Leonidov/STM32-Labs

Лабораторные работы и практикумы по STM32

Проекты Keil uVision 5 и STM32CubeIDE

МК: STM32F107VC (отладочная плата STM3210C-EVAL), STM32F103RBT6 (отладочная плата Nucleo)

Лабораторная работа №1 (Lab 1 - Hello World)

Введение в Assembler Cortex-M3

Содержит 4 проекта:

• Keil_Assembler - проект Keil uVision 5 на языке Assembler.
• Keil_C - проект Keil uVision 5 на языке C. В папке StdPeriphLib Version находится версия исходников с использованием библиотеки StdPeriphLib (устарело).
• CubeIDE_Assembler - проект STM32CubeIDE 1.7 на языке Assembler.
• CubeIDE_C - проект STM32CubeIDE 1.7 на языке C.

Лабораторная работа №2 (Lab 2 - Interrupts)

Введение в прерывания

Реализовано два обработчика прерываний:

• по переполненю таймера TIM6 (раз в секунду меняется состояние светодиода);
• по внешнему импульсу на линии EXTI9 (к PB9 подключена кнопка, по нажатию меняется состояние светодиода).

Лабораторная работа №3 (Lab 3 - UART+DMA)

Модуль USART, DMA

Демонстрирует работу с модулем USART и два подхода к передаче данных:

• через процессор (#define USE_DMA должен быть закомментирован);
• через модуль DMA (#define USE_DMA должен быть раскомментирован).

Параметры UART:

• Скорость обмена: 115200 бод;
• 8 бит данных;
• 1 стоп-бит.

В папке Waveforms лежат осциллограммы для двух варинтов передачи данных.

• USART without DMA.png - передача по USART осуществляется через процессор.
• USART with DMA.png - передача по USART осуществляется через модуль DMA.

На двух картинках:

• Канал А (синий) - сигнал на выводе PD7 (светодиод LED1).
• Канал B (красный) - сигнал на выводе PD5 (USART2 TX Remapped).

Лабораторная работа №4 (Lab 4 - USB)

Работа с модулем АЦП

Разработан проект аппаратного USB HS для STM32F429ZI. Данные, принятые с ПК, возвращаются обратно.

Лабораторная работа №5 (Lab 5 - ADC)

Работа с модулем АЦП

Реализована работа с регулярной группой каналов АЦП ADC1:

• ADC1_IN14 - подключен к потенциометру.
• ADC1_IN16 - внутренний канал, подключен к встроенному термодатчику.

Реализован простейший обработчик SCPI-подобных команд:

• *IDN? - считать идентификатор устройства. В ответ МК вернёт строку Lab 4 - ADC.
• LED1 ON|OFF - включить/выключить светодиод LED1. В случае успешного выполнения команды МК вернёт строку OK. В случае неверного параметра (если это не ON или OFF) - Invalid Parameter.
• ADC? - измерить напряжение на входе ADC1_IN14. В ответ МК вернёт значение напряжения в Вольтах.
• TEMPER? - измерить температуру микроконтроллера. В ответ МК вернёт значение температуры в градусах Цельсия.

В случае получения неизвестной команды МК вернёт сообщение об ошибке Invalid Command.

Лабораторная работа №6 (Lab 6 - DAC)

Работа с модулем ЦАП

Реализованы режимы работы ЦАП:

• установка постоянного напряжения;
• генерирование синусоидального сигнала (с помощью модуля DMA);
• генерирование шума;
• генерирование треугольного сигнала.

Структура папок:

• WaveGenerator - содержит скрипты генерирования массива значений для синусоиды:
  • DAC_Sine - Swift.playground - playground для Xcode (язык Swift);
  • DAC_Sine - MATLAB.m - скрипт Matlab. Генерирует только числовые значения.
• Waweforms - содержит осциллограммы с выхода ЦАП:
  • Command U 1.5.png - постоянное напряжение 1.5В (команда U 1.5).
  • Command SIN 200.png - синусоида, TIM6->ARR = 200 (команда SIN 200).
  • Command SIN 1500.png - синусоида, TIM6->ARR = 1500 (команда SIN 1500).
  • Command TRIANGLE 1.png - треугольный сигнал, TIM6->ARR = 1 (команда TRIANGLE 1).
  • Command TRIANGLE 5.png - треугольный сигнал, TIM6->ARR = 5 (команда TRIANGLE 5).
• Project - сам проект программы.

Система команд по интерфейсу UART:

• *IDN? - считать идентификатор устройства. В ответ МК вернёт строку Lab 5 - DAC.
• U [val] - установить постоянное напряжение на выходе ЦАП. [val] - значение напряжения в Вольтах, может находиться в диапазоне от 0.00 до 3.30В. В случае успешного выполнения команды МК вернёт ответ OK. Если значение [val] выходит за допустимый диапазон - Out of Range.
• SIN [val] - генерировать синусоидальный сигнал на выходе ЦАП. [val] - модуль счёта таймера TIM6, по которому генерируется запрос DMA. Может принимать значения от 0 до 65535. В случае успешного выполнения команды МК вернёт ответ OK.
• NOISE [val] - генерировать шум на выходе ЦАП. [val] - модуль счёта таймера TIM6, по которому запускается ЦАП. В случае успешного выполнения команды МК вернёт ответ OK.
• TRIANGLE [val] - генерировать сигнал треугольной формы на выходе ЦАП. [val] - модуль счёта таймера TIM6, по которому запускается ЦАП. В случае успешного выполнения команды МК вернёт ответ OK.

Лабораторная работа №7 (Lab 7 - FreeRTOS)

Введение в операционные системы реального времени

Проект разработан в STM32CubeIDE.

Данный проект демонстрирует:

• Реализацию многозадачности.
• Работу с очередью.
• Работу с семафорами.

Структура проекта.png

Очереди:

• UARTQueueHandle - очередь строк для отправки по UART.

Семафоры:

• BtnSemHandle - бинарный семафор, устанавливаемый по нажатию кнопки Btn.

Задачи:

• DefaultTask - пустая задача.
• LED1Task - мигает светодиодом LED1 раз в секунду.
• LED2Task - мигает светодиодом LED2 раз в две секунды.
• LED3Task - инвертирует светодиод LED3, если сработал семафор BtnSemHandle (нажата кнопка Btn).
• ReadBtnTask - считывает состояние кнопки Btn и, в случае нажатия, выставляет семафор BtnSemHandle.
• ADCTask - считывает результат измерения АЦП и загружает полученное значение в регистр модуля ШИМ таймера TIM4, канал 2.
• UARTTask - отправляет по модулю UART строки, находящиеся в очереди UARTQueueHandle.

Лабораторная работа №8 (Lab 8 - FFT)

Дискретное преобразование Фурье

Реализована периодическая дискретизация сигнала с частотой 100кГц с использованием связки АЦП+DMA. Алгоритм работы программы:

1. Производится заполнение первой половины буфера АЦП ADC_Buffer (256 из 512 элементов), после чего генерируется прерывание от DMA (DMA_ISR_HTIF1).
2. Производится ДПФ от первой половины буфера АЦП, в это время заполняется вторая половина буфера.
3. После заполнения всего буфера из 512 отсчётов DMA генерирует второе прерывание (DMA_ISR_TCIF1).
4. Производится ДПФ от второй половины буфера АЦП, в это время заполняется первая половина буфера.
5. Пункты 1-4 повторяются.

Все результаты записываются в массив FFT_Results. По запросу от ПК можно передать содержимое как буфера АЦП, так и результаты ДПФ.

Структура папок:

• PC Soft - содержит ПО для графического представления данных с АЦП и БПФ.
  • ADC_Graph Source - Проект Qt Creator, Qt v5.4.
  • Lab 5-7 Prog - Windows.zip - Скомпилированное под Windows приложение.
• Waweforms - содержит скриншоты программы для различных форм сигнала (временная область и спектр соответственно):
  • Sine_1kHz_Time.png, Sine_1kHz_FFT.png - Синусоида частотой 1кГц.
  • Sine_10kHz_Time.png, Sine_10kHz_FFT.png - Синусоида частотой 10кГц.
  • Sine_90kHz_Time.png, Sine_90kHz_FFT.png - Синусоида частотой 90кГц. Обратить внимание, что частота синусоиды выше частоты Найквиста!
  • Meandr_10kHz_Time.png, Meandr_10kHz_FFT.png - Меандр частотой 10кГц. Обратить внимание на гармоники.
• Project - сам проект программы.

Система команд по интерфейсу UART:

• *IDN? - считать идентификатор устройства. В ответ МК вернёт строку Lab 7 - FFT.
• ADC? - считать массив отсчётов во временной области. В ответ вернёт 256 числовых значений в HEX-формате (ведущие нули опускаются).
• FFT? - считать массив отсчётов в частотной области. В ответ вернёт 256 числовых значений в HEX-формате (ведущие нули опускаются).

Дополнительно

• ST-LINKIII-KEIL_SWO.dll - заменить в новых версиях Keil uVision 5 для совместимости с программатором ST Link 1 (платы STM32 Discovery Value Line).