Microcontroladores STM32 e placas de depuração para eles. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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Por muitos anos, radioamadores têm usado microcontroladores de oito bits das famílias PIC e AVR. Eles são populares devido ao seu baixo preço, documentação detalhada, facilidade de programação e facilidade de instalação. No entanto, muitas vezes há casos em que o poder de tal microcontrolador não é suficiente para resolver a tarefa. O exemplo mais simples é um medidor de frequência ou gerador de sinal em um microcontrolador, onde a frequência máxima medida ou gerada depende diretamente da velocidade de processamento ou saída de informações.

Além da velocidade, os microcontroladores de oito bits possuem outras limitações, por exemplo, em muitos modelos de AVR existe apenas uma porta serial de hardware, o que não permite receber informações de um dispositivo externo e enviar simultaneamente ao consumidor os resultados de seu processamento. Sem falar em coisas "banais" como exibir informações em um indicador gráfico, que requer grandes recursos, tanto de velocidade quanto de memória. Depois de analisar várias dessas limitações, o autor teve a ideia de mudar para microcontroladores da família STM32.

Por exemplo, considere dois microcontroladores da mesma categoria de preço - STM32F103C6 e ATmega328P.

Tabela 1

Seus parâmetros comparativos são dados na tabela. 1. Os resultados da comparação são até um tanto surpreendentes. Um microcontrolador de 32 bits não é apenas mais poderoso do que um microcontrolador de oito bits em quase todos os aspectos, mas também é mais barato. Obviamente, soldar um microcontrolador com um passo de pino de 0,5 mm em casa não é tão fácil. Felizmente, na maioria dos casos, isso não é necessário - existem muitas variedades de placas de depuração com microcontroladores da família STM32 no mercado, suficientes para várias aplicações. Vamos considerá-los com mais detalhes.

STM32F4-DESCOBERTA

Esta placa (mostrada na Fig. 1) é talvez a mais conveniente para iniciantes estudarem microcontroladores STM. Primeiro, ele possui um grande conjunto de periféricos. Além do microcontrolador, a placa possui um acelerômetro microeletromecânico, um microfone, um DAC de áudio, dois conectores USB, um botão e quatro LEDs.

Fig. 1

As saídas do microcontrolador são trazidas para os blocos de contato para montagem de conectores de pinos nas bordas esquerda e direita da placa, o que facilita a conexão de todos os dispositivos externos necessários a eles. O microcontrolador STM32F407VGT6 instalado na placa possui parâmetros muito bons: 1 MB de memória FLASH, 192 KB de RAM e frequência de clock de 168 MHz.

E, finalmente, a placa é equipada com um depurador ST-LINK/V2 embutido, que pode ser usado para depurar programas não apenas no microcontrolador da placa, mas também em microcontroladores da mesma família que estão em outras placas. A mudança para eles é realizada usando um jumper removível e um conector SWD.

O preço da placa é de cerca de 800 rublos, o que pode ser considerado bastante aceitável.

Placa de Desenvolvimento STM32F103RBT6

A próxima opção interessante é uma placa de depuração com um microcontrolador STM32F103RBT6 (Fig. 2).

Fig. 2

É um pouco mais fraco que o instalado na placa anterior - velocidade de clock de 72 MHz, 128 KB de memória FLASH e 20 KB de RAM, mas os periféricos são muito interessantes. Apresenta uma tela sensível ao toque TFT de 320' 240x2.8, porta USB integrada para comunicação com PC, slot para cartão de memória SD, quartzo de relógio de 32768 Hz, compartimento de bateria de relógio em tempo real e conector ST-LINK para programas de depuração.

O preço desta placa também é de cerca de 800 rublos, mas deve-se notar que não há um depurador embutido nela. Para baixar programas, você deve adquirir um depurador ST-LINK separado ou usar a placa STM32F4-DISCOVERY discutida acima.

Maple Mini

A semelhança externa desta placa (Fig. 3) com os conhecidos módulos Arduino é impressionante. E isso não é coincidência.

Fig. 3

A placa Maple Mini foi projetada para substituir o Arduino Nano. A linguagem de programação e o ambiente de desenvolvimento dos microcontroladores da família AVR instalados no Arduino foram adaptados para a família STM. Consulte http://leaflabs.com/docs/maple-q uickstart.html para obter mais informações sobre a linguagem de programação Maple IDE e o ambiente de desenvolvimento.

A placa de desenvolvimento possui um microcontrolador STM32F103CBT6 rodando a 72 MHz, com 128 KB de FLASH e 20 KB de RAM, o que é sem dúvida mais do que em qualquer módulo Arduino. E a maior vantagem é que o ambiente de desenvolvimento não mudou muito.

Separadamente, notamos que, apesar do tamanho em miniatura, o Maple Mini fornece um periférico muito diversificado: 34 linhas de E / S, dois canais de interface SPI e dois I2C, três portas seriais. Isso permite que você o aplique com sucesso em vários desenvolvimentos amadores. Devido ao seu pequeno tamanho, o Maple Mini pode ser embutido diretamente no dispositivo em desenvolvimento.

A placa original do Maple Mini pode ser comprada por US$ 35 no site original do Maple Mini. Outros $ 5 custarão o frete. Uma cópia da placa fabricada na China custará a metade.

software

Existem várias opções de ambientes de desenvolvimento que podem ser utilizados para preparar programas para microcontroladores da família STM32:

- IAR Embedded Workbench comercial, AtollicTrueSTUDIO, Keil, etc. bastante para a maioria dos projetos simples;

- Eclipse gratuito com compilador ARM-GCC requer configuração não trivial do compilador antes do uso. A única vantagem hoje é a capacidade de funcionar não apenas no Windows, mas também no Linux;

- gratuito CooCox IDE (CoIDE) baseado no mesmo editor Eclipse. Executa carregamento e depuração de programas via ST-LINK. Ao contrário da versão anterior, o CoIDE não requer nenhuma configuração especial e funciona imediatamente após a instalação. Esta opção é a mais conveniente e deve ser usada.

Vamos usar o CooCox IDE para criar um programa de exemplo para a placa STM32F4-DISCOVERY que implementa o clássico para o primeiro programa para qualquer LED piscante do microcontrolador. Existem quatro LEDs na placa STM32F4-DIS-COVERY, eles estão conectados aos pinos PD12-PD15 do microcontrolador. Vamos fazê-los piscar alternadamente.

Passo 1. Lançamos o ambiente de desenvolvimento CoIDE, criamos um projeto. Na lista suspensa mostrada na Fig. 4, selecione o microcontrolador STM32F407VG.

Fig. 4

Passo 2. Como mostrado na fig. 5, selecione os componentes que serão utilizados no projeto. Os principais são GPIO (entrada-saída), Biblioteca C (funções básicas da linguagem C) e M4 Core (funções centrais do processador). Quando um ou outro componente é ativado, o CoIDE copia automaticamente os arquivos necessários para a pasta do projeto, o que é muito conveniente.

Fig. 5

Passo 3. Inserindo o texto do programa. É bastante curto e é mostrado na Tabela. 2.

Como você pode ver, tudo é simples e óbvio. Aqueles que escreveram programas para microcontroladores AVR certamente verão construções familiares - inicialização de portas indicando a direção (entrada ou saída), o loop principal no qual as ações necessárias são executadas. Em geral, a sintaxe do programa é totalmente consistente com a linguagem C, cuja literatura é mais do que suficiente. Também existem muitos artigos sobre programação para STM32 na Internet. Muitos exemplos vêm com a placa de desenvolvimento e também podem ser usados ​​como amostras.

Após inserir o texto do programa pressionando o botão na tela "Download to flash", ele é carregado no microcontrolador. Os LEDs da placa começam a piscar. Separadamente, vale a pena observar os recursos de depuração - um ponto de interrupção pode ser definido em qualquer lugar do programa, você pode executar o programa passo a passo, visualizando os valores das variáveis.

Claro, este exemplo não é perfeito. Por exemplo, para controlar o piscar dos LEDs, você pode usar interrupções do timer, o que libera o loop principal do programa para outras tarefas. Aqueles que desejam podem lidar com isso por conta própria.

Conclusão

Em geral, após o primeiro contato, os microcontroladores da família STM32 deixaram uma impressão muito agradável. Tudo acabou não sendo tão difícil, e a conveniência do ambiente de desenvolvimento, o processo de depuração e um grande número de funções padrão até me lembraram um pouco da transição do MS DOS para o Windows - os pontos gerais parecem ser os mesmos, mas tudo é muito mais conveniente e funcional.

Mas a principal desvantagem dessa família para o desenvolvimento amador ainda é um passo muito pequeno para conclusões. Projetar e soldar uma placa com passo de chumbo de 0,5 mm em casa não é uma tarefa trivial. Mas, com os preços atuais, as placas de depuração com microcontroladores já montados são bastante acessíveis a todos os radioamadores.

Vale a pena refazer tudo para STM e arquitetura de 32 bits? Claro que não. Existem tarefas para as quais o ATtiny é suficiente. Mas, por exemplo, para analisar o espectro em um receptor SDR caseiro ou para receber e transmitir grandes quantidades de informações em uma rede, é muito mais eficiente usar imediatamente um microcontrolador poderoso para não ficar sem memória ou desempenho ao melhorar o dispositivo.

Autor: D. Elyuseev

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