Les microcontrôleurs STM32

Les familles de microcontrôleurs STM32

Il existe plusieurs familles de microcontrôleurs STM32, classés selon leur cœur ARM

http://www.st.com/en/microcontrollers/stm32-32-bit-arm-cortex-mcus.html

Les cartes de prototypages proposées par ST

STMicroelectronics propose toute une gamme de cartes de prototypage pour diverses applications et différents microcontrôleurs STM32.

Les cartes "Discovery"

Historiquement, les “discovery boards” étaient développées pour montrer aux clients les possibilités du microcontrôleur STM32.
De nombreuses cartes (de couleur verte) embarquent des composants supplémentaires (par exemple un accéléromètre) pour montrer leur fonctionnement et leur mise en œuvre.

Les cartes "Nucleo"

Les cartes de la gamme “nucleo” (de couleur blanche), sont en général (pour la gamme nucleo 64) équipés des connecteurs compatibles “arduino shield”.
Ainsi un grand nombre de "shields arduino" peuvent être utilisés avec ces cartes.

les cartes "Eval-boards"

Ces cartes (de couleur verte) ont été développées pour le marché professionnel.
Ces cartes embarquent en général de très nombreux composants électroniques supplémentaires. Elles sont souvent assez chères.

Introductions aux ateliers STM32

Dans les ateliers, on va utiliser l'outil "STM32CubeMx" pour la génération de code "canevas" et l'IDE "eclipse" pour la compilation et le debug. Un tutoriel permettant d'installer l'ensemble des outils de développement OpenSTM32 est disponible à la page suivante :
http://wiki.labaixbidouille.com/index.php/Installation_de_l%27environnement_de_d%C3%A9veloppement_OpenSTM32

Les ateliers STM32

1 - Premier programme “blinky”
2 - Commander une LED avec un variateur PWM”
3 - Commander une LED RGB par PWM”
4 - Contrôle d’un moteur "servo à rotation continue" avec un variateur PWM”

Commander une led Rgb par PWM

Commander une LED avec un variateur PWM

Si on connecte une LED à des broches digitales comme vu dans le programme "blinky", on a seulement deux possibilités : "on" avec la pleine luminosité et "off" éteint.
En utilisant le PWM (en anglais "pulse wide modulation"), on peux faire varier la luminosité de la LED.

Explication du PWM

Si on allume la LED, il y a une tension de 3.3 volt sur la broche, pour éteindre, on applique 0 volt:



Si on change rapidement (par exemple 100 fois par seconde) entre "on" et "off", l’œil humain ne distingue plus ce changement et on a l’impression, que la LED brille avec une luminosité moindre:



A partir d’une certaine fréquence (25 fois par seconde), celle ci n’est plus importante car elle n'est plus perceptible à l’œil.



Une periode "T" est défini par le temps entre deux allumage "on" (front montant du signal).
Maintenant, on peut diminuer ou augmenter le temps "t1" de l’état "on" par rapport à l’état "off". Par exemple dans le dessin, "t1" est à un quart de "T".



Ce rapport t1/T est appelé le rapport cyclique ("duty cycle").

• S’il est à 0 ( t1 = 0 ), la LED est "off" en continue.
• S’il est à 1 ( t1 = T ), la LED est "on" en continue.
• Si on modifie le rapport de "t1 beaucoup plus petit que T" (la LED brille très peu) à "t1 presque égale à T" (la LED brille beaucoup), on peux varier la luminosité de la LED.

Support du PWM par les STM32

Sur STM32, le PWM est supporté par l’utilisation du timer et des drivers HAL (source code "Hardware Abstraction Layer" distribué par ST).
Il faut savoir que les STM32 contiennent plusieurs types de timer avec des fonctionnalités différentes. Une description des timers se trouve dans les fichiers (en anglais) de STMicroelectronics:

• Application Note 4013 et
• Application Note 4776.

On va utiliser l’outil STM32CubeMx pour générer le code source de base.

• Première étape: Créer un nouveau projet en sélectionnant la carte sur laquelle on va travailler.
• Dans l’onglet "Pinout" de la fenêtre principale, on sélectionne un timer (par exemple "TIM2"), qui propose plusieurs "Channel" avec la fonction "PWM Generation".

On peut voir sur l’image de la puce que la broche PA5 est utiliser pour le canal 1 du timer 2: "TIM2_CH1".
Pour calculer des valeurs "t1" et "T", il faut configurer le timer dans l’onglet "Configuration" en cliquant sur le bouton "TIM2" dans la rubrique "Control".



Dans l’onglet « Parameter Settings » de la boite de dialogue, il faut configurer le timer.
Pour cela, il faut savoir que le timer est sequencé par l’horloge du CPU. Dans le cas de la carte sélectionné, cette fréquence est de 80 MHz.
Si on configure le "Prescaler" (voir image) du timer à 80, le timer va déclencher l’incrémentation du compteur avec une fréquence de 1 MHz (80 MHz / 80). Il faut configurer une deuxième valeur "Counter Periode" à 100.
Ainsi, chaque micro seconde, le timer va incrémenter (en commençant à 0 jusqu’à 100). Ce temps (100 micro secondes) corresponds au "T". Maintenant on peut générer le code source.

Pour le contrôle du timer, il faut trois fonctions:

• Démarrer le timer: HAL_TIM_PWM_Start( &htim2, TIM_CHANNEL_1 );
• Arrêter le timer: HAL_TIM_PWM_Stop( &htim2, TIM_CHANNEL_1 );
• Modifier la valeur de "t1": __HAL_TIM_SET_COMPARE( &htim2, TIM_CHANNEL_1, Value );

Allumage d’une LED

La valeur de la variable "Value" peut être réglée entre 0 (LED éteint) et 100 (LED allumé avec 100 % puissance). Avec de simples boucles, on peut réaliser un "blinkly en continue":

 HAL_TIM_PWM_Start( &htim2, TIM_CHANNEL_1 );
 /* Infinite loop */
 while (1)
 {
  for ( int i = 0; i < 100; i ++ )
  {
    __HAL_TIM_SET_COMPARE( &htim2, TIM_CHANNEL_1, i );
    HAL_Delay( 10 );
  }
  for ( int i = 100; i > 0; i -- )
  {
    __HAL_TIM_SET_COMPARE( &htim2, TIM_CHANNEL_1, i );
    HAL_Delay( 10 );
  }
 }

Commander une led Rgb par PWM

Nous allons poussez un peu plus loin l'exploration du PWM en pilotant l’éclairage d'une led RGB.

Réaliser le montage suivant à l'aide de :

- 2 résistances de 100 Ω pour les broches Vert et Bleu

- 1 résistance de 200 Ω pour la broche rouge

Voici l'emplacement des différentes broches de la led RGB

Et le schéma de câblage

Nous devons comme précédemment pré-configurer les broches du STM32 sous CubeMx comme ceci

Dans l'onglet "Configuration" , régler les Timer 2 et 3 avec le "Prescaler" à 80 et le "Counter Periode" à 100

Et le code à incorporer dans votre fichier main.c

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_TIM3_Init();
  MX_TIM2_Init();

  /* USER CODE BEGIN 2 */
  HAL_TIM_PWM_Start( &htim3, TIM_CHANNEL_1 ); // Green
  HAL_TIM_PWM_Start( &htim3, TIM_CHANNEL_2 ); // Red
  HAL_TIM_PWM_Start( &htim2, TIM_CHANNEL_1 ); // Blue
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
	  for ( int i = 0; i < 100; i ++ )
	  {
  /* USER CODE END WHILE */
	  __HAL_TIM_SET_COMPARE( &htim3, TIM_CHANNEL_1, i); // Green
	  __HAL_TIM_SET_COMPARE( &htim3, TIM_CHANNEL_2, i); // Red
	  __HAL_TIM_SET_COMPARE( &htim2, TIM_CHANNEL_1, i); // Blue
	  HAL_Delay( 20 );
  }
	  for ( int i = 100; i > 0; i -- )
	  {
	   /* USER CODE END WHILE */
	 	  __HAL_TIM_SET_COMPARE( &htim3, TIM_CHANNEL_1, i); // Green
	 	  __HAL_TIM_SET_COMPARE( &htim3, TIM_CHANNEL_2, i); // Red
	 	  __HAL_TIM_SET_COMPARE( &htim2, TIM_CHANNEL_1, i); // Blue
	 	  HAL_Delay( 20 );
	   }
  /* USER CODE BEGIN 3 */

  }
  /* USER CODE END 3 */

  }

Contrôle d’un moteur "servo à rotation continue" avec un variateur PWM

Le PWM peut être utilisé pour le contrôle d’un moteur "servo à rotation continue", comme ceux qui sont intégrés dans le robot du lab.
Dans ce tutoriel, on va utiliser le moteur de adafruit (https://www.adafruit.com/product/154). Sur la page internet, on trouve une information importante dans la section des détails techniques: "Required Pulse: 500us-2500us".

Configuration du timer du STM32

L'utilisation/configuration du timer se fait exactement la même façon comme pour commander une LED, mais il nous faut alors générer des pulses d’une longueur "t1" de 500 à 2500 micro secondes.
Ainsi dans la boite de dialogue de configuration du timer, il faut maintenant configurer la deuxième valeur "Counter Periode" à 2500. Ainsi la periode "T" est 2500 micro secondes.
Le fonctionnement du moteur est la suivante:

• Si on envoie une impulsion "plus petite que la moitié" égale à (2500 + 500 ) / 2 = 1500 micro secondes, le moteur tourne "à gauche".
• Si elle est "plus grande que la moitié", le moteur tourne "à droite".

Avec un peu de marge sur les valeurs, on peut décrire le scénario suivant:

 HAL_TIM_PWM_Start( &htim2, TIM_CHANNEL_1 );
 /* Infinite loop */
 while (1)
 {
  /* tourne à gauche... */
  __HAL_TIM_SET_COMPARE( &htim2, TIM_CHANNEL_1, 1000 );
  /* … pendant 5 secondes */
  HAL_Delay( 5000 );
  /* tourne à droite... */
  __HAL_TIM_SET_COMPARE( &htim2, TIM_CHANNEL_1, 2000 );
  /* … pendant 5 secondes */
  HAL_Delay( 5000 );
 }