STM32NUCLEO – Arduino na 32 bitach

Nie jest tajemnicą, że system Arduino zdominował rynek tanich zestawów startowych. Zestawy sprzętowo zgodne z tym standardem oferuje od pewnego czasu także STMicroelectronics, bazując oczywiście na swoim rynkowym hicie – mikrokontrolerach STM32.

Odpowiedzią firmy STMicroelectronics na popularność systemu Arduino są zestawy STM32NUCLEO, z których jako pierwsze na rynku pojawiły się płytki z serii NUCLEO-64 (fotografia 1). Są one wyposażone w szeroką gamę mikrokontrolerów STM32 montowanych w obudowach LQFP64 (rysunek 2).

Fot. 1. Wygląd zestawu z serii NUCLEO-64 (mikrokontrolery Cortex-M/STM32 w obudowie LQFP64)

Rys. 2. Dostępne modele zestawów STM32NUCLEO z podziałem na pojemności pamięci Flash w użytych mikrokontrolerach i podrodzinę (stan na początek kwietnia 2016)

Wyposażenie zestawów STM32NUCLEO nie jest rozbudowane, w jego skład wchodzą: przycisk i LED dla aplikacji użytkownika i przycisk zerowania mikrokontrolera. Wszystkie zestawy są także wyposażone w programator-debugger SWD zgodny ze standardem ST-Link/V2-1 (rysunek 3). W większości zestawów interfejs ten jest przystosowany do współpracy z udostępnionym przez firmę ARM sieciowym środowiskiem programistycznym mbed.org, co zwalnia użytkownika z konieczności instalowania czegokolwiek na komputerze i jednocześnie daje dostęp do wysokiej jakości kompilatora oraz dużej liczby bibliotek i przykładowych aplikacji, udostępnionych przez programistów korzystających z mbed.org.

Rys. 3. Schemat blokowy zestawu z serii NUCLEO-64

Zestawy STM32NUCLEO zostały wyposażone w dwa systemy złącz, z których jeden jest zgodny z Arduino Uno rev. 3, drugi – ST Morpho – o znacznie większej liczbie pinów, umożliwia wykorzystanie wszystkich dostępnych linii GPIO mikrokontrolera. W obydwu przypadkach zastosowano tanie i wygodne w użyciu złącza ze stykami szpilkowymi rozmieszczonymi w rastrze 2,54 mm.

Fot. 4. Wygląd zestawu z serii NUCLEO-32

Drugim krokiem w rozwoju rodziny zestawów STM32NUCLEO były miniaturowe zestawy NUCLEO-32 (fotografia 4), będące mechanicznymi odpowiednikami Arduino Nano. Ich pokładowe wyposażenie jest o jeden przycisk skromniejsze niż zestawów NUCLEO-64 i zastosowano w nich mikrokontrolery w obudowach LQFP32. Pomimo niewielkich wymiarów zestawów i niewielkiej liczby pinów użytych mikrokontrolerów w rodzinie NUCLEO-32 jest dostępny m.in. zestaw z mikrokontrolerem wyposażonym w rdzeń Cortex-M4F (F303K8, CPU taktowane z maksymalną częstotliwością zegarową 72 MHz).

Fot. 5. Wygląd zestawu z serii NUCLEO-144

W ostatnich tygodniach w ofercie STMicroelectronics znalazły się kolejne zestawy tworzące trzecią podrodzinę zestawów STM32NUCLEO. Są to gabarytowo największe w rodzinie STM32NUCLEO płytki z serii NUCLEO-144 (fotografia 5), w których zastosowano mikrokontrolery w obudowach LQFP144. Zastosowane mikrokontrolery są wyposażone w MAC ethernetowy, co pozwoliło wyposażyć zestawy w interfejs kablowy Ethernet 10/100 (rysunek 6). Zmodyfikowano także złącza dla ekspanderów (shieldów), dodając do złącz ST Morpho zmodyfikowane złącza Arduino Uno rev. 3 o nazwie ST Zio, które są nadzbiorem Arduino Uno rev. 3, udostępniającym poza sygnałami A0-A5 i D0-D15 także A6-A8 i D16-D72. Do złączy ST Zio można bezpośrednio dołączać ekspandery zgodne z Arduino.

Rys. 6. Schemat blokowy zestawu z serii NUCLEO-144

Rys. 7. Mikrokontrolery z zestawów STM32NUCLEO można programować za pomocą wielu, także bezpłatnych narzędzi projektowych

Wszystkie prezentowane w artykule zestawy są obsługiwane za pomocą bibliotek dostępnych w ramach pakietów STM32Cube, które wraz z bezpłatnymi i komercyjnymi środowiskami programistycznymi (oferowanych m.in. przez ARM-Keil, IAR, Rowley, AC6, Atollic itp. – rysunek 7) tworzą kompletne, wygodne narzędzia dla programistów. Gamę dostępnych narzędzi poszerza wspomniane wcześniej, bezpłatne środowisko sieciowe mbed.org, którego niewątpliwymi zaletami są: możliwość korzystania z bardzo bogatych zasobów udostępnianych przez innych użytkowników oraz dostępne predefiniowane „szkielety” projektów przygotowane dla wielu typów zestawów.

Andrzej Gawryluk