STM32F4: Configurar el PWM con Timers

Posted on March 12, 2018October 4, 2018 by frta

Un timer no es más que un contador. Es como un reloj que se usa para medir eventos temporales. Se configura a través de unos registros especiales y se puede elegir, entre otras cosas, su modo de funcionamiento.

En el ejemplo de hoy vamos a trabajar con la placa de desarrollo 32F411-DISCOVERY y nuestro objetivo va a ser aprender a configurar el TIM4 en modo PWM para controlar la intensidad de luz del led Naranja que viene integrado en la placa.

Esta placa está basada en el microcontrolador STM32F411 el cual dispone de hasta 11 Timers, de los cuales 6 pueden ser de 16 bits, y 2 de 32 bits, cada uno con hasta 4 canales de IC/OC/PWM o contador de pulsos. Además de 2 timers watchdog y un Systick Timer.

A través del software CubeMX activaremos el PWM Generation CH2 del TIM4 en la pestaña Pinout. Además de que asociaremos el pin PD13 la función alternativa de TIM4_CH2 (Channe2 PWM Generation CH2).

Con esto habremos conseguido dos cosas: por un lado configurar el canal 2 del Timer4 en modo PWM, y por otro lado asociar la salida del PWM al pin PD13, que es donde se encuentra el led naranja.

Tras esto pasamos a la pestaña Configuration y ahí configuramos el control del TIM4. Dentro de la pestaña de Parameter Settings hay 3 parámetros numéricos que debemos entender para configurarlos correctamente.

Prescaler (PSC – 16 bits value).

Con este valor podemos fijar la frecuencia del reloj asociado al Timer dividiendo la frecuencia del reloj de sistema.

Counter Period (AutoReload Register – 16 bits value).

Será el valor en el cual nuestro Timer saltará y nos avisará de alguna forma, ya sea reiniciándose o lanzando una interrupcion, etc.

Pulse (16 bits value).

Con este valor podemos fijar el ciclo de trabajo de nuestro PWM.

FreqTimer = FreqClock / (Prescaler + 1)
Prescaler = (FreqClock / FreqTimer) – 1
FreqPWM = FreqTimer / (CounterPeriod + 1)
Period = (FreqTimer / FreqPWM) – 1
Pulse = ((Period + 1) * DutyCicle) / 100 – 1

Queremos llevar a cabo dos ejemplos, por un lado queremos ver parpadear el led a varios ciclos de trabajo diferentes, y por otro lado queremos configurar un dimmer del led.

A grandes rasgos, lo que hacemos con esta técnica es fijar el periodo de la señal utilizando la frecuencia del PWM, y utilizar la frecuencia del timer para poder modular el ancho del pulso. Siendo esta frecuencia del timer una división de la frecuencia de reloj de nuestro microcontrolador.

Ejemplo 1. Parpadeo del led.

Para el parpadeo del led queremos un periodo de trabajo lento para que nos de tiempo a ver esa conmutación entre encendido y apagado del led. Es por ello que hemos fijado la Frecuencia del PWM a 1Hz. Luego, para hacer el resto de operaciones más fáciles hemos fijado la FreqTimer a 10 Khz. Con estos datos y usando las ecuaciones anteriores obtenemos:

APB2 timer clocks = 96 Mhz
Objetivo de PWM Freq = 1 Hz
Prescaler = 9599
Period = 9999

Para poder ver el cambio de parpadeo del led usaremos estos tres valores de Pulse (% Duty cicle).

Pulse: 99 (1%), 4999 (50%), 9899 (99%)

Ejemplo 2. Dimmer del led.

En este caso queremos que el periodo de trabajo sera muy pequeño para que las transiciones sean fluidas para el ojo humano. Es por ello que en este ejemplo hemos fijado la Frecuencia del PWM a 10 Khz. Luego, para hacer el resto de operaciones más fáciles hemos fijado la FreqTimer a 2 Mhz. Con estos datos y usando las ecuaciones anteriores obtenemos:

APB2 timer clocks = 96 Mhz
Objetivo de PWM Freq = 10 Khz
Prescaler = 47
Period = 199

Para poder ver un dimmer en el led recorreremos todos los valores posibles de Pulse (% Duty cicle).

Pulse: 0 (0%)-199 (100%)

Ejecución de los ejemplos

Una vez hemos generado la plantilla de código con CubeMX es momento de continuar en Eclipse.

Ahora debemos tener en cuenta que para que el PWM se ponga en funcionamiento tenemos que llamar a la función

HAL_TIM_PWM_Start(&htim4, TIM_CHANNEL_2);

1	HAL_TIM_PWM_Start(&htim4, TIM_CHANNEL_2);

Y para poder hacer cambios en el valor de Pulse desde Eclipse debemos llamar a la macro

__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim4, TIM_CHANNEL_2, newPulseValue);

1	__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim4, TIM_CHANNEL_2, newPulseValue);

STM32F4: Interrupción externa

Posted on March 8, 2018March 8, 2018 by frta

En el ejemplo de hoy veremos como asociar la generación de una interrupción externa al botón de usuario que hay en la placa de desarrollo 32F411-DISCOVERY. Después vincularemos a la atención de esa interrupción el toggle del led rojo.

Empezaremos configurando CubeMX, donde ya por defecto nos han puesto el GPIO PA0 configurado como GPIO_EXTI0 que indica que ese pin está configurado como interrupción externa.

Para ello en la pestaña Configuration, dentro de la configuración de GPIO seleccionamos el pin PA0-WKUP y lo configuramos en modo External Interrupt Mode with Rising edge trigger detection, No pull-up and no pull-down.

Ahora debemos activar dicha interrupción bajo la pestaña Configuration, en la configuración de NVIC, debemos activar la línea EXTI line0 interrupt.

Activando estas opciones en CubeMX nos generará el código correspondiente a la inicialización del sistema y activará la interrupción asociada a la linea 0, que en nuestra placa está vinculada al botón de usuario.

Si abrimos el fichero main.c y pinchamos sobre la definición de la función MX_GPIO_Init() podemos ver dos líneas al final del método que fijan la prioridad y activan la interrupción.

HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, 0, 0);
HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);

1 2	HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, 0, 0); HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);

Si abrimos el fichero stm32f4xx_it.c podemos ver como ha aparecido una función para la gestión de la interrupción EXTI line0. Si pulsamos sobre la definición de HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(), nos lleva a otro método que limpia el flag de interrupción asociado al GPIO que ha generado la interrupción y llama a su callback asociado HAL_GPIO_EXTI_Callback(). Si vamos a la definición de esta última función vemos que está definida como tipo __weak y en un comentario nos dicen que debe ser implementada en espacio de usuario.

Como nosotros somos muy obedientes copiamos la definición de la función y nos lo llevamos al fichero gpio.c donde dentro del USER CODE 2 pegamos:

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin){}

1	void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin){}

A este callback acudirá nuestro programa cuando se detecte una pulsación del botón. Ya que es recomendable hacer el mínimo de operaciones dentro del callback de una interrupción, en este callback sólo realizaremos la operación de toggle del led.

Para ello, dentro de este callback haremos la llamada a HAL_GPIO_TogglePin(GPIOD, GPIO_PIN_14). De esta forma cada vez que se pulse el botón de usuario el led rojo de la placa debe conmutar.

Se deja al lector la resolución de varios problemas tales como el sistema antirebotes software que habría que poner asociado a las interrupciones que se generan a través del botón, o el problema asociado a que dentro del callback habrá que distinguir entre los diferentes GPIOs que generen interrupción.

Solo nos falta compilar, y debuguear en Ac6 STM32 C/C++ Application. Y con eso podremos ver conmutar el led rojo de la placa cada vez que pulsamos el botón de usuario.

STM32F4: Primeros pasos con el entorno de desarrollo

Posted on March 7, 2018November 26, 2018 by frta

En el tutorial que vamos a llevar a cabo hoy veremos como instalar todas las herramientas de desarrollo para poner en marcha la placa de desarrollo 32F411-DISCOVERY. Una vez tengamos todas las herramientas instaladas procederemos a compilar y ejecutar un programa que haga parpadear un led.

Unos de los entornos de desarrollo integrado (IDE) que nosotros usamos en el B105 es eclipse. Para trabajar y poder compilar de forma cruzada para los STM32 existe una versión de eclipse que contiene todos los plugins y librerias necesarias para trabajar con dispositivos de STM llamada System Workbench for STM32 (SW4STM32). Es una herramienta gratuita que debéis descargar e instalar en vuestro ordenador. Para poder descargarla tendréis que registraros en la web. Es posible, que si no lo tenéis instalado todavía, tengáis que instalar Java en vuestro ordenador.

Ahora procedemos a descargar e instalar el software STM32CubeMX que no es más que un generador de código de inicialización para los microcontroladores y plataformas de desarrollo de ST. Con este software podremos crear el código inicial con las capas de abstracción hardware con las que queremos inicializar nuestra plataforma.

Al instalar SW4STM32 y CubeMX se nos deberían instalar los drivers correspondientes para poder usar el programador integrado en la placa Discovery para el STM-Link v2 o v2.1.

Proyecto Toggle Led

Abrimos CubeMX y creamos un nuevo proyecto. En la pestaña Board Selector elegimos nuestra placa STM32F411E-DISCO.

A través de este software se pueden activar y desactivar los periféricos y los middlewares disponibles en el microcontrolador STM32F411. Además se pueden asociar los periféricos y funciones a los pines, o asignar funciones alternativas a un pin tales como: GPIO de salida, entrada, de interrupción, analógico, de PWM, etc.

Antes de configurar nada del microcontrolador vamos a configurar el programa para que nos genere el código con la estructura correcta. Para ellos entraremos en Project Settings, pondremos un nombre a nuestro proyecto en Project Name, por ejemplo Toggle Led. En Toolchain/IDE seleccionaremos SW4STM32 y desactivamos el Generate Under Root.

Bajo la pestaña Code Generator seleccionamos Copy only the necessary library files, Generate peripheral initialization as a pair of ‘.c/.h’, Keep user code when re-generating y Delete previously generated files when not re-generated. Aceptamos la configuración.

Ahora nos fijaremos en el pin PD12, que está asociado al led verde. Comprobamos que está en modo GPIO_Output. Y ahora simplemente confiamos que el resto de configuraciones por defecto son correctas.

Generamos el código pulsando sobre Project -> Generate Code. El programa comenzará a generar todo el código y al finalizar, en el cuadro emergente pulsaremos sobre abrir proyecto. Esto nos debe abrir e incluir el proyecto en SW4STM32 (Eclipse).

Podemos ver como tenemos una estructura de directorios y ficheros que nos ha generado CubeMX con todos los drivers y librerias necesarias para nuestro sencillo proyecto. Si abrimos el main.c podemos ver que hay muchas líneas que dicen USER CODE BEGIN/END.

Es muy importante que todo el código que escribamos lo hagamos dentro del bloque BEGIN/END. De lo contrario, cuando volvamos a generar código CubeMX lo sobreescribirá y no lo conservará.

En la inicialización vemos que se hace la llamada a MX_GPIO_Init(), con eclipse si mantenemos pulsado la tecla Ctrl mientras hacemos click sobre las función, nos abrirá su definición. Si la leemos un poco podemos ver una sección donde se define la funcionalidad del LD4_Pin asociado al puerto GPIOD y pin GPIO_PIN_12 que en nuestro caso es el GPIO asociado al Led Verde.

Si ahora accedemos a la definición de HAL_GPIO_Init() nos abrirá el fichero stm32f4xx_hal_gpio.c donde podemos ver todas las funciones de la HAL que nos ha generado CubeMX, entre ellas las de Read, Write y Toggle de un GPIO.

En nuestro caso, dentro del while(1) del main() haremos uso de HAL_GPIO_TogglePin(GPIOD, GPIO_PIN_12) para hacer parpadear el led. Para que podamos visualizarlo tendremos que poner un HAL_Delay(500).

Solo nos falta compilar, y debuguear en Ac6 STM32 C/C++ Application. Si dado el caso os preguntan que interfaz deseas utilizar (JTAG o SWD), debéis seleccionar SWD para la correcta comunicación con la placa de desarrollo. Y con eso podremos ver parpadear nuestro led verde cada 0.5 segundos en nuestra plataforma de desarrollo.

Reemplazando el firmware ST-Link por J-Link en las placas de desarrollo de ST

Posted on November 24, 2017November 28, 2017 by Jose Martín

A la hora de iniciarse en el desarrollo de STM32, las placas de desarrollo Nucleo y Discovery de ST son bastante baratas, e incluyen un debugger en la propia placa (ST-Link) bastante aceptable en términos de velocidad y funcionalidad. Para la mayoría de proyectos es más que suficiente, sin embargo, existen en el mercado programadores externos más avanzados. Estos se suelen distinguir en cuanto a velocidad, soporte técnico, interfaces de comunicación, o herramientas añadidas (seguimiento de trazas, análisis de memoria, etc.).

Entre estos programadores, unos de los más conocidos son los J-Link de Segger. Estos programadores tienen un precio algo elevado (salvo la versión EDU, que no permite uso comercial). Sin embargo, cuando se usan para debuggear micros STM32 en las placas de desarrollo, ofrecen un firmware que sustituye el presente en el debugger de estas placas y que aporta la mayoría de funciones de sus programadores.

Sobre el ST-Link, aporta sólo algo más de velocidad, pero tiene mucho mejor soporte software. Esto es especialmente interesante cuando se programan algunas versiones de los Cortex M7 (r0p0 y r0p1, como el STM32F746ZG), ya que tiene implementado algunos workarounds que facilitan el debugging de estos cores (info). Por otro lado, cuando se desarrolla sobre FreeRTOS, funciona bastante mejor el soporte de thread awareness en el depurador que el que proporciona OpenOCD.

Para ponerlo en marcha:

Reemplazar el firmware del ST-Link. En la página de Segger, se puede descargar la herramienta que permite cambiar y restaurar el firmware del ST-Link. En caso de restaurarlo, es conveniente actualizarlo mediante las herramientas de ST a la ´última versión.
Instalar el paquete software de Segger.
Para añadir el soporte a System Workbench:
1. Añadir el repositorio que aparece aquí a Eclipse e instalar GNU MCU C/C++ J-Link debugging, mediante Help->Install New Software.
2. En las opciones de Eclipse, en la categoría MCU, ajustar las rutas al paquete software, tanto en la categoría global como workspace (capturas aquí).
Para añadir la configuración de depuración al proyecto:
1. Crear una nueva en la categoría GDB SEGGER J-Link debugging. En la pestaña Debugger hay que hacer unos cambios:
  1. En Device name añadir el nombre del micro (p.e. STM32F746ZG).
  2. A la hora de depurar, si saltase un fallo al ejecutar gdb –version, buscar manualmente el ejecutable en el cuadro de GDB Client Setup, por el de la toolchain. Un path de ejemplo puede ser C:\Ac6\SystemWorkbench\plugins\fr.ac6.mcu.externaltools.arm-none.win32_1.15.0.201708311556\tools\compiler\bin\arm-none-eabi-gdb.exe
2. Lanzarla manualmente (a veces System Workbench tiende a ejecutar la de ST-Link al pulsar F11 o el icono).

Como apuntes adicionales, si se usa freeRTOS se puede cargar el plugin de thread awareness añadiendo “-rtos GDBServer/RTOSPlugin_FreeRTOS” al campo Other options: en la pestaña Debugger, sección J-Link GDB Server Setup.

B105 lab

Failure is not an option

stm32