STM32 + Linux

長い探索の後に鉄片の制御システムを開発するために、STM32 ARMマイクロコントローラー-STM32F103（「ムカデ」バージョン）を選択しました。 また、開発およびデバッグ用のブレッドボードとして-STM32P103（ただし、脚は少ないですが、コアは同じです）。 私はZhZhshkaで少しずつ「成功物語」をレイアウトしましたが、すべてをまとめて、Linuxでマイクロコントローラーをプログラミングすることの気持ちについて話しました。 プロジェクト自体はsourceforgeにあります。







まず、一般について触れてから、詳細に進みます。



そのため、ブレッドボードモデル（または完成したデバイス-準備ができたら）に加えて、JTAGアダプターが必要になります。 私の場合、これはST-LINK / V2です。 もちろん、Ironでは十分ではありません。コードを何らかの方法でコンパイルし、コントローラーにアップロードする必要があります。 このために、ARM用gccコンパイラー（arm-none-eabi）およびST-LINKを操作するためのユーティリティー（stlinkと呼ばれる）がインストールされました。



サンプルとして、 このプロジェクトを取り上げました 。 ここから簡単なデモプロジェクトをダウンロードし、最も簡単なものをコンパイルしようとしました。 そして、最初はMKの標準Helloworldでした：LEDの点滅。



私は最初から出会ったレーキをすぐに言わなければなりません：objcopyを忘れてしまいました。 プロジェクトをコンパイルしたら、必ずこのユーティリティを使用してバイナリを作成する必要があります。 そして、Makefilesから理解できない（そして一見不必要に思える）目標を捨てないでください。



便利なIDEとして、Geanyを使用します。 私は仕事で2台のモニターを持っているので、とても便利です。1台のモニターではコードでGeanyを開いており、もう1台ではmakeとcom（tinyserialからのターミナル）を実行するターミナルです。



Makefile全体を検討するのではなく、Makefileで何を変更すべきかにのみ注意を払います。

• BIN-コンパイル後の結果のバイナリの名前
• STM32_LIBSRCおよびOBJにはSTDPeriphLibライブラリプラグインが含まれています。未使用のものはコメント化する必要があります
• SRCにはユーザーソースのリストが含まれています

コードを作成したら、makeを実行します。 すべてが正常な場合、$（BIN）.binファイルが現在のディレクトリに表示されます。このファイルをUSBフラッシュドライブに書き込む必要があります。 記録はmake loadを使用して行われます。このビルドターゲットは、st-flashを呼び出してマイクロコントローラーをフラッシュするだけです。

USB

そのため、まず、コンピューターとPCの間に接続を確立する必要があります。 RS-232が現代のコンピューターにないことを考慮して、USBを介したデバッグ通信を手配します。 ただし、「戦闘状態」では、MKshkaは別のコントローラーからRS-232コマンドを受信するため、USB <-> RS-232アダプターエミュレーターを整理する方向をすぐに確認することにしました。 このアプローチは、USB経由でデバイスとやり取りするために余分なコードを気にする必要がないため便利です（ただし、これは基本的ですが、面倒です！）。 はい、デバッグは簡単です。任意のシリアル端末エミュレータを使用してシリアルポートとしてデバイス/ dev / ttyACM0を開き、「通信」します。 はい、最初はターミナルエミュレータとして（これまでのところコンピューター側にソフトウェアはありません）私はtinyserialを使用しました。



ここから 、エミュレータアダプタUSB <-> RS-232のコードをダウンロードしました。 2番目の側（RS-232）の操作性をすぐに確認できなかったため（接続する場所がありません）、未使用のUSARTコードは一時的にコメント化されました。



USBを使用するには、STMicroelectronicsのライブラリが使用されます。 ライブラリ自体のコードを詳しく調べなければ、すべてが非常に簡単です。ハードウェア（usb_desc。[Ch]ファイル）の記述子を再定義して、コンピューターがUSB <-> RS-232アダプターとして認識し、割り込みハンドラーを変更する必要がありますUSBイベント（少なくとも-受信したデータを処理し、アダプタとして透過的に動作するために、そこから受信したデータをUSB経由で転送するためにUSART割り込み処理を追加する必要があります）。



メッセージを送信するには、リングバッファのようなものを使用します。これは徐々にいっぱいになり、必要に応じてUSB経由で送信されます。 「通常のバッファ」のデータを読み取ります。 今のところ、短いコマンドのみを使用しているため、長いパッケージの処理は気にしませんでした。 その場合、USBからデータを受信するための割り込みハンドラーを少し複雑にする必要があります。



一部のコマンド（たとえば、1-wireセンサーからの温度の読み取り）には非常に長い時間がかかるため、USBコマンドのハンドラーはそのような操作のフラグのみを変更し、main（）のメインループがこれらのフラグを処理します。 すばやく実行される操作（LEDを使用）は、この関数から直接呼び出されます。 デバッグの目的で、コマンドに「エコー」を追加し、簡単に解読します。





これで、ブレッドボードモデルをUSB経由でコンピューターに接続すると（実際、USB経由で給電されるため、常に私に接続されます）、device / dev / ttyACM0が表示され、通常のシリアルポートのように作業できます。 たとえば、シリアルターミナルを使用して開きます（上で言ったように、最初はtinyserialを使用します）。

LEDボタン

おそらく、新しい鉄片の研究の始めに「ダイオードで点滅」するのが伝統的なので、私は同じことをします。 同時に、「ユーザーボタン」で割り込みを切ると、LEDの動作モードが変更されます。



点滅するだけでは面白くありません。明るさを変えるのは面白いです。 このためには、単純な「ソフト」PWMで十分です。 SysTickタイマーを10μsの期間設定します。 2つのカウンターを開始します。1つはLEDがオンになっているティック数用で、もう1つはLEDがオフになっているティック数用です。 LEDの輝度を変更するために、PWMデューティサイクルを変更する簡単な8レベルのスキームを作成しました。

これは何が起こったのです：





「ユーザーボタン」で、外部割り込みをハングさせました。



そして、そのハンドラーは、LEDが「点滅」している場合は連続点灯モードに、逆に点灯している場合は「点滅」モードにするという事実に関与しています。

1線

easyelectronics.ruのどこかから1-wireを操作するためのコードを盗みました。 かなり変更しました。 まず、バスにぶら下がっているデバイスの検索機能を変更しました（何らかの理由で、オリジナルでは機能しませんでしたが、ロジックは非常に明確で正しいように見えました）。



私が盗んだ例では、1-wireはUSARTを介して機能し、DMAは読み取り/書き込みに使用されました。 私はこのアイデアが本当に好きだったので、この方法で使用しました（ただし、1-wireプログラムプロトコルを編成することもできました）。



1線バスをシリアルポートに接続するための標準的なスキームは、ショットキーダイオードの存在を意味します。



しかし、私はそのようなダイオードを持っていませんでした。 しかし、プッシュプルモードに加えて、USART_TXを担当するレッグをオープンドレインモードに切り替えることができることに気付きました。この場合、短絡は発生しません。 1-wireで作業するために、私はUSART3を使用しました（プレイしている間は十分な足があるので、再マップする必要はありません）。 図では、USART3（PB10およびPB11）の脚が10kΩの抵抗器を介して既に接地されていることがわかりました。抵抗器をはんだ付けする必要さえありませんでした。



onewire.cファイルの内容については詳しく説明しません。これはすでに何度も行われていますが、温度計を直接操作することのみに触れます。



デバイスの暖かい（-50°Cを超える）部品の温度を監視するために、単純なDS18S20センサーを使用することにしました（記載されている測定精度は0.5°Cを下回っていません）。 ブレッドボードにはんだ付けされたソケットを必要な結論に接続しました。これにより、いくつかの温度計を同時にMCに接続できます。



ここで、例えば、温度計を使って作業するときに得られるもの：





まず、すべての温度計にマークを付けて、誰がどの識別子を持っているかを確認しました。 そして、私は彼らの証言が大きく異なるかどうか確かめることにしました。 温度-センサー応答の最初の2バイト。 7番目のバイトには、ADC温度計に組み込まれた温度変換からの「残り」が格納されます。 センサーのドキュメントによると、この残留物は温度値を明確にするのに役立ちます。 しかし、彼の善はヤギの乳のようであることが判明しました。



その過程で、センサー自体が発熱し、測定結果に影響します。 したがって、頻繁に問い合わせないでください。 さらに、センサーの測定値は最大0.5度まで異なっていました！ これを念頭に置く必要があります：複数のセンサーを使用して、0.5°C以下の精度で何かのセクション間の温度差を監視するような方法で使用する場合は、最初にすべてのセンサーを較正する必要があります。 また、センサーの応答ではなく、較正式に従って測定値を取得します。



実際のセンサー誤差は0.5°Cを超える場合があるため、センサーの精度は1°Cであると仮定することをお勧めします。

ホールセンサー

アナログホールセンサー-SS495Aを使用しています。 センサーの仕様はインターネットで確認できます。 出力レッグの通常状態では、電圧は約2.5 V（論理ユニットSTM32）であり、外部磁場の極性と大きさに応じて、0..5 V内で読み取り値が変化すると言うことができます。 出力電圧が5ボルトに達する可能性があるため、通常ではなく「5ボルト」（仕様でFRとして指定）コントローラー入力を使用する必要があります。



（特にこのセンサーの場合）センサーの「面」（マークされた面）から1 mm以内に作業面を置くと、磁石の出力にゼロ電圧が現れました。 さらに、論理ゼロのレベルは、飛行機のセンサーの平行にマークされた側の座標のかなり狭い領域に表示されます。 位置決め精度はかなりまともです。



実験のために、ブレッドボードに1つのセンサーをはんだ付けしました。 彼は電源を5Vに接続し、信号出力はPC10ポートにつながっていました。PC10ポートは5Vが印加されても燃えません。 ポートを絶えず引っ張らないようにするために、私はそれを中断しました（ボタンに似ています）。 割り込みハンドラーは対応するフラグを設定するだけです。メインループで、このフラグが設定されている場合（つまり、磁石がセンサーの「視野」に現れたか、離れた場合）、PC10があることを確認します。 ゼロがある場合（MPがある場合）、ターミナルに「Magnet」と書き込みます。それ以外の場合は「clear」と書き込みます。 ターミナルで「h」を押すことで、センサーがあるかどうかを強制的に確認することもできます。

ADC

「ウォームゾーン」に加えて、寒さ（上から最大75K）の温度を測定する必要があります。 これには、ADG506Aアナログスイッチに接続されたプラチナサーミスタが使用されます。 もちろん、「ネイティブ」のMSCコンバーターはどれほど悪いのかと思っていました。温度測定に使用できますか？



ADCを使用したSTM32の例はすべて揃っているので、STDPeriphLibから例を取り上げました。 ADCを連続変換モードで実行し、結果をDMAを使用してメモリに保存します。 変換時間を最大（より正確に）に設定し、とりあえずADC入力PB0（ADC8）をハングさせます。





スイッチを使用するには、制御ポートの5ビットを設定する必要があります。 ビット変換を心配しないために、ポートCの最初の4ビットをアドレスとして使用し、5番目のビットをスイッチを含むキーとして使用しました。





ここには割り込みはありませんが、interrupts.cファイルでは、コマンド（たとえば、コマンド 'a'）がセンサーの電圧を表示するときに新しいフラグの設定を追加する必要があります。 main（）で、このフラグの処理を追加します。



コマンドがループに到着すると、スイッチで目的のアドレスの設定を開始し、ADCが機能するまで数ミリ秒待機してから、結果の値を表示します。 次に、スイッチをオフにして（念のため）さらに数ミリ秒待機します。



別のブレッドボードに、スイッチのすべてのアナログ入力を小さなオーム（200..900オーム）の抵抗器で接続する単純な抵抗分圧器を組み立てました。 グランドをS1に接続し、STM32ブレッドボードから+ 3.3VをS16に接続しました。 外付けHDD（12V）から古いPSUでチップに電力を供給しました。



STM32P103ブレッドボードでは、ADCの基準電圧は一般的な電源から取得されるため、精度は低くなります。値は20ユニットも変動することがあります。



ここで、たとえば、2つの投票で何が起こったのか：





一般に、安定した基準電圧源（およびそこから供給される測定回路）を追加するか、一般に外部ADCを使用する必要があります。 使用するセンサーの抵抗が低いため、アンプをはんだ付けする必要があります。

ステッピングモーター

それ以来、私は義理の男をいじり終えていません ブレッドボードに要素をインストールするとき、何も「離陸」しないと思います。 はんだ付けする必要があります。 そして、おそらく来年だけはんだ付けに対処します（まだラジオ部品を購入する必要があります）。 これまでのところ、ステッピングモーターの制御方法を簡単に説明します。



ステップチェンジャー-1.2アンペアのVSS42を使用します。 これらは、ShD-L6208ドライバーで最も便利に管理されます。 この超小型回路で作業するときは、方向制御信号、作業イネーブル信号、およびクロックパルスのみを送信する必要があります。 コントローラー自体がPWMを調整し、モーター巻線に必要な電圧を設定します。



以下に注意する主なものを指摘します。

• PWM調整は、センス抵抗両端の電圧降下を基準電圧Vrefと比較することにより行われます。 したがって、電流I _maxと抵抗R _Senseの抵抗について_、この低下は非常に簡単に計算できます。
  
  U _ref = I _max R _センス
  
  つまり R _Sense = 0.33 Ohmで電流制限を1.2 Aに設定するには、U _ref = 0.4 Vに設定する必要があります_。Vrefを宙に_浮かせたり、地面に押し付けたりしないでください。
• 低速/高速減衰モードは従来のコレクターエンジンにとって重要ですが、ステップディサイダーは高速減衰モードでのみ高速減衰を必要とします。 一般に、倒錯しない場合は、+ 5VをCONTROLレッグに印加するだけで十分です。 HALF / FULLでは、+ 5Vを単純に印加し、ハーフステップモードで動作します。 位相カウンターをリセットしたくない場合は、RESETフットでも同じことを行います（正直に言うと、各ステップに8クロックパルスを与える必要はありません）。
• ENABLE入力は出力でもあります。L6208ドライバーで問題が発生した場合（過熱、電流サージ）、負荷の電圧を個別に切断し、ENABLEはそれをグランドに引き込みます。 つまり、ENABLEポートを制御するコントローラーのフットがオープンコレクター出力モードでアクティブになっている場合、緊急事態が発生したかどうかを確認できます。
  
  STM32仕様によると、オープンコレクタモードでは、ユニットがポート出力に供給されると、トランジスタは単に脚を地面に持ち上げます。 出力がゼロの場合、脚が再び引っ張られます。
  
  したがって、コントローラーの足を+ 5V（足にFTを選択する必要があります）を、たとえば5Ωの抵抗器を通して引っ張り、それとENABLEの間に、たとえばキロオームの抵抗器を貼り付けます（そして、コンデンサーでENABLEの足を地面にシャントすることを忘れないでください、そうでなければ、制御コントローラーを焼くことができます） ）、目的のエンジンのオン/オフを切り替えて、事故の有無を確認できます（このため、コントローラーの対応する足の落下脚で周辺の中断を切ることができます）。
• 仕様で太字で示されている導体は、できるだけ短く幅を広くする必要があります。 ただし、同時に、浮遊容量とインダクタンスを減らすように注意する必要があります。
  
  R _Senseは、ドライバーのできるだけ近くに配置する必要があります。 それらからそれほど遠くないところに、コンデンサC₁とC₂（仕様による）があるはずです。比較電流がこの回路を流れるだけでなく、逆誘導電流も流れます（したがって、 このチェーンにダイオードを含めることはできません ）。
  
  C₁ , ( , , , , ).
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