اموزش STM32 – جلسه اول

آموزش STM32 | آشنایی با میکروکنترلرهای STM32

این میکروکنترلر­های 32 بیتی محصول شرکت STMicroelectronics هستند و از معماریARM[Advanced RISC Machine] که توسط شرکت ARM طراحی شده ­است، استفاده می­کنند. خود شرکت ARM تولید کننده پردازنده نیست و در عوض گواهی استفاده از این هسته را در اختیار شرکت­هایی مثل Apple، NXP، Microchip و … قرار می­دهد. هسته ARM با معماری RISC(Reduced Instruction Set Computing) یا کامپیوتر با مجموعه دستورات کم می­باشد. این معماری به ترانزیستور­های کمی برای پیاده سازی نیاز دارد در نتیجه مصرف توان کمتر، قیمت پایین و همچنین دمایی کاری کمتری دارد. سری Cortex از موفق­ترین سری­های تراشه­های ARM است که به سه دسته اصلی Cortex-A، Cortex-R و Cortex-M تقسیم می شوند. سری A برای کاربردهایی با بار محاسباتی زیاد و پرهزینه مثل موبایل، سری R برای مصارف سیستم­های بلادرنگ و حساس به زمان، سری M برای کاربرد­های مقرون به صرفه و میکروکنترلر استفاده می­شود. شرکت ST میکروکنترلر­های خود را با معماری­­ و کاربرد مختلف، عرضه بازار می­کند. در ادامه دسته بندی این خانواده­ها را به صورت اجمالی معرفی می­کنیم.

• میکروکنترلرSTM32 با معماری +Cortex-M0: این هسته سرعت پردازشی کمتری (از خط لوله 2 مرحله ای و معماری Von Neuman استفاده می­کند) نسبت به هسته­های دیگر دارد و در عوض مصرف انرژی پایینی دارند که این ویژگی تراشه را برای کاربرد­هایی نظیر منبع انرژی محدود و پردازش­های ساده مناسب می­سازد.
• میکروکنترلرSTM32 با معماری Cortex-M3: این سری کارایی و انجام عملیات محاسباتی بیشتری نسبت به M0+ دارد و رنج وسیعی از کاربرد­های عمومی و حتی پیچیده را در بر دارد. این هسته با پردازنده 32 بیتی با کارایی بالا و مصرف توان بهینه است و در اصل نسخه بهبود یافته و جایگزین معماری ARM7 می­باشد. قابل ذکر است که معماری هسته­ی این پردازنده به صورت Harvard پیاده سازی شده است ، به عبارتی باس­های داده و دستور به طور مجزا در این پردازنده تعبیه شده­اند و از خط لوله 3 مرحله­ای بهره می­برد. این تراشه در زمینه­های مختلف از جمله خودرو­ها، اتوماسیون صنعتی، دستگاه­های پزشکی، اینترنت اشیا­ء و … کاربرد دارد.
• میکروکنترلرSTM32 با معماری Cortex-M4: این سری سرعت پردازشی بالاتری نسبت به M3 دارد و دارای کلاک با سرعت مختلف است که معمولا تا حدود 200 مگاهرتز را پشتیبانی می کند. هسته Arm Cortex-M4 دارای بلوک DSP[ Digital Signal Processing] و واحد FPU[Floating-Point Unit] است که میکروکنترلرهای مبتنی بر این هسته برای پردازش سیگنال­ها با استفاده از محاسبات ریاضی به شتاب­دهنده­های سخت افزاری پیشرفته داخلی خود متکی هستند. سخت افزار DSP قادر است هر سیگنال آنالوگ را پردازش کند، مانند سیگنال خروجی میکروفن، سنسور فیدبک تعبیه شده در موتور و … . داشتن این قابلیت­ها، این تراشه­ها را برای کاربرد­های پیچیده­، اینترنت اشیاء، کنترل موتور، مدیریت انرژی، مراقبت­های بهداشتی و سلامت مناسب می­کند.
• میکروکنترلرSTM32 با معماری Cortex-M7:این معماری قدرتمند­ترین معماری بین خانواده­های قبلی خودش است، از معماری هاروارد و خط لوله 6 مرحله­ای استفاده می­کند که چرخه زمانی پردازنده به شدت کاهش یافته و باعث افزایش توان عملیاتی سیستم می­شود. فرکانس کاری این تراشه­ها حدود 400 مگاهرتز است و از بلوک­های DSP و FPU با دقت دوگانه پشتیبانی می­کند. کاربرد­های این خانواده شامل اینترنت اشیاء، تشخیص صدا، اتوماسیون صنعتی و … است.

نحوه نامگذاری میکروکنترلر های STM

این میکروکنترلر­ها با عبارت ST شروع میشوند که بیانگر شرکت سازنده است. حرف بعدی M می­باشد که بیانگر کلمه Microcontroller است. تا اینجا STM به معنی میکروکنترلر­های شرکت ST است. این شرکت تراشه­های 32 بیتی و 8 را نیز تولید کرده، بعد از کلمه STM عدد 32 یا 8 آورده می شود که بیانگر چند بیتی بودن میکروکنترلر است. کلمه­های دیگر این تراشه­ها را با یک مثال در ادامه توضیح می­دهیم:

شماره 1 و 2 را بیان کردیم. شماره 3 بیانگر نوع کاربرد میکروکنترلر و کلاس کاری می باشد. برای مثال F(Foundation) با کاربرد عمومی، L(Ultra-low power) برای مصارف انرژی پایین، P(Preprogrammed) برای میکرو­های از قبل برنامه­ریزی شده، S(Standard)، T(Touch sensing) صفحات لمسی، W(Wireless) تکنولوژی بیسیم. شماره 4 زیر کلاس بعدی است که نماینده هسته ­آن می باشد. با توجه به جدول زیر می­توان هسته­ آن را مشخص کرد.

شماره 5 خصوصیات پردازنده را بیان می­کند و نیازی به حفظ ندارید و با مطالعه به دیتاشیت اطلاعات مورد نیاز را می­توانید استخراج کنید.

شماره 6 بیانگر تعداد پایه­های میکروکنترلر می باشد که حروف انگلیسی را به تعداد پایه­های میکروکنترلر اختصاص دادند، در جدول زیر آورده شده است.

شماره 7 بیانگر حجم حافظه فلش میکروکنترلر است که در جدول زیر آورده شده است.

شماره 8 بیانگر نوع بسته بندی (Package) است که در جدول زیر ارتباط بین حروف و نوع پکیج مشاهده می­شود.

و در آخر شماره 9 بیانگر دمای کاری میکروکنترلر می­باشد به عبارتی در این رنج دمایی تراشه عملکرد مناسبی را خواهد داشت. در جدول زیر اعداد و حروف انگلیسی اختصاص داده­ شده به رنج دمای کاری آورده شده­است.

خب، اینم از آموزش امروز! هر سوال یا ابهامی  از آموزش STM32 داشتید زیر همین پست بپرسید، با کمال میل جواب می‌دم. تا جلسه بعدی، خازن‌های انگیزه‌تون همیشه فول‌شارژ بمونه! 😁اگر هم دوست دارید عمیق‌تر و اصولی‌تر با این مباحث درگیر بشید، کتابم می‌تونه راهنمای مسیرتون باشه. از طریق لینک [آموزش STM32] می‌تونید این کتاب رو تهیه کنید.