[Из песочницы] Обучение на STM32 в массы
Небольшая предыстория Я очередной выпускник некоего московского вуза (не буду уточнять какого, но средненького). Полгода назад нам сообщили, что пора писать диплом. На тот момент я только-только начал осваивать микроконтроллеры и давалось мне это не то, чтобы нелегко, но со скрипом, который производит холодильник, когда ты, в одиночку, пытаешься аккуратно сдвинуть его, не повредив драгоценный ламинат (в моем случае линолеум).Мое обучение началось, когда я два года назад заинтересовался темой микроконтроллеров и инженер, у которого поинтересовался насчет них, выдал мне плату 300×200 мм и сказал, что в ней стоит контроллер STM32F217ZGT6 и на этой плате есть все необходимое для обучения. «В общем, освоишь ее — все остальное покажется фигней» (он, правда, не сказал, что для моргания светодиодом надо настроить SPI, о котором на тот момент я даже не слышал). Спустя три не очень напряженных месяца бесплотных попыток, осознания слабости навыков программирования и огромного количества прочитанных статей пришлось все же раскошелится на STM32VLDISCOVERY и способом копирования программ и экспериментов с ними дело наконец-то пошло, но все равно медленно.
За полтора года успел поработать разработчиком, искал вакансии, где работают с STM32 (так как считаю, что сейчас это наиболее перспективные микроконтроллеры своего класса), нахватался опыта и когда дело дошло до диплома, вспомнил о своих наболевших мозолях. Идея с темой пришла мгновенно: «Отладочная плата на STM32 и (полноценный) обучающий курс (для самых маленьких) к ней».
Да, знаю, знаю, от многих инженеров слышал, что с темой «отладочная плата» «будь я преподавателем, я бы тебя завалил на защите», но все же считаю, любая идея имеет право на жизнь, так что всем, кому интересно, прошу читать далее.Я в курсе, что существует множество статей, где написано, что, где и как. И как работать с регистрами, как понимать, что они делают и т.д. и т.п. Для меня (может, от большого ума) многие такие стати были все равно не понятны и выбраться за пределы моргания светодиодом без примеров рабочего кода я не мог довольно долго. Плюс ко всему в даже циклах (по 6–7 штук) статей не всегда прослеживалась система, многое не разжевывалось (чего мне сильно не хватало), а самое главное — они заканчивались, не закрыв тему до конца, оставив после себя еще больше вопросов.
Именно по этому захотел написать цельный и законченный курс, чтобы так сказать другие не мучились и самому разобраться. Так что придя в институт и понимая, что для быстрого освоения и понимания нужен стимул (а точнее — хороший такой пинчище), я стал бить себя пяткой в грудь (рыть себе могилу), что не только напишу обучающий курс (в нашем универе пришлось назвать его методическим пособием), но и макет работающий предоставлю. Тему приняли, задание написал (могилу вырыл, надгробие заказал), дело было за малым, все написать и разработать (лечь в могилу, закопаться и поставить надгробие).
Жизнь показала, что времени у меня было отнюдь не полгода, но все же все время, отведенное на диплом, почти закончилось, совсем скоро защита, но как не удивительно все не только готово, но и почти на 100% протестировано (на живых людях в том числе).
На выходе получилось следующее:
1. Сам курс (методическое пособие по-научному) Вкратце о нем можно сказать, что на мой взгляд и по отзывам тестировщиков он полноценный, но немного суровый и не доработанный. Так как я решил, что не буду писать учебник по программированию на СИ, следовательно, и в курсе отсутствуют объяснения операторов, оттого и сказали, что местами курс суров. По поводу недоработанности честно скажу, я не все успел отладить к сдаче, чтобы об этом писать не только здесь, но и в методическом пособии к сдаче. Так же считаю, что можно лучше, но об этом чуть позже.2. Отладочная плата на контроллере STM32F103RET6 Здесь все немного лучше, чем в первом пункте, плата разработана, заказана (из-за обстоятельств заказывать пришлось срочно) в Резоните, компоненты заказаны, спаяна ручками (честно скажу, никакое видео не передаст ощущения первой пайки LQFP64) и протестирована (большее ее часть заработала сразу же). Но это макет и, конечно, не обошлось без накладок: проводков, переходников и других различных «костылей», но заказать вторую ревизию я, к несчастью, не успею, да наверно и не стал бы, для защиты диплома, уверен и этого хватит. Так что ниже я расскажу более подробно об этой отладочной плате.Придя на первую работу в качестве разработчика электроники, я столкнулся с одним интересным мнением и, как оказалось, оно весьма распространено. Это мнение звучало примерно так: «Вот я программист и программирую микроконтроллеры, схемотехнику не знаю и знать не хочу, паять, кстати, тоже не умею». Пообщавшись с группой программистов вне фирмы, понял, что человек с моей работы далеко не одинок в своем мнении и хоть я его и не поддерживаю, понять и уважать мнение окружающих стоит, тем более это отлично вписывалось в тогдашнюю концепцию отладочной платы «все на борту». В связи с этим плата получилось достаточно «жирненькая», получила название STM32SB (SB-StudyBoard) V1.0b. Ниже разберем, что в нее вошло.
1. МикроконтроллерИсходя из того, что я работал с микроконтроллером STM32F103RET6, он и был выбран для проекта.
2. Схема питания и аппаратный USB контроллераВ этом микроконтроллере есть встроенный USB, который было решено вывести на отдельный разъем.
3. СпикерБыло решено ввести для освоения ШИМ модуляции и обучению написанию мелодий.
4. Цифровой индикатор и сдвиговый резисторДля одновременного освоения динамической индикацией и сдвиговым регистром было решено их совместить.
5. СветодиодыСветодиоды, что может быть лучше? Только трехцветные светодиоды, на которых можно освоить плавную смену цветов.
6. ЖК-дисплейСтандартный ЖК-дисплей на 2 строки по 16 символов для освоения параллельного интерфейса.
7. КлавиатураМатричная клавиатура, это нужно знать и уметь.
8. Расширитель портов ввода-выводаМного портов ввода-вывода не бывает, а тут еще и I2C освоить можно.
9. Электронный термометрДатчик температуры по 1-Wire, полезная вещь и ценный опыт работы с ним может пригодиться.
10. Электронный потенциометрНа этой вещице можно освоить полноценный SPI и попробовать сделать замеры изменения напряжения через АЦП.
11. РелеХоть это и на уровне поморгать светодиодом, но все же приятно услышать знакомый щелчок, правда?
12. Ключевые транзисторыТак же на уровне моргания светодиодом, но вдруг кому принцип не понятен.
13. Дублирование свободных пинов на внешних выводахНу это естественная конструкция для любой отладочной платы, вдруг все, что в ней есть никому не пригодилось, а подключить, что то свое все же нужно.
14. Преобразователь WIFI-UART (esp8266)В схеме преобразователь участвует как разъем, также он указан и здесь. Используется уже довольно нашумевший модуль esp8266.
15. Преобразователь USB-UARTUSB это всегда круто, здесь используется чип CP2102.
16. JTAG и SWDНу куда же без этих вещей.
Такой широкий набор внешних устройств даст возможность освоить большинство приемов и попробовать поработать с большинством интерфейсов, не заморачиваясь закупкой элементов и не отходя от стола, что согласуется с концепцией не только «все на борту», но и «для самых маленьких» (не умеющих паять).
Конечно, не обошлось без накладок, но, как говорит один знакомый инженер, «мастерство инженера измеряется в количестве перерезанных дорожек на первой итерации платы».
Вот список моих «косяков», того, чего я не заметил, забыл или даже не знал при разработке этой платы:
1. Понял, что пины SWD расположены с странном порядке и хоть работе платы это не мешает. Услышал, на мой взгляд, правильное мнение, что их стоит располагать так, как они расположены на STM32VLDISCOVERY, чтобы избежать недоразумений у нового пользователя.
2. Так подключать одноцветные светодиоды, как на данной плате, не стоит, по причине того, что для моргания ими необходимо отремапить JTAG, но получился неожиданный для меня эффект индикации процесса загрузки прошивки.
3. Я разработал свой логотип для этой платы, который хотел перевести в PCB и разместить на плате, но забыл.
4. Для экономии места во второй ревизии платы я бы разместил некоторые не используемые пользователем SMD компоненты на нижней стороне платы.
5. Понял, что для более удобной разводки цепей с кварцевыми резонаторами было бы удобно заменить их на SMD.
6. Забыл подписать, где JTAG и SWD, так же у них не показано, как их подключать и если для JTAG и его разъемом BH-20 все не так сложно, то с SWD ситуация несколько опасней.
7. При разработке футпринта ЖК-дисплея вышел казус и отверстия оказались слишком малы для болтов М3.
8. У преобразователя CP2102 перепутаны выводы RX и TX. Так как я привык, что в документации приводится пример подключения относительно микроконтроллера, а не внешнего устройства, пришлось перерезать таки 2 дорожки.
9. На данной плате расстояние между гребенками выводов не нормировано по дюймам, в связи с этим есть проблема для подключения к беспаечной макетной плате методом втыкания в нее.
10. Вышла накладка с резисторами ограничения тока в цепи индикации включения реле, номинал оказался слишком большой для того, чтобы реле могло коммутироваться.
11. Ну и, как водится, «хорошая мысля приходит опосля». Так, уже после получения платы я понял, что стоило сделать размер ее подходящий хоть под какой-нибудь корпус — видимо придется доработать во второй ревизии.
12. Изначально был заложен маленький цифровой индикатор, так как занимал не большую площадь и был доступен в магазинах, однако оказалось, что на самом деле он везде доступен при заказе от 520 штук, так что пришлось ваять переходник на стандартный цифровой индикатор.
Напоследок покажу вам 3D модель этой платы:
И для сравнения фотографии ее же, как она получилась «в живую», вид с верху:
И вид с боку, чтоб было видно побольше «костылей»:
Извините, но весь проект до сдачи диплома выкладывать мне бы не хотелось, но после этой работы у меня встал вопрос, а стоит ли данный проект развивать? Меня посетила идея написать цикл статей, посвященных обучению, где был бы представлен такой вот полноценный курс по этой отладочной плате, где все написано простыми словами и объяснено на пальцах. Хотелось бы услышать от вас в комментариях насколько это было бы полезно и необходимо на настоящее время.
Спасибо за внимание!
