигрывает STM32. Тактовая частота микроконтроллеров Ардуино ниже – 16 МГц против 72 МГц STM32. Количество выводов GRIO у STM32 больше. Объем памяти у STM32 также выше. Нельзя не отметить pin-to-pin совместимость STM32 – для замены одного изделия на другое не нужно менять плату. Но полностью заменить ардуино конкуренты не могут. В первую очередь это связано с высоким порогом вхождения – для работы с STM32 нужно иметь базис. Платы Ардуино более распространены, и, если у пользователя возникает проблема, найти решение можно на форумах. Также для Ардуино созданы различные шилды и модули, расширяющие функционал. Несмотря на преимущества, по соотношению цена/качество выигрывает STM32.

Семейство микроконтроллеров STM32 отличается от своих конкурентов отличным поведением при температурах от -40С до +80 С. Высокая производительность не уменьшается, в отличие от Ардуино. Также можно найти изделия, работающие при температурах до 105С.

Обзор продуктовых линеек

Семейство STM32 имеет широкий ассортимент изделий, различающихся по объему памяти, производительности, потреблению энергии и другим характеристикам.

Серии STM32F-1, STM32F-2 и STM32L полностью совместимы. Каждая из серий имеет десятки микросхем, которые можно без труда поменять на другие изделия. STM32F-1 была первой линейкой, ее производительность была ограничена. Из-за этого по характеристикам контроллеры быстро догнали изделия семейства Stellaris и LPC17. Позднее была выпущена STM32F-2 с улучшенными характеристиками – тактовая частота достигала 120 МГц. Отличается высокой процессорной мощностью, которая достигнута благодаря новой технологии производства 90 нм. Линейка STM32L представлена моделями, которые изготовлены по специальному технологическому процессу. Утечки транзисторов минимальны, благодаря чему приборы показывают лучшие значения.

Важно отметить, что контроллеры линейки STM32W не имеют pin-to-pin совместимости с STM32F-1, STM32F-2 и STM32L. Причина заключается в том, что линейку разрабатывала компания, которая предоставила радиочастотную часть. Это наложило ограничения на разработку для компании ST.

STM32F100R4

Микросхема STM32F100R4 имеет минимальный набор функций. Объем флэш памяти составляет 16 Кбайт, ОЗУ – 4 Кбайт, тактовая частота составляет 12 МГц. Если требуется более быстрое устройство с увеличенным объемом флэш-памяти до 128 Кбайт, подойдет STM32F101RB. USB интерфейс имеется у изделия STM32F103RE. Существует аналогичное устройство, но с более низким потреблением – это STM32L151RB.

Программное обеспечение для работы с контроллером

Для ARM архитектуры разработано множество сред разработки. К самым известным и дорогостоящим относятся инструменты фирм Keil и IAR System. Программы этих компаний предлагают самые продвинутые инструментарии для оптимизации кода. Также дополнительно существуют различные системы – USB стеки, TCP/IP-стеки и прочие. Применяя системы Keil, пользователь получает хороший уровень технической поддержки.

Также для STM32 используется среда разработки Eclipse и построенные на ней системы Atollic TrueStudio (платная) и CooCox IDE (CoIDE) (бесплатная). Обычно используется последняя. Ее преимущества перед другими средами разработки:

Свободно распространяемое программное обеспечение;
Удобство использования;
Имеется много примеров, которые можно загрузить.

Единственный недостаток среды разработки CooCox IDE – сборка есть только под Windows.

STM32 Discovery

Начать изучение микроконтроллера STM32 лучше с платы Discovery. Это связано с тем, что на этой плате есть встроенный программатор. Его можно подключить к компьютеру через USB кабель и использовать как в качестве программируемого микроконтроллера, так и для внешних устройств. Плата Discovery имеет полную разводку пинов с контроллера на пины платы. На плату можно подключать различные сенсоры, микрофоны и другие периферийные устройства.

Что потребуется для подключения STM32 к компьютеру

Чтобы начать работу, потребуются следующие компоненты:

Сама плата STM32 Discovery;
Datasheet на выбранную модель;
Reference manual на микроконтроллер;
Установленная на компьютер среда разработки.

В качестве примера первая программа будет рассмотрена в среде CooCox IDE.

Первая программа

Обучение следует начинать с простейшего – с Hello World. Для начала нужно установить CooCox IDE на компьютер. Установка стандартная:

Скачивается программа с официального сайта;
Там нужно ввести адрес своей электронной почты и начать загрузку файла с расширением .exe;
Нужно открыть CooCox IDE вкладку Project, Select Toolchain Path;
Указать путь к файлу;
Снова открыть среду разработки и нажать View -> Configuration на вкладку Debugger;
Теперь можно записывать программу.

Когда программа установлена, ее нужно открыть. Следует перейти во вкладку Browse in Repository и выбрать ST – свой микроконтроллер.

Далее на экране появится список библиотек, которые можно подключить. Для первой программы потребуются системные CMSIS core и CMSIS Boot, библиотека для работы с системой тактирования RCC, GPIO для работами с пинами.

Читать еще: Недорогой, но качественный профиль. Недорогой, но качественный профиль Недостаточно денежных средств ростелеком

Сама программа пишется как и для Ардуино, нужно знать основы языка Си.

В окошке Project следует открыть main.c. В коде в самом начале следует подключить библиотеки кроме CMSIS (они уже автоматически подключены). Добавляются они следующим образом:

Затем добавляется тактирование порта в главной функции main. Какой контакт за что ответственен, можно просмотреть в даташите к микроконтроллеру.

Для настройки параметров выводов следует прописать ее название и поставить точку. Во всплывающем меню будут указаны все характеристики. Их можно исправлять.

После этого нужно сделать зацикливание в while, чтобы светодиод мигал, пока не отключится питание.

Когда программа написана, ее можно загружать в контроллер. Если есть отладочная плата, ее нужно подключить через USB кабель и нажать Download Code To Flash. Если плата отсутствует, потребуется переходник, который нужно подключить к порту компьютера. Контакт BOOT 0 подключается к плюсу питания контроллера, а затем включается само питание МК. После этого начнется прошивка.

Чтобы загрузить программу в микроконтроллер, нужно следовать указаниям от приложения. Сначала прописывается код порта, к которому подключен микроконтроллер. Также указывается скорость. Советуется брать небольшое значение, чтобы не было сбоев. Программа найдет микроконтроллер, и нужно будет нажать кнопку «далее». Во вкладке Download to device нужно в поле Download from file выбрать написанную программу и нажать «далее».

После этого нужно отключить питание контроллера STM32, закрыть Flash Loader Demonstrator, выключить переходник. Теперь можно снова включить микроконтроллер в обычном режиме. Когда программа будет загружена, светодиод начнет мигать.

Работа в других программах проходит подобным образом. Также выбираются нужные библиотеки, и прописывается код. У платных утилит функционал больше, и можно создавать более сложные проекты.

ОБОРУДОВАНИЕ
ТЕХНОЛОГИИ
РАЗРАБОТКИ

Блог технической поддержки моих разработок

Главное меню

Урок 1. Введение. Общие сведения, скорее впечатления, об STM32.

Вводная статья курса уроков по программированию микроконтроллеров STM32.

Этой статьей начинаю цикл уроков, посвященных программированию микроконтроллеров STM32.

Тема очень интересная, по популярности может превзойти ”Уроки Ардуино”. В принципе, это в какой-то степени продолжение или расширение ”Уроков Ардуино”. По крайней мере, я собираюсь постоянно ссылаться на статьи из этой рубрики, проводить аналогию между ними и уроками STM32.

Я не призываю бросать программировать на Ардуино и переходить только на STM32. Но есть задачи, которые на Ардуино выполнить невозможно или намного сложнее. Да и разве плохо уметь создавать системы, устройства на обоих типах микроконтроллеров.

Язык программирования в принципе один и тот же. Тем более одинаковы аппаратные компоненты, подключаемые к контроллеру: кнопки, светодиоды, дисплеи, модули проводных и беспроводных технологий связи и т.п.

Много информации уже есть на сайте. Например, зачем мне заново рассказывать про технологию клиент-сервер, если в рубрике ”Уроки Ардуино” есть статья об этом.

Контроллеры STM32 значительно превосходят по техническим характеристикам платы Ардуино на 8 разрядных микроконтроллерах ATmega328, ATmega2560 и т.п. У них более высокая производительность, больше объем памяти, периферийные устройства разнообразнее по функциям, номенклатуре, количеству. STM32 позволяют реализовывать значительно более сложные задачи, чем платы Ардуино.

Несмотря на вышесказанное я считаю, что программировать STM32 не сложнее, чем Ардуино. По крайней мере, я собираюсь так преподнести материал. Хотя объем информации будет больше.

Уроки рассчитаны как на опытных программистов, изучающих STM32, так и на людей, делающих первые шаги в программировании. Т.е. я собираюсь приводить строгую информацию и сопровождать ее подробными пояснениями. Для второй категории читателей я буду давать ссылки на аналогичные темы в ”Уроках Ардуино”. Не хочется одно и то же ”разжевывать” несколько раз.

Буду преподносить оптимальный с моей точки зрения подход к программированию STM32. Кто-то может с ним не согласиться.

Итак. Я ставлю цель:

научить вас практическому программированию микроконтроллеров STM32;
расширить ваши знания в области программирования на языке C++, конечно у кого их не хватает;
представить строгую техническую информацию о контроллерах STM32 на русском языке;
какая-то часть уроков будет посвящена аппаратной части, подключаемой к микроконтроллеру.

Общие сведения о микроконтроллерах семейства STM32.

Возможности контроллеров STM32 потрясают! По крайней мере, меня.

Плата с микроконтроллером STM32F103C8T6 по стоимости сопоставима с ценой плат Ардуино на базе ATmega328 и значительно дешевле плат типа Arduino Mega2560.

По моей партнерской ссылке она стоит всего 175 руб.

Но по техническим характеристикам! Что стоит только сравнение разрядности обрабатываемых данных. 32 против 8!

У меня ощущение, что я сравниваю Ардуино не с маленькой дешевой платой, а с дорогим монстрообразным 32 разрядным контроллером. Судите сами.

голоса

Рейтинг статьи