Генератор сигналов на stm32f103c8t6 своими руками

О радостях и трудностях первого знакомства с STM32 после AVR. Как я реализовывал простейшую задачу — передачу данных на ПК.

Имея некий опыт работы с AVR, хочется сравнить приехавшие контроллеры (которые по отдельности стоят 1.7$/шт) с близкими к ним по цене ATMEGA328 (1.4 $/шт).

На фоне роста показателей производительности в 10-100 раз, Flash увеличилась всего в 2 раза. Причём, эти 64 кБ расходуются чуть ли не быстрей, чем 32 на AVR. Логично применять такие контроллеры там, где нужна высокая производительность, но нет кодоёмких алгоритмов… например, осциллограф.

Чем программировать

Сред программирования STM32 великое множество — IAR, Keil, Coocox… поначалу кажется, что это хорошо и точно найдёшь что-то подходящее. Потом приходит понимание как такой зоопарк образовался. Просто кто-то сделал не очень хорошую IDE. Остальные на это посмотрели и решили, что они могут сделать лучше. И сделали. В чём-то получилось лучше, в чём-то хуже. Почитав обзоры и попробовав IAR, остановился на Coocox.

Есть ещё одна программа — STM32CubeMX. Дело в том, что периферии в STM32 гораздо больше, чем в AVR. Инициализировать её гораздо сложнее. STM32CubeMX позволяет выбрать контроллер, потыкать мышкой и сгенерировать код инициализации. Даже если мы не хотим использовать этот сгенерированный код, в STM32CubeMX удобно посмотреть распиновку и схему тактирования, подобрать делители, множители и вручную их прописать в своём коде! Очень рекомендую всем начинающим!

STMStudio — программа позволяющая в реальном времени наблюдать значения переменных в МК.

В качестве программатора решил использовать дешёвый ST-Link V2 за 2.6$.
Подключается всё очень просто. Берём распиновку JTAG,

смотрим рисунок на ST-Link,

и соединяем одноимённые выводы. Запускаем CoIDE, пишем

#include "stm32f10x.h"
int main(void)
{
        RCC->APB2ENR |= RCC_APB2Periph_GPIOC; // включаем тактирование порта
        GPIOC->CRH |= (0x3 << 20); // ставим частоту 50 МГц
        GPIOC->CRH &= (~(0xC << 20)); // переводим ногу в режим выхода тяни-толкай
        volatile long i = 0;
        while(1)
        {
                GPIOC->BSRR = GPIO_BSRR_BR13;
                for(i = 0; i < 1000*1000*5; i++){;};
                GPIOC->BSRR = GPIO_BSRR_BS13;
                for(i = 0; i < 1000*1000*5; i++){;};
        }
}

компилируем, прошиваем… и всё сразу заработало! Безо всяких танцев с бубном! Даже внутрисхемный отладчик заработал! Запускаем STMStudio — и она работает. Строит графики переменных во время работы МК! На плате есть перемычки, но ничего переключать, чтобы запрограммировать/запустить МК не надо! Прям как с Arduino! Ну не может же быть всё так хорошо… да не может.

Начинаем делать осциллограф

В моих мечтах осциллограф должен был работать следующим образом:
Оба АЦП одновременно обрабатывают сигнал со скоростью 1-2 MSPS. Далее 2 варианта:

1. Всё это в реальном времени передаётся на ПК по USB и там принимается решение о том, что с этим делать (запомнить, построить график, как-то обработать, …);
2. После каждого преобразования происходит прерывание. В обработчике прерываний мы принимаем решение: ждать ещё или начать запоминать данные (например, хотим чтобы сигнал на экране начинался с некого уровня, как в аналоговом осциллографе, или чуть раньше этого уровня). В этом же обработчике складируем данные в буфер и по его заполнению отправляем на ПК.

Оба эти варианта реализовать не удалось.
Первый потому, что я не смог запустить USB. Вернее смог только сгенерировав проект в STM32CubeMX. Но после экспорта его в CoIDE потребовалось перемычками менять загрузчик для программирования/работы, что не удобно. Поэтому от этого варианта отказался. Ну и вдобавок скорость USB всего 12 МБит/с. Данные на высокой скорости в реальном времени всё равно не влезут. Чтобы хоть как-то передавать данные на комп, подключил преобразователь USB UART

купленный в своё время для программирования Arduino Pro Mini.

Второй вариант накрылся т.к. обработчик прерывания работает дольше, чем АЦП. Скорость ограничилась всего 340-500 kSPS, что в разы меньше ожидаемой.

Единственным рабочим высокоскоростным вариантом оказался такой: АЦП непрерывно работают, когда нам нужен замер, включаем DMA, ждём наполнения буфера, отключаем DMA и потихоньку передаём данные на ПК через USART. Этот вариант превзошёл все ожидания. МК можно разогнать так, что получается 9 MSPS с двух АЦП! Т.е. в 4.5 раза больше, чем по документации! При этом достаточно комфортно наблюдать сигнал частотой до 1 МГц. По сравнению с тем, что удалось достичь раньше на Arduino (10 kSPS) результат очень хороший — скорость увеличил в 900 раз!

Однако, с разгоном не всё так радостно. В дальнейшем, чтобы мог работать USB, частоту придётся снизить в 16/9 = 1.8 раз и тогда получится всего 5 MSPS.

Пока пытался разобраться с USB и прочей периферией осознал существенный недостаток этих контроллеров — очень мало информации в интернете. Если на AVR есть куча всего, то тут найти пример одновременной работы двух АЦП в режиме Fast interleaved оказалось не так просто.

В качестве генератора сигналов для теста осциллографа был выбран… Arduino UNO! Не потому что он хороший или ещё что… просто это очень быстро.

 void setup() {
  pinMode(2, OUTPUT);  
  long d = 10;
  for(;;){
    PORTD = 255;
    delayMicroseconds(d);
    PORTD = 0;  
    delayMicroseconds(d);
  }
}

void loop() {
  
}

Подключить USB + 1 проводок (чтобы 3.3 вольтный STM32 не умер от 5 вольтного сигнала, сигнал подан через резистор в 2 кОм) и готово!

Получилось следующее (под каждым изображением фотография этого же сигнала на экране аналогового осциллографа):


Период сигнала 0.9 мкс. 1 замер = 10 пикселей. На осциллографе 1 деление = 0.5мкс.

Период сигнала 10 мкс. 1 замер = 5 пикселей. На осциллографе 1 деление = 2мкс. Верхушки обрублены из-за превышения сигналом опорного напряжения АЦП.

Что дальше

В планах:

1. Победить USB, чтобы отказаться от преобразователя USB <-> USART;
2. Доделать аналоговую часть, чтобы диапазон входных напряжений был не 0 — 3.3 В, а более приличным;
3. Сделать многоканальный режим;
4. Реализовать управление с ПК;
5. Сделать законченное устройство в корпусе.

В заключение обращаю внимание на два вскрывшихся недостатка STM32 по сравнению с AVR:

1. Повышенный расход Flash памяти;
2. Сложная инициализация периферии, которая усугубляется нехваткой материалов.

На случай, если кому понадобится: проект CoIDE и рисовалка графика на C#. Код везде сырой. Не знаю как, но на такую простую задачу, ушло 31 кБ Flash.

© Geektimes

Собираем простой функциональный генератор для лаборатории начинающего радиолюбителя

Доброго дня уважаемые радиолюбители! Приветствую вас на сайте “Радиолюбитель“

Собираем генератор сигналов – функциональный генератор. Часть 2.

Доброго дня уважаемые радиолюбители! На сегодняшнем занятии в Школе начинающего радиолюбителя мы продолжим собирать функциональный генератор. Как я уже говорил раннее, сегодняшнее занятие мы посвятим изучению популярной радиолюбительской программы Sprint Layout и изготовлению печатной платы функционального генератора методом ЛУТ (лазерно-утюжная технология).

Перед началом занятия я рекомендую вам скачать файл под названием “Proekt” а также, если кто еще не скачал себе  программу Sprint Layout, скачать с сайта в разделе “Программы” и ее. Занятие будет проходить на пятой версии программы.

  Proekt (10.9 KiB, 3,394 hits)

В домашнем задании вам было предложено самостоятельно изучить порядок работы с программой Sprint Layout. Смею надеяться, что это  вы сделали, и поэтому наше сегодняшнее занятие должно пройти плодотворно. Итак, приступаем.

1-й вопрос. Программа Sprint Layout. Я предлагаю вам просмотреть видео по работе с данной программой. Сразу хочу оговориться, я (к сожалению) не профессиональный преподаватель, поэтому если заметите какие-то огрехи в видеоуроке прошу сильно не гневаться. Если после самостоятельного изучения программы и просмотра видео у вас еще возникнут какие-либо вопросы по работе с программой, вы можете задать их в комментариях к занятию, а еще лучше на форуме. Подписчикам Школы начинающего радиолюбителя будет дана возможность скачать это занятие себе на компьютер и просмотреть его в более лучшем качестве.

Теперь, уважаемые радиолюбители, вам необходимо создать печатную плату в данной программе и после этого вы можете перейти ко второму вопросу.

2-й вопрос. Изготовление печатной платы методом ЛУТ (лазерно-утюжным).

Собирая лабораторный блок питания мы с вами рассмотрели вопрос изготовления печатной платы старым “дедовским” способом – рисование дорожек на плате вручную. Данная технология оправдана и имеет смысл, когда схема очень проста и нет нужды использовать какую-либо программу для создания печатной платы. Если схема более сложная, имеется много деталей и соединений, то в ручную ее уже не сделать, а если и получиться, то на это уйдет очень много времени. В таком случае конечно, лучше прибегать к помощи специализированной программы для создания печатных плат. Но тогда встает вопрос: как перенести дорожки платы с программы на реальную заготовку? Существует несколько способов. Один из них – перенос дорожек на плату с использованием лазерного принтера и обычного бытового утюга. Подробно с данным способом вы можете ознакомиться на сайте в разделе “Технологии”.

Здесь я хочу поделиться с вами несколькими   моими наблюдениями при использовании данного способа:

Первое – при распечатке слой тонера на бумаге должен быть как можно толще (черный цвет распечатываемой картинки и максимальные установки принтера).

Второе – используемая бумага (а это может быть и фотобумага, и лист обычного глянцевого журнала. Кстати, плату которую делал я и которую вы увидите на фотографиях ниже, была распечатана на обыкновенном журнальном листе) должна удовлетворять следующему требованию: тонер как можно легче должен переходить с бумаги на фольгу. Проверить это можно следующем способом: распечатайте плату на разных образцах имеющейся у вас под рукой бумаги и потом попробуйте соскрести (можно даже ногтем) тонер с бумаги. Та бумага, с которой наиболее легче это сделать и при этом не повредить основание бумаги, та и более всего подходит для переноса тонера на фольгу.

Третье – процесс переноса тонера на фольгу. Самый творческий этап в изготовлении платы. В сети можно найти много рекомендаций по этому процессу, но в этом способе много нюансов: используемый утюг, используемая бумага, возможности принтера, как подготовлена фольга и т.д. Поэтому вам необходимо выработать ваш личный процесс переноса тонера на фольгу. Несколько рекомендаций. Определитесь с бумагой, которую вы будете использовать для переноса и старайтесь всегда пользоваться ей; определитесь с утюгом и также старайтесь пользоваться только им, выставляя всегда одну и туже температуру; используйте один и тот-же способ подготовки платы (можно ее просто обезжирить, а можно, к примеру, пройтись нулевкой); вычислите хотя-бы примерное время, достаточное для переноса тонера; уточните силу прижимания утюга (и нужно ли вообще его прижимать, может быть достаточно и самого веса утюга) к плате. А самое главное не бойтесь экспериментировать. Понадобиться тридцать попыток, значит тридцать, больше значит больше, главное вы должны выйти на нужный результат, только тогда вы будете всегда уверены в качестве изготовления вашей платы. Плате по большому счету большого вреда при ваших пробах не будет, а неудачный перенос тонера легко исправляется его удалением с помощью растворителя. Поэтому здесь я хочу вам пожелать настойчивости и конечно, достижения результата. Для приблизительного примера, расскажу как переносил тонер я. Заготовку я распечатал на листе глянцевого журнала (даже не очень и гламурного, особого выбора у меня не было), фольгу платы зачистил нулевкой, протер медь ватным тампоном, приложил заготовку тонером к фольге, а чтобы она не сбилась, подклеил ее в двух местах двумя каплями “Момента” к плате, накрыл чистым листом стандартной бумаги, положил сверху утюг (все это я проделывал на гладильной доске), поставил максимальную температуру и включил его в сеть, после прогрева, секунд 15-20 “гладил плату” (как обычно гладят белье, не прилагая особых усилий, затем в течении где-то одной минуты утюг у меня лежал на плате, и в конце я еще раз в течении 15-20 секунд “прогладил” плату. После этого обязательно дал плате остыть. Все.

Будем считать, что этап переноса тонера на фольгу платы вы выработали. Идем дальше. После того как плата остыла, под струей теплой воды снимаем нашу бумажную заготовку, простым ее скатыванием пальцами с платы. За тонер не бойтесь с ним ничего не случится:

Белесый налет от бумаги, который будет между дорожками платы и на дорожках удаляем аккуратно деревянной палочкой (в крайнем случае можно как всегда использовать ваши ногти):

Вот такой результат должен получиться и у вас. Если кое-где на дорожках остался белесый налет, то ничего страшного, главное что-бы его не было между дорожками.

После этого приступаем к травлению платы. Какой раствор применить при травлении платы решать вам. Некоторые рекомендации. Самый распространенный способ – это травление в растворе хлорного железа. Но у этого способа есть один недостаток – этот раствор “грязнуля”. Как бы аккуратно вы им не пользовались, всегда есть вероятность куда-нибудь капнуть, а если раствор попадет на одежду, то смыть его будет практически не возможно. Водный раствор аммония персульфата (я пользуюсь именно им). Скорость травления и результаты как и с раствором хлорного железа, но есть два плюса: первый – порошок дешевле хлорного железа, и второй: ни окружающие предметы, ни ваша одежда не пострадают. Раствор медного купороса и поваренной соли в вводе. Самый доступный и менее затратный способ. Минус – уж очень долго ждать окончания процесса (порой несколько часов). Со всеми способами травления платы вы можете более подробно ознакомиться на сайте в разделе “Технологии”

После окончания травления платы ее необходимо хорошенько промыть под проточной водой, а затем с помощью ваты и растворителя снять слой тонера:

После этого сушим плату, высверливаем отверстия, еще раз проходимся слегка нулевкой по дорожкам и приступаем к пайке деталей на плату. Сначала необходимо паять мелкие детали: резисторы, диоды, а затем по увеличению габаритов деталей: микросхемы, стабилизаторы, конденсаторы. При пайке, для более качественного соединения деталей с дорожками платы и удобства пайки, рекомендуется применять спиртовой раствор канифоли, нанося его на контакты перед пайкой деталей. В ходе этого этапа обращаю ваше внимание на правильную установку на плату  многовыводных деталей (стабилизаторы, микросхемы), конденсаторов и диодов (соблюдение полярности).

В следующий раз, в продолжении этого занятия, мы рассмотрим как настроить наш генератор с помощью специализированной программы и домашнего компьютера, но а затем перейдем к сборке простого частотомера для генератора.

Страницы: 1 2 3

Главная

Радиодетали

Активные элементы

Микросхемы

STM32F103C8T6 (микроконтроллер на базе ядра ARM 32 Cortex-M3)