Обвязка stm32 описание и инструкция по программированию. Подключение COG LCD дисплея на ST7565R контроллере

Однажды, я решил обновить свой ряд отладочных плат. Особой потребности в работе с новыми контроллерами я на текущий момент не испытываю, по этому было решено сделать принципиально другую отладку. В ней я хотел реализовать следующие фичи:

Возможность автономной работы. Порой очень хочется взять какое-то устройство с собой «на прогулку» или работу, но к предыдущим платам было необходимо внешнее питание. Хотелось бы, чтобы питание было бы на самой плате.

Использовать достаточно мощный чип. Так как я длительное время использовал свою отладку на stm32f100, то по мере проектов я осознал, что хочу по максимуму использовать чипы. Так как возможностей последнего мне стало не хватать (мало ног и низкая частота 24МГц), то я решил пересесть на чуть больший чип: STM32F103 , на котором у меня уже была удачная отладка, но не получившая очень широкого применения.

Использовать аккумуляторы типоразмера 18650, которые мне так полюбились своим отношением ёмкость/цена.

Использовать встроенный контроллер питания от mini-usb на MCP73833 . Хотелось попробовать сделать заводскую плату с хорошим отведением тепла от микросхемы, и посмотреть на что получится разогнать данный контроллер заряда без внешнего радиатора.

Использовать так мною любимый TPS63000 для создания 3,3В линии. Это не очень эффективный контроллер питания с точки зрения тока холостого хода, но он работает как повышающий/понижающий преобразователь, что позволяет использовать весь заряд батареи при выходном высоком выходном токе(единицы ампер).

Сделать маркировку всех сигнальных выводов платы.

Ну и так по мелочи:

Кварцы 5032 (ни одного сбоя за всё время работы)

Smd0603+кондёры 0805 на самых маленьких футпринтах.

Разделение аналоговой и цифровой земель в устройстве

Разъёмы с шагом 2,54 тип мама(PBS20) для того, чтобы в моих макетках сделанных лутом уставлять имеющиеся у меня в большом количестве разъёмы тогоже типа, но папы(дешевле выходит).

Полностью одностороннюю пайку(за исключением разъёмов под аккумулятор).

Тестирование DC-DC преобразователя.

После этого я принялся за тестирование. Для этого специально купил резистор SQP5-4R7 чтобы протестировать контроллер DC-DC на ток ~1А. В результате тестов резистор прогревался до 110*С (узнавал по пирометру), что приводило к некоторой просадке сопротивления и росту тока до 1А.

В результате было установлено, что шумов дополнительных не появляется, а вся система работает как часы. При этом температура DC-DC преобразователя находится в диапазоне 35-40*С при температуре внешней среды +27*С. Конечно, я понимаю, что с ростом нагрузки будут рости и пульсации, но я думаю что когда будет от линии питания микроконтроллера работать и достаточная силовая нагрузка, то особая точность аналоговой части не потребуется.

Тестирование зарядного устройства.

Честно говоря это первый раз, когда я решил сделать промышленно изготовленную плату с MCP73833. В предыдущий раз я посмотрел то, что данный контроллер вообще заряжает и работать + ознакомился на практике с алгоритмом его работы. В данном случае, так как приближалась сдача диплома, а попробовать очень хотелось, я просто разобрал предыдущую плату и аккуратно перенёс все компоненты на новую. В результате, при заряде батарейки после предыдущего теста я зафиксировал, что при зарядном токе в 375мА температура контроллера заряда не достигает и 45*С. Это говорит о том, что можно смело перепаять резистор управляющий зарядом, чтобы увеличить зарядный ток. Я его подниму до 500мА, а вот дальше не пойду. Связано это не с теплом, которое будет выделятся на микросхеме, а с тем, что не все мои пяти вольтовые блоки питания для мобильников выдают более 500мА. Особых защит, в тех что я смотрел, нет, и это может привести к проблемам в электросети.

Недостатки разработанной платы.

Проведя эти тесты, а также представляя как я буду работать в дальнейшем с этой платой, выяснился ряд факторов, которые я не учёл в данном проекте:

У меня не хватило опыта в трассировке для того, чтобы установить в данной печатной плате выключатель on/off на батарейку. Конечно, я это отлично умею делать путём выдёргивания 18650 из разъёма или установкой специальной пластиковой пластины. Но это же костыль друзья мои. Хорошо бы было доделать выключатель.

Нет BMS у аккумулятора на плате, хотя он нужен. Чисто технически TPS63000 работает в диапазоне входных напряжений 1,8-6В. Это возможно при глубоком разряде аккумулятора будет приводить к его порче. Это проблема решается некоторой модификацией самой батарейки и установлением в неё дешёвого bms прямо на батарейку со впихиванием/подрезанием одного из контактов. Опять же не критично, но с костылями.

В разъёме USB по цифровым линиям ничего не подключено. В этом котроллере есть встроенный USB интерфейс, но я его не вывел на разъём. Связано это с тем, что в текущих проектах это не нужно и поставить нормальную обвязку usb интерфейса на плате(с защитными диодами и микросхемой согласования уровней мне как то не доводилось).

Нет светодиода PowerGood на плате. Когда чип работает, ничего о этом не говорит. Сделано это намеренно, чтобы продлить срок жизни аккумулятора, но порой не удобно. В дальнейшем я думаю сделать на мало используемом пине светодиод и дать ссылку на код включения светодиода при работе контроллера

Недостаточная компактность платы. Текущие габариты платы 34х80 мм. Всегда хочется решение компактнее. Может и получится. Хотя с другой стороны, на обратной стороне печатной платы не так много и места.

Некоторым не очень удобный разъём для программирования и кнопка резет. Дотянутся до неё когда внутри плата сложно, но опять же можно отвёрткой (костыли).

Достаточно высокая цена устройства. Я делал прототипным производством в панели, по этому цена снижена, но один чёрт далека от китайской ардуинки/стмки за 200 руб.

Всем желающим такую штуку себе.

В настоящее время есть 2 таких платы, так что все желающие могу её приобрести за 1700 руб без доставки и аккумулятора 18650. Почему я не высылаю аккумулятор? – дело в почте России. Я был бы счастлив, если бы они пересылали аккумуляторы, хотя первому заказавшему я постараюсь отправить одну 18650 банку сразу с устройством бесплатно.

Связаться со мной можно по почте: [email protected]

С моей точки зрения о цене: сейчас за эти деньги можно купить оригинальное ардуино или дискавери с Китая. Но ни то, ни другое вы не сможете взять с собой на целый день без внешнего обвеса и аккумуляторов. А тут вы получается готовую штуку, в которую можно вставить свою плату и получить очень жёсткую конструкцию, которую можно спокойно носить с собой не переживая, что где-то отойдёт пайка или устройство испытает короткое замыкание.

Рисунок 1. Схема элементов STM32F103RC_board

Некоторая доработка. Версия 1.0.

Так уж получилось, что готовя плату к первой продаже (не мой вышезапаянный образец) я решил доделать в ней ряд фичей, для потребителя.

С первого взгляда бросаются следующие вещи:

Нет «гребёнки» PBS-30 для вставки в печатную плату. К моему сожалению тут работает 2 фактора (они у меня закончились и заказчик попросил их не ставить.

Разъём для программирования сделан другими угловыми выводами. В прошлый раз я тоже хотел использовать такие выводы, но в доступном мне магазине их не было. В итоге, меня случайно занесло на один из московских радиорынков, где я нашёл широчайший выбор данных разъёмов и купил нужных.

Светодиоды немного другие. К моему сожалению я беру SMD-светодиоды из большой кучи, и не всегда сам знаю какого они цвета. В этот раз это два зелёных и один белый светодиод.

Но дьявол часто кроется в деталях, так оказывается и тут. На данной плате я пробовал разные резисторы в управлении зарядным током. В итоге было выявлено, что микросхема MCP73833 на данной плате нормально держит ток в 800мА и при заряде с 2,5В Li-Ion батареек прогревается до 65-70*С. Конечно, по даташиту она работает с токами до 2А, но я честно пока не представляю как их реализовать на корпусе msop-10. Может быть в следующем корпусе, в котором эта проблема решается лучше, получится вытянуть 2А.

Дополнительной мелкой деталью, которую мало кто вообще заметит, является установка индуктивности от Murata а не её китайского брата близнеца с неизвестным именем. Выглядят они похоже, только данная лучше экранированна.

Предосторожность.

Во время проведения полной диагностической проверки я спалил один STM32F103RCT6. Как я это сделал:

Я взял обычный мультиметр и ткнулся им в резистор обратной связи. Пр этом TPS63000 видит просадку напряжения на обратной связи и начинает быстро повышать напряжение на своём выходе. В итоге, по проведённому тесту с отпаянным контроллером: напряжение в импульсе вырастало до 7В. При этом контроллер испытывал перенапряжение и умирал.

Забавно происходило потом: по входу на 3,6В контроллер начинал потреблять 0,6А. Это связано с тем, что в TPS63000 встроена защита по току в 2А, Именно данный ток и протекал через убитый микроконтроллер. При этом работоспособность всей оставшейся схемы сохранялась.

Диагностировать данную проблему легко: достаточно подключить индивидуальный измерительный термометр (палец) к контроллеру, и если он начинает прогреваться, то значит он мёртв.

Упаковка отправленной платы

Отсылая данную плату моему коллеге , я решил её упаковать получше, чтобы Почта Р. не сломало всё. В итоге получилось так:





Отладочная плата STM32 Discovery предназначена для изучения возможностей и принципов программирования 32-разрядных ARM микроконтроллеров серии STM32 от фирмы STMicroelectronics . На плате установлены все необходимые элементы для начала работы с данными микросхемами. Структура платы разделена на две части – отладчик ST-Link и непосредственно сам микроконтроллер.

Микроконтроллер

На плате STM32 Discovery установлен микроконтроллер STM32F100RBT6B, являющийся одним из наиболее простых в серии STM32. STM32F100RBT6B представляет собой 32-разрядный процессор с ядром ARM, серии Cortex-M3. Объем встроенной памяти составляет 128кБ Flash-памяти и 8кБ ОЗУ. Микросхема выполнена в 64 выводном корпусе LQFP для поверхностного монтажа.

Из периферийных устройств в STM32F100 реализованы:

  • 5 портов ввода вывода
  • 12-битный АЦП
  • 2 12-битных ЦАП
  • 3 интерфейса USART
  • интерфейс SPI
  • два интерфейса I2C
  • таймеры

Обвязка микроконтроллера

Помимо микроконтроллера на плате STM32 Discovery специалистами STMicroelectronics предусмотрены следующие устройства:

  • два пользовательских светодиода
  • пользовательская кнопка
  • кнопка сброс
  • кварцевый резонатор на 8 МГц
  • резонатор на 32768 Гц для работы часов реального времени и сторожевого таймера

Все линии портов микроконтроллера выведены на штыревые разъемы, расположенные по краям платы. Большим плюсом является доступность этих разъемов с обеих сторон.

Для питания МК используется напряжение 3.3В. Питание внешних устройств возможно от встроенного стабилизатора напряжения 5В.

Отладчик

STM32 Discovery оснащен фирменным отладчиком от STMicroelectronics, под названием ST-Link. Данная модель не совместима с изделиями от других производителей. Отладчик реализован на микроконтроллере STM32F103 и позволяет записывать программу в базовый МК и отслеживать ее работу. Для связи с компьютером используется разъем типа Mini-USB, который также позволяет питать устройства на плате. Для индикации работы отладчика используются два светодиода красного цвета. Один горит при включении питания, второй при работе отладчика.

При необходимости, отладчик может использоваться отдельно от целевого микроконтроллера, для совместной работы с другими устройствами на базе микросхем STMicroelectronikcs.

Программное обеспечение

Для работы с STM32 Discovery можно использовать несколько различных IDE. STMicroelectronics предлагает собственную среду разработки под названием Atollic True STUDIO. В версии LITE данная среда поставляется бесплатно. Также микроконтроллеры STM32 поддерживают такие, широко известные пакеты, как IAR, Keil, CODE RED. Прошивку целевого микроконтроллера возможно выполнить с помощью бесплатной утилиты ST-Link Utiliuty.

You have no rights to post comments

Казалось бы простая тема, а однако в комментах меня завалили вопросами как подключить микроконтроллер. Как подключить к нему светодиод, кнопку, питание. Что делать с AGND или AREF . Зачем нужен AVCC и все в таком духе. Итак, раз есть вопросы, значит тема не понятна и надо дать по возможности исчерпывающий ответ. Все описываю для контроллеров AVR, но для каких нибудь PIC все очень и очень похоже. Т.к. принципы тут едины.

Питание
Для работы микроконтроллеру нужна энергия — электричество. Для этого на него естественно нужно завести питалово. Напряжение питание у МК Atmel AVR разнится от 1.8 до 5 вольт, в зависимости от серии и модели. Все AVR могут работать от 5 вольт (если есть чисто низковольтные серии, то просьба уточнить в комментах, т.к. я таких не встречал). Так что будем считать что напряжение питания контроллера у нас всегда 5 вольт или около того. Плюс напряжения питания обычно обозначается как Vcc . Нулевой вывод (а также Земля, Корпус, да как только его не называют) обозначают GND . Если взять за пример комповый блок питания. То черный провод это GND (кстати, земляной провод традиционно окрашивают в черный цвет), а красный это +5, будет нашим Vcc . Если ты собираешься запитать микроконтроллер от батареек, то минус батареек примем за GND , а плюс за Vcc (главное чтобы напряжение питания с батарей было в заданных пределах для данного МК, позырь в даташите. Параметр обычно написан на первой странице в общем описании фич:

Operating Voltages
–1.8 — 5.5V (ATtiny2313V)
–2.7 — 5.5V (ATtiny2313)
Speed Grades
–ATtiny2313V: 0 — 4 MHz @ 1.8 — 5.5V, 0 — 10 MHz @ 2.7 — 5.5V
–ATtiny2313: 0 — 10 MHz @ 2.7 — 5.5V, 0 — 20 MHz @ 4.5 — 5.5V

Обрати внимание, что есть особые низковольтные серии (например 2313V низковльтная) у которых нижня граница напряжения питания сильно меньше. Также стоит обратить внимание на следующий пункт, про частоты. Тут показана зависимость максимальной частоты от напряжения питания. Видно, что на низком напряжении предельные частоты ниже. А низковольтные серии раза в два медленней своих высоковольтных коллег. Впрочем, разгону все процессоры покорны;)))))

Для работы контроллерам серии AVR достаточно только питания. На все входы Vcc надо подать наши 5 (или сколько там у тебя) вольт, а все входы GND надо посадить на землю. У микроконтроллера может быть много входов Vcc и много входов GND (особенно если он в квадратном TQFP корпусе. У которого питалово со всех сторон торчит). Много выводов сделано не для удобства монтажа, а с целью равномерной запитки кристалла со всех сторон, чтобы внутренние цепи питания не перегружались. А то представь, что подключил ты питалово только с одной стороны, а с другой стороны чипа навесил на каждую линию порта по светодиоду, да разом их зажег. Внутренняя тонкопленочная шина питания, офигев от такой токовой нагрузки, испарилась и проц взял ВНЕЗАПНО и без видимых, казалось бы, причин отбросил копыта. Так что ПОДКЛЮЧАТЬ НАДО ВСЕ ВЫВОДЫ Vcc и GND . Соединить их соответственно и запитать.

Отдельные вопросы вызвают AGND и AVCC — это аналоговая земля и питание для Аналого-Цифрового Преобразователя. АЦП это очень точный измеритель напряжения, поэтому его желательно запитать через дополнительные фильтры, чтобы помехи, которые не редки в обычной питающей цепи, не влияли на качество измерения. С этой целью в точных схемах проводят разделение земли на цифровую и аналоговую (они соединены должны быть только в одной точке), а на AVCC подается напряжение через фильтрующий дроссель. Если ты не планируешь использовать АЦП или не собираешься делать точные измерения, то вполне допустимо на AVCC подать те же 5 вольт, что и на Vcc , а AGND посадить на ту же землю что и все. Но подключать их надо обязательно!!! ЕМНИП от AVCC питается также порт А.

Warning!!!

В чипе Mega8 похоже есть ошибка на уровне топологии чипа — Vcc и AVcc связаны между собой внутри кристалла. Между ними сопротивление около (!!!) 5Ом Для сравнения, в ATmega16 и ATmega168 между Vcc и AVcc сопротивление в десятки МЕГА ом! В даташите на этот счет никаких указаний нет до сих пор, но в одном из топиков за 2004 год на AVRFreaks сказано, что люди бодались с цифровым шумом АЦП, потом написали в поддержку Atmel мол WTF??? А те, дескать, да в чипе есть бага и Vcc и AVcc соединены внутри кристалла. В свете этой инфы, думаю что ставить дроссель на AVcc для Mega8 практически бесполезно. Но AVcc запитывать надо в любом случае — кто знает насколько мощная эта внутренняя связь?

Простейшая схема подключения Микроконтроллера AVR приведена ниже:

Как видишь, добавился дроссель в цепь питания AVCC , а также конденсаторы. Хорошим тоном является ставить керамический конденсатор на сотню нанофарад между Vcc и GND у каждой микросхемы (а если у микрухи много вход питания и земель, то между каждым питанием и каждой землей) как можно ближе к выводам питания — он сгладит краткие импульсные помехи в шине питания вызыванные работой цифровых схем. Конденсатор на 47мКФ в цепи питания сгладит более глубокие броски напряжения. Кондесатор между AVcc и GND дополнительно успокоит питание на АЦП .

Вход AREF это вход опорного напряжения АЦП . Туда вообще можно подать напряжение относительно которого будет считать АЦП , но обычно используется либо внутренний источник опорного напряжения на 2.56 вольта, либо напряжение на AVCC , поэтому на AREF рекомендуется вешать конденсатор, что немного улучшит качество опорного напряжения АЦП (а от качества опоры зависит адекватность показаний на выходе АЦП ).

Схема сброса
Резистор на RESET . Вообще в AVR есть своя внутренняя схема сброса, а сигнал RESET изнутри уже подтянут резистором в 100кОм к Vcc . НО! Подтяжка это настолько дохлая, что микроконтроллер ловит сброс от каждого чиха. Например, от касания пальцем ножки RST , а то и просто от задевания пальцем за плату. Поэтому крайне рекомендуется RST подтянуть до питания резистором в 10к. Меньше не стоит, т.к. тогда есть вероятность, что внутрисхемный программатор не сможет эту подтяжку пересилить и прошить МК внутри схемы не удасться. 10к в самый раз.

Есть еще вот такая схема сброса:

Она замечательна чем — при включении схемы конденсатор разряжен и напряжение на RST близко к нулю — микроконтроллер не стартует, т.к. ему непрерывный сброс. Но со временем, через резистор, конденсатор зарядится и напряжение на RST достигнет лог1 — МК запустится. Ну, а кнопка позволяет принудительно сделать сброс если надо.

Задержка будет примерно T=R*C для данного примера — около секунды. Зачем эта задержка? Да хотя бы для того, чтобы МК не стартовал раньше чем все девайсы платы запитаются и выйдут на установившийся режим. В старых МК (АТ89С51 , например) без такой цепочки, обеспечивающей начальный сброс, МК мог вообще не стартануть.

В принципе, в AVR задержку старта, если нужно, можно сделать программно — потупить с пол секунды прежде чем приступать к активным действиям. Так что кондер можно выкинуть нафиг. А кнопку… как хочешь. Нужен тебе внешний RESET ? Тогда оставь. Я обычно оставляю.

Источник тактового сигнала
Тактовый генератор это сердце микроконтроллера. По каждому импульсу происходит какая нибудь операция внутри контроллера — гоняют данные по регистрам и шинам, переключаются выводы портов, щелкают таймеры. Чем быстрей тактовая частота тем шустрей МК выполняет свои действия и больше жрет энергии (на переключения логических вентилей нужна энергия, чем чаще они переключаются тем больше энергии надо).

Импульсы задаются тактовым генератором встроенным в микроконтроллер. Впрочем может быть и внешний генератор, все очень гибко конфигурируется! Скорость с которой тикает внутренний генератор зависит от настроек микроконтроллера и обвязки.


Генератор может быть:

  • Внутренним с внутренней задающей RC цепочкой.
    В таком случае никакой обвязки не требуется вообще! А выводы XTAL1 и XTAL2 можно не подключать вовсе, либо использовать их как обычные порты ввода вывода (если МК это позволяет). Обычно можно выбрать одно из 4х значений внутренней частоты. Этот режим установлен по дефолту .
  • Внутренним с внешней задающей RC цепочкой.
    Тут потребуется подключить снаружи микроконтроллера конденсатор и резистор. Позволяет менять на ходу тактовую частоту, просто подстраивая значение резистора.
  • Внутренним с внешним задающим кварцем.
    Снаружи ставится кварцевый резонатор и пара конденсаторов. Если кварц взят низкочастотный (до 1МГц) то конденсаторы не ставят.
  • Внешним.
    С какого либо другого устройства идет прямоугольный сигнал на вход МК, который и задает такты. Полезен этот режим, например, если надо чтобы у нас несколько микроконтроллеров работали в жестком синхронизме от одного генератора.

У разных схем есть разные достоинства:
В случае внутренней RC цепи мы экономим место на плате, нам не нужно дополнительных деталек, но мы не можем развить максимальную частоту и частота немного зависит от температуры, может плавать.

У внешнего кварца отличные показатели точности, но он стоит лишних 15 рублей и требует дополнительных деталей и, что самое обидное, часто съедает пару ног I/O. Также на внешнем же кварце можно добиться максимальной производительности от МК. Частота МК определяется частотой на которую заточен выбранный кварц. Внешная RC цепь позволяет тикать генератору МК быстрей чем от внутренней, стоит дешевле кварца, но имеет те же проблемы со стабильностью частоты, что и внутренняя RC цепь.

Способы тактования МК описаны в даташите в разделе System Clock and Clock Options и всецело определяются конфигурацией Fuse Bit’s . Пока же я настоятельно рекомендую НЕ ТРОГАТЬ FUSE пока ты не будешь твердо знать что ты делаешь и зачем. Т.к. выставив что нибудь не то, можно очень быстро превратить МК в кусок бесполезного кремния, вернуть к жизни который будет уже очень непросто (но возможно!)

Подключение к микроконтроллеру светодиода и кнопки
Сам по себе, без взаимодействия с внешним миром, микроконтроллер не интересен — кому интересно что он там внутри себя тикает? А вот если можно как то это отобразить или на это повлиять…

Итак, кнопка и светодиод подключаются следующим образом:

Для кнопки надо выбраную ножку I/O подключить через кнопку на землю. Сам же вывод надо сконфигурировать как вход с подтяжкой (DDRxy=0 PORTxy=1). Тогда, когда кнопка не нажата, через подтягивающий резистор, на входе будет высокий уровень напряжения, а из бит PINху будет при чтении отдавать 1. Если кнопку нажать, то вход будет положен на землю, а напряжение на нем упадет до нуля, а значит из PINxy будет читаться 0. По нулям в битах регистра PINх мы узнаем что кнопки нажаты.

Пунктиром показан дополнительный подтягивающий резистор. Несмотря на то, что внутри AVR на порт можно подключить подтяжку, она слабоватая — 100кОм. А значит ее легко придавить к земле помехой или наводкой, что вызовет ложное срабатывание. А еще эти внутренние подтягивающие резисторы очень любят гореть от наводок. У меня уже с десяток микроконтроллеров с убитыми PullUp резисторами. Все работает, но только нет подтяжки — сгорела. Вешаешь снаружи резистор и работает как ни в чем ни бывало. Поэтому, для ответственных схем я настоятельно рекомендую добавить внешнюю подтяжку на 10кОм — даже если внутреннюю накроет, внешняя послужит. В процессе обучения на это можно забить.

Светодиод подключается на порт двумя способами. По схеме Порт-земля или Порт-Питание . В первом случае для зажигания диода надо выдать в порт лог1 — высокий уровень (примерно равен Vcc). Во втором случае для зажжения диода требуется выдать в порт лог0 — низкий уровень (около нуля). Для AVR разницы вроде бы нет, а вот многие старые серии микроконтроллеров вниз тянули куда лучше чем вверх, так что схема Порт-Питание распространена чаще. Я применяю и ту и другую схему исходя из удобства разводки печатной платы. Ну, а на программном уровне разницы особой нет.
Вывод порта для работы со светодиодом надо сконфигурировать на выход (DDRxy=1) и тогда в зависимости от значения в PORTxy на ножке будет либо высокий либо низкий уровень напряжения.

Светодиод надо подключать через резистор . Дело в том, что прямое сопротивление светодиода очень мало. И если не ограничивать ток через него, то он просто напросто может сгореть нафиг. Либо, что вероятней, пожечь вывод микроконтроллера, который, к слову, может тянуть что то около 20-30мА. А для нормального свечения обычному светодиоду (всякие мы не рассматриваем сейчас, эти монстры могут и ампер сожрать) надо около 3…15мА.

Так что, на вскидку, считаем:

  • Напряжение на выходе ноги МК около 5 вольт, падение напряжени на светодиоде обычно около 2.5 вольт (выше нельзя, иначе диод сожрет тока больше чем надо и подавится, испустив красивый дым)
  • Таким образом, напряжение которое должен взять на себя ограничительный резистор будет 5-2.5 = 2.5В.
  • Ток нам нужен 5мА — нефига светодиод зря кормить, нам индикация нужна, а не освещение:)
  • R=U/I= 2.5/5E-3 = 500Ом. Ближайший по ряду это 510 Ом. Вот его и возьмем. В принципе, можно ставить от 220 Ом до 680 Ом что под руку попадется — гореть будет нормально.

Если надо подключить много светодиодов, то на каждый мы вешаем по собственному резистору. Конечно, можно пожадничать и поставить на всех один резистор. Но тут будет западло — резистор то один, а диодов много! Соответственно чем больше диодов мы запалим тем меньше тока получит каждый — ток от одного резистора разделится между четырьмя. А поставить резистор поменьше нельзя — т.к. при зажигании одного диода он получит порцию тока на четверых и склеит ласты (либо пожгет порт).

Немного схемотехнических извратов или пара слов о экономии выводов

То что не удается запаять приходится программировать. (С) народная мудрость.

Очень часто бывает так, что вроде бы и памяти контроллера под задачу хватает с лихвой, и быстродействия через край, а ножек не хватает. Вот и приходится ставить избыточный и более дорогой микроконтроллер только потому, что у него банально больше выводов. Покажу парочку примеров как можно за счет усложнения программного кода сэкономить на железе.

Во главу угла такой экономии обычно ставится принцип динамического разделения назначения выводов во времени. То есть, например, вывод может работать на какую-либо шину, а когда шина не активна, то через этот же вывод можно проверить состояние кнопки, или что нибудь передать по другой шине. Быстро (десятки или даже тысячи раз в секунду) переключаясь между двумя разными назначениями можно добиться эффекта «одновременной работы».

Главное, тут следовать двум правилам:

  • Два разных применения не должны мешать друг другу т.е. разделение во времени должно быть построено таким образом, чтобы смежная функция не искажала результат работы проверяемой функции.
  • Ни в коем случае нельзя допускать конфликта уровней напряжений.

Приведу пример:

  • У есть у нас вывод на который повешан выход с некого датчика и кнопка. Выход с датчика может быть 0, 1 в активном режиме и Hi-Z когда на датчик не приходит сигнал Enable.
  • Кнопка же дает на линию жесткий 0, путем короткого замыкания.

Как это должно работать:
Скажем, основную часть времени у нас ввод микроконтроллера настроен на вход Hi-Z и мы снимаем показания с датчика на который подан еще и сигнал Enable. Когда нам надо опросить кнопку, то мы отбираем у датчика Enable и его выходы становятся в режим Hi-Z и нам не мешают. Вывод микроконтроллера мы переводим в режим Pull-Up и проверяем нет ли на входе нуля — сигнал нажатой кнопки. Проверили? Переводим вход МК в Hi-Z вход и подаем Enable на датчик снова. И так много раз в секунду.

Тут у нас возникает два противоречия:

  • Логическое противоречие
    0 на линии может быть в двух случаях от датчика или от кнопки. Но в этом случае, пользуясь здравым смыслом и требуемым функционалом, мы логическое противоречие можем не брать во внимание.

    Просто будем знать, что нажатие кнопки искажает показания датчика, а значит когда датчик работает — мы кнопку жать не будем. А чтобы показания датчика не принять за нажатие кнопки мы, в тот момент когда ждем данные с датчика, просто не опрашиваем кнопку. От тупых действий, конечно, это не защитит. Но для упрощения примера защиту от дурака я сейчас во внимания не беру.

  • Электрическое противоречие
    Если датчик выставит 1, а мы нажмем кнопку, то очевидно, что GND с Vcc в одном проводе не уживутся и кто нибудь умрет. В данном случае умрет выход датчика, как более слабый — куда там хилому транзистору тягаться с медной кнопкой.

    Организационными методами такое противоречие не решить — на глаз нельзя определить напряжение на линии и решить можно жать кнопку или нет. Да и в каком месте сейчас программа можно тоже только догадываться. Поэтому решать будем схемотехнически.
    Добавим резистор в цепь кнопки, резистор небольшой, рассчитывается исходя из максимального тока самого слабого вывода линии.

    Если у нас, например, вывод датчика может дать не более 10мА, то резистор нужен такой, чтобы ток через него от Vcc до GND не превышал этой величины. При питании 5 вольт это будет 510Ом. Теперь, даже если на линии со стороны датчика будет лог1, высокий уровень, то нажатие на кнопку не вызовет даже искажения логического уровня т.к. резистор рассчитан с учетом максимальной нагрузки порта

Пример получился немного сумбурный, но суть думаю понятна. Я хочу чтобы ты увидел и понял не только как делается, но и зачем это делается:)

Ну и несколько примеров нескольких функций на одной ноге:
Во-первых, ISP разьем . Я уже давным давно забыл что такое тыкать микроконтроллер вначале в колодку программатора, потом в плату, потом обратно и так по многу раз, пока прогу не отладишь. У меня на плате торчат 6 выводов ISP разьема и при отладке программатор вечно воткнут в плату, а программу я перешиваю порой по нескольку раз в 10 минут. Прошил — проверил. Не работает? Подправил, перепрошил еще раз… И так до тех пор пока не заработает. Ресурс у МК на перепрошивку исчисляется тысячами раз. Но ISP разьем сжирает выводы. Целых 3 штуки — MOSI, MISO, SCK.

В принципе, на эти выводы можно еще повесить и кнопки. В таком случае никто никому мешать не будет, главное во время прошивки не жать на эти кнопки. Также можно повесить и светодиоды (правда в этом случае простейший может дать сбой, а вот молодцом!) тогда при прошивке они будут очень жизнерадостно мерцать:)))

На линии под ISP можно повесить и что нибудь другое, главное, чтобы при прошивке это ЧТОТО не начало ВНЕЗАПНО чудить . Например, управление стокилограммовым манипулятором висит на линии ISP и во время прошивки на него пошла куча бредовых данных — так он может свихнуться и кому нибудь бошку разнести. Думать надо, в общем. А вот с каким нибудь , который работает по шинному интерфейсу прокатит такая схема:

Переключаем выход с 0 на 1 и зажигаем то верхний то нижний диод. Если надо зажечь оба, то мы просто переводим вывод микроконтроллера в режим Hi-Z и словно нет его, а диоды будут гореть сквозным током. Либо быстро быстро переключать диоды между собой, в этом случае на глаз они будут оба гореть. Недостаток схемы очевиден — диоды нельзя погасить. Но если по задумке хотя бы один должен гореть, то почему бы и нет? UPD: Тут подумал, а ведь можно подобрать светодиоды и резисторы так, чтобы их суммарное падение напряжения было на уровне напряжения питания, а суммарные резисторы в таком случае загонят ток в такой мизер, что когда нога в Hi-Z то диоды вообще гореть не будут. По крайней мере на глаз это будет не заметно совсем. Разве что в кромешной тьме.

Следующий вариант он не дает экономию ножек, зато позволяет упростить разводку печатной платы, не таща к двум диодам еще и шину питания или земли:

А применив сходную тактику к кнопкам можно либо упростить разводку, либо по трем ножкам развести 6 кнопок.
Тут тоже все просто — одна нога дает подтяг, вторая косит под землю. Нажатие кнопки дает просадку напряжения на подтягивающей ножке. Это чует программа, поочередно опрашивающая каждую кнопку. Потом роли ножек меняются и опрашивается следующая кнопка.

В шестикнопочном режиме ситуация схожая — одна ножка дает подтяг, другая землю, а третья прикидывается ветошью Hi-Z и не отсвечивает. Но тут есть один побочный эффект. Например, опрашиваем мы кнопку «В». Для этого у нас верхняя линия встает на вход с подтяжкой (PORTxy=1, DDRxy=0), средня дает низкий уровень на выходе (PORTxy=0, DDRxy=1), нижняя не участвует в процессе ибо стоит в Hi-Z (PORTxy=0, DDRxy=0). Если мы нажмем кнопку «В» то верхняя линия в этот момент просядет и программа поймет что нажата кнопка «В», но если мы не будем жать «В», а нажмем одновременно «Е» и «Б» то верхняя линия также просядет, а программа подумает что нажата «В», хотя она там и рядом не валялась. Минусы такой схемы — возможна неправильная обработка нажатий. Так что если девайсом будут пользоваться быдло-операторы, жмущие на все подряд без разбора, то от такой схемы лучше отказаться.

Ну и, напоследок, схема показывающая как можно обьединить кнопку и светодиод:

Работает тоже исключительно в динамике. То есть все время мы отображаем состояние светодиода — то есть выдаем в порт либо 0 (диод горит) либо Hi-Z (диод не горит). А когда надо опросить кнопку, то мы временно (на считанные микросекунды) переводим вывод в режим вход с подтягом (DDRxy=0 PORTxy=1) и слушаем кнопку. Режим когда на выводе сильный высокий уровень (DDRxy=1 PORTxy=1) включать ни в коем случае нельзя, т.к. при нажатии на кнопку можно пожечь порт.

Минусы — при нажатии на кнопку зажигается светодиод как ни крути. Впрочем, это может быть не багой, а фичей:)

Вот такие пироги. А теперь представьте себе прогу в которой реализованы все эти динамические фичи + куча своего алгоритма. Выходит либо бесконечная череда опросов, либо легион всяких флагов. В таких случаях простейшая диспетчеризация или кооперативная это то что доктор прописал — каждый опрос гонишь по циклу своей задачи и не паришься. Зато юзаешь везде какую-нибудь ATTiny2313 и ехидно глядишь на тех кто в ту же задачу пихает Mega8 или что пожирней:)

Я ничего не знаю и боюсь что либо сжечь, что мне делать???

Не бояться и делать. В конце концов, микроконтроллер не такая уж дорогая вещь чтобы сокрушаться по поводу его смерти. Выкинул в помойку и достал из пакетика новый. На худой конец, если совсем уж страшно, то можно купить готовую демоплату на которой все уже спаяно и разведено как надо. Тебе останется только программировать и смотреть результат.

А потом, на примере того как сделана демоплата, попробовать сделать что то свое. Сама же демоплата представляет собой микроконтроллер + немного стартовой периферии, которой хватит на ряд несложных опытов и которая может облегчить подключение и исследование других устройств. Демоплаты есть разные, например фирменные комплексы вроде STK500 или AVR Butterfly или моя которая была спроектированна исходя из моего опыта и на которой будет строится весь дальнейший учебный курс.

О том, как прикрутить к микроконтроллеру ёмкостный сенсор прикосновения. Эта идея показалась мне довольно перспективной, некоторым приборам сенсорные клавиши подошли бы куда лучше механических. В этой статье я расскажу о своей реализации этой полезной технологии на основе отладочной платы STM32 Discovery.

Итак, только начав осваивать STM32, я решил в качестве упражнения добавить устройству способность определять прикосновения. Начав разбираться с теорией и практикой по вышеупомянутой статье, я повторил схему товарища "a. Она работала идеально, но мне, любителю минимализма, захотелось её упростить, избавившись от лишних элементов. Лишними на мой взгляд оказались внешний резистор и дорожка к питанию. Всё это уже есть в большинстве микроконтроллеров, в том числе в AVR и в STM32. Я имею в виду подтягивающие резисторы портов ввода/вывода. Почему бы не заряжать пластинку и наши пальцы через них? В ожидании подвоха я собрал на макетке схему, которая, к моему удивлению, заработала с первого же раза. Собственно говоря, схемой это называть даже смешно, ведь всё что нам нужно - это просто подсоединить контактную пластинку к ножке отладочной платы. Всю работу на себя возьмёт микроконтроллер.

Что же из себя представляет программа? Во первых две функции:
Первая выводит на ножку сенсора (нулевой пин регистра C) логический «0»

Void Sensor_Ground (void) { GPIOC->CRL = 0x1; GPIOC->BRR |= 0x1; }

Вторая настраивает тот же вывод на вход, с подтяжкой к питанию.

Void Sensor_InPullUp (void) { GPIOC->CRL = 0x8; GPIOC->BSRR |= 0x1; }

Теперь в начале цикла опроса вызовем Sensor_Ground(), и подождём некоторое время чтобы разрядить на землю весь остаточный заряд на сенсоре. Затем обнулим переменную count, которой будем считать время зарядки сенсора и вызовем Sensor_InPullUp().

Sensor_Ground(); Delay(0xFF); //простой пустой счётчик count = 0; Sensor_InPullUp();

Теперь сенсор начинает заряжаться через внутренний подтягивающий резистор номиналом порядка десятков КОм (30..50КОм у STM32). Постоянная времени такой цепи будет равняться считанным тактам, поэтому я поменял кварцевый резонатор на отладочной плате на более быстрый, 20МГц (кстати, я не сразу заметил, что оказывается на STM32 Discovery кварц меняется без пайки). Итак считаем такты процессора, пока на входе не появится логическая единица:

While(!(GPIOC->IDR & 0x1)) { count++; }

После выхода из этого цикла в переменной count будет храниться число, пропорциональное ёмкости сенсорной пластинки. В моём случае с чипом на 20МГц значение count равняется 1 при отсутствии нажатия, 7-10 при самом лёгком касании, 15-20 при нормальном прикосновении. Остаётся лишь сравнить её с пороговым значением и не забыть снова вызвать Sensor_Ground(), чтобы к следующему циклу опроса сенсор уже был разряжен.
Полученной чувствительности хватает для уверенного определения прикосновений к голым металлическим площадкам. При прикрытии сенсора листом бумаги или пластика чувствительность падает в три - четыре раза, хорошо определяются только уверенные нажатия. Чтобы увеличить чувствительность в случае, когда сенсор необходимо прикрыть защитным материалом, можно повысить тактовую частоту микроконтроллера. С чипом серии STM32F103, способном работать на частотах до 72МГц, помехой не будут и миллиметровые преграды между пальцем и сенсором.
По сравнению с реализацией "a, мой подход работает гораздо быстрее (порядка десятка тактов на опрос одного сенсора), поэтому я не стал усложнять программу, настраивая прерывания по таймеру.

Напоследок видео с демонстрацией работы сенсора.

Main.c тестовой программы.

На микроконтроллер

Cпасибо пользователю за очень полезную статью ARM-микроконтроллеры STM32F. Быстрый старт c STM32-Discovery , пользователю за идею и доходчивое теоретическое описание.

UPD. После комментариев "a я решил разобраться с тактированием и обнаружил, что по умолчанию STM32 Discovery настроен на тактовую частоту
(HSE / 2) * 6 = 24 MHz, где HSE - частота внешнего кварца. Соответственно поменяв кварц с 8 на 20 МГц, я заставил бедную STM"ку работать на 60 МГц. Так что во-первых, некоторые из выводов очевидно не совсем верны, во-вторых то чем я занимался может привести к сбоям чипа. На случай таких сбоев в микроконтроллере есть HardFault прерывание, воспользовавшись им, я проверил более высокие частоты. Так вот, сбоить чип начинает только на 70 МГц. Но хотя эту конкретную программу контроллер переваривает на 60МГц, при использовании периферии или работе с Flash памятью он может повести себя непредсказуемо. Вывод: относитесь к данному топику как к эксперименту, повторяйте только на свой страх и риск.

Программатор

Для заливки прошивки в память микроконтроллера и отладки программы используется интерфейс SWD, который требует вывода 4 линий:

  • GND - нужно объединить земли устройства и программатора;
  • SWDIO - линия, по которой передается побитово прошивка и осуществляется отладка;
  • SWSCK - синхронизирующий сигнал, необходим для отправки прошивки;
  • RESET - необходимо перезагрузить МК после заливки прошивки.

Ножки данных линий вы также можете найти в в соответствующем разделе.

Причиной перезагрузки МК могут служить следующие причины:

  • сброс;
  • низкий уровень NRST;
  • не хватка напряжения питания.

Обычно для внешней цепи сброса требуется подтягивающий резистор, однако МК STM32F1xx не нуждается во внешнем подтягивающем резисторе для сброса (ножка NRST). Рекомендуемая величина времязадающего конденсатора - 100 нФ.

Теперь, когда мы рассмотрели все вопросы, связанные с схемотехникой, пора перейти к вопросу разводки печатной платы.

mob_info