STM32 - сторінка 2

Зниження енергоспоживання мікроконтролера частіше за все нас цікавить при розробці приладів, які живляться від акумуляторів чи батарей. STM32 дозволяє керувати власним енергоспоживанням. Перш, ніж ми навчимося застосовувати режими зниженого енергоспоживання, розглянемо, як організоване живлення мікроконтролера та загальні методи зниження енергоспоживання.

На тестовій платі STM32F103 маємо microUSB роз’єм. І він служить не тільки для подачі живлення. STM32F103 може працювати з USB у якості різних USB - пристроїв. Як USB HID пристрій, у тому числі - як клавіатура чи мишка, як віртуальний послідовний порт, USB Mass Storage, тощо. Ми розглянемо лише пару прикладів. У першому - комп`ютер буде сприймати STM32F103 як віртуальний послідовний порт. У другому прикладі STM32F103 емулюватиме клавіатуру і мишку.  STM32F103 буде рухати мишкою, (звісно на екрані :), та емулювати натискання кнопок на клавіатурі.

У попередній статті ми розглянули роботу STM32 з шиною I²C у якості Майстра. Тобто, він був ведучий і опитував сенсор. Тепер зробимо так, щоб STM32 був Slave-ом і відповідав на запити, тобто сам працював як сенсор. Ми виділимо 255 байт пам`яті під регістри з адресами від 0 до 0xFF, і дозволимо Майстру в них писати/читати. А щоб приклад був не таким примітивним, зробимо з нашого STM32, ще і аналого-цифровий перетворювач з інтерфейсом I²C. ADC буде обробляти 8 каналів. Результати перетворень контролер буде віддавати Майстру при читанні з регістрів. Оскільки результат перетворення ADC займає 12 біт, нам потрібно буде 2 регістра (2 байта) на кожний канал ADC.

Шина I²C досить популярна і дуже багато сенсорів та інших пристроїв використовують саме I²C. Я не буду писати хто, коли і для чого винайшов цю шину та як по ній бігають байти. Цієї інформації повно у Інтернеті, для цього існує Вікіпедія. Коли Ви тримаєте в руках сенсор і бажаєте якнайшвидше отримати з нього дані, та вирішити поставлену задачу, Вам вистачить наступного мінімуму знань:

1. Шина I²C - це двопровідна шина з лініями SCL, SDA. Теоретично, на одну шину I²C можна паралельно підключити до 112 пристроїв.
2. Обидві лінії шини мають бути через резистори підключеними до живлення. Рекомендований номінал резисторів залежить від швидкості та інших параметрів шини. Зазвичай мало хто з цим морочиться і ставлять резистори у межах від 4.7кОм до 10кОм. Резисторів має бути по одному на кожну лінію. Якщо Ви підключаєте декілька модулів, а на кожному модулі вже впаяні підтягуючі резистори, то виходить, що резистори вмикаються паралельно і їх сумарний опір стає меншим. Це не дуже добре. Та, якщо ви вмикаєте лише два таких модуля і на кожному впаяні резистори по 10 кОм, тоді сумарний опір буде 5КОм, що попадає у межі допустимої норми і шина I²C, скоріш за все, буде працювати. Але повторюю: чіпляти на кожну лінію більше одного резистора - не дуже гарна ідея.
3. Кожен пристрій на шині I²C має окрему адресу.
4. На шині I²C може бути лише один Master і один, або декілька Slave.
5. Швидкість шини може бути різною. Зазвичай використовують два стандарти 100 і 400 КГц. Швидкість лінії має визначатися по самому повільному пристрою на шині. Якщо Slave не встигає, він може "притримати" шину і всі його будуть чекати. Та такий підхід, хоч і є стандартом, але на практиці працює не завжди. У випадку, коли Master не вміє чекати (цим, наприклад страждають мікрокомп`ютери), на шині починається безлад. Тобто, некоректна робота одного з пристроїв на шині I²C (не важливо, у якій ролі - Master або Slave) може викликати проблеми у роботі усіх приладів.
6. Якщо напруга живлення контролера відрізняється від напруги живлення датчика, вони мають вмикатися через двонаправлену схему узгодження логічних рівнів.

Чому не можна зробити такий контролер, який би мав мінімум стандартних ніг: ну, там - живлення, виводи для програматора, тощо, а решту виводів щоб можна було налаштувати як заманеться? Хочу на ногу №1, скажімо, PA6, - програмно налаштував і готово. А захочу RX порта UART1, - сказав мікроконтролеру, щоб RX порту UART1 підключив до ноги №1 і все. І так само будь-який функціонал на будь-які виводи. Це було б дуже зручно! Але це технічно досить складно. Хоча, може так статися, що у недалекому майбутньому з`явиться щось схоже. Розробники мікроконтролерів до цього потихеньку, але впевнено, йдуть. Звісно, коли з`являться такі контролери, зміняться і підходи до проектування схем і програм. Але повернімося до реалій.

Ми вже звикли до того, що до певних виводів мікроконтролера прив`язаний певний функціонал. І ми можемо вибирати, які з доступних функцій ми можемо використати. Наприклад, у нашому мікроконтролері STM32F103 ногу, яка називається PA9 можна використати як лінію порту A9 (вхід або вихід). Або використати альтернативний функціонал, такий як TX вихід послідовного порту USART1 (USART1_TX), або як другий канал першого таймеру TIM1_CH2. Та що нам робити якщо A9 вже використовується, а нам вкрай потрібний USART1_TX? У STM32 є функція REMAP.

Сторожові таймери (Watchdog) існують для того, щоб у разі зависання програми мікроконтролера його (мікроконтролер) можна було перезавантажити. STM32 мають два watchdog. Їх звати IWDG і WWDG. IWDG - незалежний ("I" - Independent), доступний повсякчас. WWDG - більш обмежений ("W" - Window). Робота watchdog проста - якщо Ви його завели у своєму господарстві (налаштували і запустили), тоді треба його періодично годувати (скидати лічильник). Якщо лічильник не обновляти певний час, watchdog вважає, що з мікроконтролером щось не так і перезавантажує його. Це головна ідея watchdog. Тепер розглянемо їх детальніше і розберемо, у чому різниця між IWDG і WWDG.

Робота із Flash пам`яттю

Для того, щоб безпечно щось записати у Flash пам`ять, треба спочатку з`ясувати її структуру. Нас цікавить Main memory. Саме в ній зберігається програма і в цю пам`ять ми будемо писати. Звісно, у не зайняту програмою ділянку пам`яті. Flash пам`ять розбита на сторінки. Кількість і розмір сторінок у різних контролерах різна. Про структуру пам`яті Вашого мікроконтролера читайте у Programming manual.

Backup registers (BKP)

Годинник реального часу (RTC)

Ще одна корисна функція таймера - робота з інкрементними (квадратурними) енкодерами. Ми налаштуємо таймер таким чином, щоб він обробляв сигнали з двох своїх вхідних каналів і змінював свій лічильник у зазначених межах. Тобто, коли ми будемо обертати енкодер в одному напрямку, лічильник таймера буде збільшуватися, в зворотньому - зменшуватися. У прикладі ми встановимо TIM_Period = 100. Це значить, що лічильник таймера буде зменшуватися або збільшуватися в залежності від напрямку обертів енкодера у цих межах. При прямому обертанні енкодера, коли лічильник дорахує до 100, він перестрибне на 0. При зворотньому напрямку, коли лічильник зменшиться до нуля, автоматично перестрибне на 100. Нам більше нічого не доведеться контролювати, лише зчитувати лічильник таймера. У наступному прикладі програма періодично опитує лічильник таймера і відправляє його значення у послідовний порт USART.

Зовнішні переривання

У STM32 зі зовнішніми перериваннями можуть працювати будь-які лінії вводу-виводу. Тобто, будь-який пін можна налаштувати на роботу з перериванням. У STM32F103 всього 19 ліній зовнішніх переривань:

• EXTI0...EXTI15 - для роботи з пінами портів
• EXTI16 - підключений до PVD
• EXTI17 - RTC Alert event (будильник)
• EXTI18 - USB Wakeup event
• EXTI19 - Ethernet Wakeup event

У попередніх статтях ми познайомились з тим, як таймери можуть захоплювати вхідний сигнал. Таймери мікроконтролера STM32 також можуть формувати вихідні сигнали. Сьогодні ми познайомимося з PWM або ШІМ сигналом на прикладах.

Ініціалізація PWM виконується наступним чином:

• налаштовується вихід порту відповідного каналу таймера, який буде задіяний для формування PWM сигналу
• виконуються базові налаштування таймера
• виконується налаштування OC каналу таймера (налаштування параметрів PWM)
• вмикається таймер