Оценочная плата STM32F4 Discovery с STM32F407

32-разрядные микроконтроллеры выпускаются многими производителями, но наиболее широкое распространение, на текущий момент, получил продукт совместной франко-итальяно-японской фирмы STMicroelectronics (STM). Достаточно низкая стоимость, удобство программирования и наличие бесплатного ПО способствовали его продвижению.

Наиболее производительными в семействе STM32 являются микроконтроллеры линейки STM32F4:

Серия	Тактовая частота	Вычислительная мощность, DMIPS	Ядро	Описание
STM32F0	48	38	Cortex-M0	Бюджетный МК начального уровня
STM32F1	24/36/48/72	61	Cortex-M3	МК общего назначения
STM32F2	120	150	Cortex-M3	Высокопроизводительные МК
STM32F3	72	62	Cortex-M4	сигнальный процессор DSP, FPU (операции с плавающей точкой)
STM32F4	84/168/180	210	Cortex-M4	Высокопроизводительные МК, DSP, FPU
STM32L0	32	33	Cortex-M0+	Низкое потребление и цена
STM32L1	32	33	Cortex-M3	Сверхнизкое энергопотребление
STM32T	72	90	Cortex-M3	Контроллер сенсорного экрана
STM32W	24	30	Cortex-M3	Для беспроводной связи (RF, ZigBee)

Для начинающих разработчиков производители предлагают, так называемые, оценочные платы, на которых устанавливается тот или иной микроконтроллер со схемами обвязки и различной периферией. Обязательным атрибутом оценочных плат сегодня является большое число контактов, которые позволяют получить доступ практически ко всем портам микроконтроллера, а также интерфейсы в виде светодиодов и кнопок. Также во многие оценочные платы встраивается программатор, который позволяет программировать внешние микросхемы. В таблице ниже приведены оценочные платы начального уровня линейки STM32F4.

Плата	Микроконтроллер	Периферия
STM32F429I Disco	STM32F429ZIT6 (180 МГц, 2 Мб Flash, 256 Кб ОЗУ, LQFP144)	Встроенный программатор/отладчик ST-LINK/V2, дисплей 2.4" QVGA TFT, ОЗУ SDRAM 64 Мбит, гироскоп, USB-OTG, 6 светодиодов, 2 кнопки
STM32F407 Discovery	STM32F407VGT6 (168 МГц, 1 Мб Flash, 192 Кб ОЗУ, LQFP100)	ST-LINK/V2, 3-х осевой акселерометр, цифровой микрофон, USB-OTG, 24-разрядный аудио ЦАП с усилителем класса D, 8 светодиодов, 2 кнопки
STM32F401C Disco	STM32F401CVT6 (84 МГц, 256 Кб Flash, 64 Кб ОЗУ, LQFP100, низкое энергопотребление)	ST-LINK/V2, гороскоп, компас, цифровой микрофон, USB-OTG, 24-разрядный аудио ЦАП с усилителем класса D, 8 светодиодов, 2 кнопки
STM32F401 Nucleo	STM32F401RET6 (84 МГц, 512 Кб Flash, 96 Кб ОЗУ, LQFP64, низкое энергопотребление)	ST-LINK/V2, разъем для подключения шилдов Arduino, 2 светодиода, 2 кнопки

Я для своих экспериментов купил недорого здесь себе платку STM32F407 Discovery. Поставляется она в блистере с немногословным описанием.

У этой платы имеется две модификации: MB997C и MB997B. Первая пришла на смену второй и имеет на борту более современную микросхему акселерометра LIS3DSH взамен устаревшей LIS302DL.

Компоненты отладочной платы:

С обратной стороны платы находятся штырьевые выводы.

Основные характеристики этой платы:

32-битный микроконтроллер STM32F407VGT6 с ядром ARM Cortex-M4F с 1 Мб памяти программ и 193 Кб ОЗУ в 100-выводном корпусе LQFP100 с тактовой частотой 168 МГц. Встроенные операции с плавающей точкой (FPU).
Встроенный программатор/отладчик ST-LINK/V2 с возможностью выбора режима работы (позвоялет программировать внешние микросхемы, используя SWD-коннектор для программирования и отладки)
Питание платы: через шину USB или от внешнего 5В источника питания
Питание для внешних устройств: 3В и 5В
3-х осевой МЭМС акселерометр на базе микросхемы LIS302DL компании ST
Всенаправленный цифровой МЭМС микрофон на базе микросхемы MP45DT02 компании ST
Аудио ЦАП CS43L22 со встроенным усилителем класса D
Восемь светодиодов: LD1 (красный/зеленый) для индикации активности шины USB, LD2 (красный) для питания 3.3В, 4 пользовательских диода: LD3 (оранжевый), LD4 (зеленый), LD5 (красный) и LD6 (синий), 2 диода USB OTG: LD7 (зеленый) для VBus и LD8 (красный) при перегрузке
Две кнопки (Reset и User)
USB OTG с разъемом micro-AB
Выводные колодки для всех контактов ввода/вывода микроконтроллера для быстрого подключения к макетной плате и простого проведения измерений

Большим плюсом является наличие в микроконтроллере модуля для работы с числами с плавающей точкой, что увеличивает скорость обработки в приложениях, связанных, например со спектральным анализом (для вычисления БПФ) или же в БПЛА для алгоритмов ориентации.

К мелкому минусу можно отнести лишь отсутствие разъема JTAG для тестирования, используя внешний программатор/отладчик ST-LINK.

Скачать принципиальную схему платы STM32F407 Discovery можно по ссылке ниже.

Схема STM32F4Discovery
stm32f4discovery_sch.zip

300.3 KiB
1642 Downloads
Детали

Рассмотрим упрощенную структурную схему платы.

Из нее видно, что из-за диода Шоттки D3 напряжение +3 В не является строго стабилизированным. Ток нагрузки через контакт «+3V» не должен превышать 150 мА. Если вместо джампера J1 подключить амперметр, что можно увидеть, что, учитывая потребляемый микроконтроллером ток, реально выдается 80-130мА.

Питание 5 в подается через мини-USB разъем «CPU» с компьютера. Из-за диода D1 на микро-USB разъеме «OTG» будет чуть меньшее напряжение.

На колодке штырьевых контактов имеется вывод «+5 V» к которому можно подключить внешний источник питания. Благодаря диоду D1 есть возможность одновременно использовать внутренний и внешний источники питания.

Программатор ST-Link реализован на микроконтроллере STM32F103C8T6. Основной программируемый микроконтроллер подключается для программирования через два джампера J2 и J3. Для программирования внешних микросхем, используя разъем «SWD» эти джамперы необходимо удалить.

Для работы цифрового МЭМС-микрофона, 3-х осевого акселерометра и аудио ЦАП задействованы несколько линий портов микроконтроллера. Данные передаются по шинам SPI, I²C, I²S.

В таблице приведены задействованные и свободные порты.

Вывод	Функционал
PA0	Кнопка «User»
BOOT0	Вход бутлоудера, сигнал BOOT0
PB2	Вход бутлоудера, сигнал BOOT1
PA1-PA3, PA8, PA15, PB0, PB1, PB4, PB5, PB7, PB8, PB11, PB13-PB15, PC1, PC2, PC4-PC6, PC8, PC9, PC11, PD0-PD3, PD6-PD11, PE2, PE4-PE15	Свободные линии I/O, толерантные к 5 В, максимальная нагрузка ±25 мА, pull-up/down резисторы 30…50 кОм (всего 46 линий)
PB12	Свободная линия с pull-up/down резистором 8…15 кОм
PC13	Свободная линия с нагрузкой ±3 мА
PA3-PA6, PB6, PB9, PC7, PC10, PC12, PD4	Стереофонический аудио ЦАП CS43L22
PA5-PA7, PE0, PE1, PE3	3-х осевой акселерометр LIS3DSH
PA9-PA12, PC0, PD5	Разъем микро-USB (OTG)
PA13, PA14, PB3	Разъем программатора SWD
PB10, PC3	Встроенный цифровой микрофон MP45DT02
PC14, PC15	Кварцевый резонатор 32 кГц (есть место)
PD12-PD15	Зеленый, оранжевый, красный, синий светодиоды
PH0, PH1	Кварцевый резонатор 8 МГц для МК
NRST	Внешний начальный сброс МК
+3V, +5V, VDD, GND, NC	Цепи питания 3 В, 5 В, МК, «земля», пустой контакт

Чтобы проверить работоспособность платы:

Удостоверьтесь, что на плате установлены перемычки JP1 и CN3
Подключите плату STM32F407 Discovery к компьютеру, используя USB-кабель типа A/mini-B через мини-USB разъем CN1 программатора ST-Link на плате для подачи питания. Засветится красный светодиод LD2 (PWR) и начнут мигать четыре светодиода (зеленый, оранжевый, красный, синий), находящиеся между кнопками B1 и B2
Нажатие пользовательской клавиши B1 включает МЭМС акселерометр. Четыре цветных светодиода будут показывать направление движения платы и скорость. При подключении к компьютеру через второй USB-разъем на плате CN5, используя кабель типа A/micro-B, плата распознается как стандартный манипулятор «мышь».
Демонстрационное ПО, различная документация на плату STM32F407 Discovery, а также примеры, позволяющие ознакомится с особенностями семейства микроконтроллеров STM32F4 доступны на официальном сайте STMicroelectronics.