Thiết kế và điều khiển hệ thống ổn định nhiệt độ cho lò ấp trứng loại nhỏ

Dòng STM32 thiết lập các tiêu chuẩn mới về hiệu suất, chi phí, cũng như khả năng đáp ứng của ứng dụng tiêu thụ năng lượng thấp và tính điều khiển thời gian thực khắt khe.. Cortex-M3 được

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN Nhiệm vụ của đề tài là tập trung vào tìm hiểu Thiết kế và điều khiển hệ thống ổn định nhiệt độ cho lò ấp trứng loại nhỏ, nội dung của đề tài bao gồm:

 Khảo sát và phân tích hệ thống lò ấp trứng, yêu cầu nhiệt độ của lò

 Thiết kế cơ cấu phần cứng nhằm thu thập nhiệt độ và điều khiển sự ổn định nhiệt

 Lập trình điều khiển ổn định nhiệt cho lò

 Viết báo cáo tổng kết đồ án

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan cuốn đồ án này do chính tôi nghiên cứu Hệ thống phần cứng và chương trình phần mềm do tôi thiết kế và xây dựng Các thông tin số liệu trong đồ án là hoàn toàn trung thực, chính xác và có nguồn gốc rõ ràng Trong quá trình nghiên cứu tôi có tham khảo một số tài liệu có trong danh mục tài liệu tham khảo được liệt kê cuối đồ án

Sinh viên

Nguyễn Văn Huân

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN 1

LỜI CAM ĐOAN 2

MỤC LỤC 3

DANH MỤC HÌNH ẢNH 5

LỜI NÓI ĐẦU 7

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN STM32 8

1.1 Lịch sử hình thành và phát triển 8

1.1.1 Giới thiệu 8

1.1.2 Cortex là gì 9

1.2 Đặc điểm của ARM STM32 10

1.2.1 Các giai đoạn phát triển của STM32 10

1.2.2 Tính ưu việt 11

1.2.3 Sự an toàn 12

1.2.4 Tính bảo mật 12

1.2.5 Phát triển phần mềm 13

1.2.6 Dòng Performance và Access của STM32 13

1.3 Lõi Cortex-M0 14

1.4 So sánh giữa các dòng ARM 15

1.5 Giới thiệu kit STM32F0 16

1.5.1 Tổng quan kít STM32F051R8T6 17

1.5.2 Cấu trúc phần cứng STM32F0 19

1.5.3 Các khối chức năng kit STM32F0 20

1.6 Mạch nạp 30

1.7 Chương trình biên dịch Keil c và cách tạo project 31

1.7.1 Chương trình biên dịch Keil C v4 31

1.7.2.Tạo Project mới 34

CHƯƠNG 2 KHẢO SÁT, PHÂN TÍCH BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ TRONG LÒ ẤP TRỨNG LOẠI NHỎ 42

2.1 Giới thiệu 42

2.2 Yêu cầu hệ thống 42

2.3 Phân tích các khối chức năng 43

2.3.1 Khối cảm biến(LM35) 43

2.3.2 Khối Nguồn 44

2.3.3 Khối hiển thị LCD 45

2.3.4 Khối xử lí trung tâm KIT STM32F051R8T6 47

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 49

3.1 Thiết kế hệ thống 49

3.1.1 Sơ đồ mạch nguyên lí từng khối 49

3.1.2 Sơ đồ tổng thể hệ thống 51

3.3 Chương trình hệ thống 52

3.4 Kết quả hệ thống 55

3.5 Đánh giá kết quả 56

KẾT LUẬN 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO 58

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Chíp ARM thế hệ thứ nhất M1 8

Hình 1.2 Biểu đồ các giai đoạn phát triển của STM32 11

Hình 1.3 Đặc điểm cuả bốn nhánh trong họ STM32 14

Hình 1.4 Sự phát triển của STM32 15

Hình 1.5 Biểu đồ thể hiện tốc độ xử lí của các chip STM32 15

Hình 1.6 Cấu trúc các dòng chip STM32 16

Hình 1.7 Hình ảnh kit STM32F0 17

Hình 1.8 Thông số kỹ thuật của kit STM32F0 18

Hình 1.9 Sơ đồ khối STM32F0-Discovery 19

Hình 1.10 Mặt trên của KIT STM32F0 21

Hình 1.11 Mặt dưới của KIT STM32F051R8T6 22

Hình 1.12 Nạp chương trình CN2 23

Hình 1.13 Kết nối CN3 (SWD) 23

Hình 1.14 Nạp chương trình CN3 (SWD) 24

Hình 1.15 Vị trí các Led 27

Hình 1.16 Vị trí các nút bấm trên KIT 28

Hình 1.17 Mạch nạp j-link V7 30

Hình 1.18 Mạch nạp J-link V8 30

Hình 1.19 Truy nhập trang chủ Keil C và ấn download 31

Hình 1.20 Điền thông tin cá nhân 31

Hình 1.21 Click để tải phần mềm về máy 32

Hình 1.22 Tải Keil C về máy 32

Hình 1.23 Cài đặt chương trình 33

Hình 1.24 Cài đặt chương trình(tiếp) 33

Hình 1.25 Chọn đườg dẫn và ấn “ Next” 34

Hình 1.26 Ấn Next để cài đặt và chờ kết thúc 34

Hình 1.27 Tạo project mới 35

Hình 1.28 Chọn đường dẫn tới thư mục để lưu project và đặt tên cho project 35

Hình 1.29 Chọn vi điều khiển muốn lập trình 36

Hình 1.30 Thêm các thành phần cần trong project 36

Hình 1.31 Thêm thư viện 37

Hình 1.32 Project đã đủ thư viện 37

Hình 1.33 Cửa sổ Options for target 38

Hình 1.34 Chọn tần số thạch anh 38

Hình 1.35 Tạo file hex 39

Hình 1.36 Thêm thư viện trong C/C++ 39

Hình 1.37 Chọn công cụ nạp 40

Hình 1.38 Viết code cho chương trình 40

Hình 1.39 Kết quả dịch chương trình 41

Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống đo nhiệt hiển thị LCD 43

Hình 2.2 Sơ đồ chân cảm biến LM35 43

Bảng 2.3 Chức năng chân LCD 16x2 45

Hình 2.4 Bảng chức năng các chân LCD 46

Hình 2.5 Kết nối LCD 16x2 với VĐK 47

Hình 2.6 KIT STM32F051R8T6 47

Hình 3.1 Mạch nguyên lí khối cảm biến 49

Hình 3.2 Sơ đồ mạch nguyên lí khối vi điều khiển 50

Hình 3.3 Mạch nguyên lí khối hiển thị LCD 50

Hình 3.4 Sơ đồ tổng thể hệ thống 51

Hình 3.5 Sơ đồ mạch nguyên lý 51

Hình 3.6 Hệ thống đo nhiệt độ sử dụng cảm biến LM35 55

LỜI NÓI ĐẦU

Trong hoạt động sản xuất nông nghiệp hiện nay, việc tự động hóa khâu sản xuất là rất quan trọng Nhiều năm trở lại đây, có rất nhiều ứng dụng của vi điều khiển vào hoạt động chăn nuôi, …Một trong những yếu tố quan trọng của ngành nông nghiệp chăn nuôi gia cầm là khâu sản xuất con giống, để nâng cao chất lượng sản xuất đòi hỏi phải có những côn giống tốt nhất Từ thực tế thấy được tầm quan trọng của việc ấp nở con giống từ trứng gia cầm và đặc biệt là

việc ổn định nhiệt độ lò ấp trứng Vì thế em đã lựa chọn đề tài “Thiết kế và điều khiển hệ thống ổn định nhiệt độ cho lò ấp trứng loại nhỏ”

Trong quá trình hoàn thành đề tài do kinh nghiệm và kiến thức còn hạn chế nên em không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô để báo cáo của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trường Đại học Công Nghệ Thông Tin và Truyền Thông - Đại học Thái Nguyên và đặc biệt là cô giáo

ThS Lưu Thị Liễu - Khoa Công Nghệ Điện Tử và Truyền Thông đã tận tình chỉ

bảo, hướng dẫn, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp em hoàn thành đề tài này

Thái Nguyên, tháng 6 năm 2016 Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Huân

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN STM32

Chip ARM bắt đầu được thiết kế từ năm 1983 trong một dự án phát triển của công ty máy tính Acorn Nhóm thiết kế dẫn đầu bởi Roger Wilson và Steve Furber và năm 1985 nhóm đã cho ra đời mẫu chip ARM thế hệ đầu tiên có tên là ARM1

các cờ trạng thái của bộ vi xử lý Có thể nói ARM2 là bộ vi xử lý 32-bit khả dụng đơn giản nhất trên thế giới, chỉ gồm 30.000 transistor Sự đơn giản như vậy có được nhờ ARM không có vi chương trình và cũng giống như hầu hết các CPU vào thời đó, không hề chứa cache Vì có cấu trúc đơn giản nên ARM có đặc điểm tiêu thụ công suất thấp đồng thời vẫn đảm bảo tính năng vượt trội so với các dòng vi xử lí khác Thế tiếp theo là ARM3, ARM3 được tạo ra với 4KB cache và

có chức năng được cải thiện tốt hơn các thế hệ trước đó

Vào những năm cuối thập niên 80, hãng máy tính Apple Computer bắt đầu hợp tác với Acorn để phát triển các thế hệ lõi ARM mới và kết quả của sự hợp tác này là sự ra đời của thế hệ ARM6

Hiện tại thì ARM vẫn tiếp tục phát triển, cập nhật kiến trúc này một cách toàn diện hơn Hiện nay phiên bản được sử dụng phổ biến đó là phiên bản ARM7

và đã và đang phát triển phiên bản ARM8 sử dụng điện toán xử lý 64 bít

Trong vài năm trở lại đây, một trong những xu hướng chủ yếu của các thiết kế với vi điều khiển là sử dụng các chip ARM7 và ARM9 như một vi điều khiển đa dụng Ngày nay các nhà sản xuất IC đưa ra thị trường hơn 240 dòng vi điều khiển sử dụng lõi ARM Tập đoàn ST Microelectronic vừa cho ra mắt dòng STM32, vi điều khiển đầu tiên dựa trên nền lõi ARM Cortex-M3 thế hệ mới do hãng ARM thiết kế, lõi ARM Cortex-M3 là sự cải tiến của lõi ARM7 truyền thống Dòng STM32 thiết lập các tiêu chuẩn mới về hiệu suất, chi phí, cũng như khả năng đáp ứng của ứng dụng tiêu thụ năng lượng thấp và tính điều khiển thời gian thực khắt khe

1.1.2 Cortex là gì

Dòng ARM Cortex là một bộ xử lí thế hệ mới đưa ra một kiến trúc chuẩn cho nhu cầu đa dạng về công nghệ Không giống như các chip ARM khác, dòng Cortex là một lõi xử lí hoàn thiện, đưa ra một chuẩn CPU và kiến trúc hệ thống chung Dòng Cortex gồm 3 phân nhánh chính: dòng A dùng cho các ứng dụng cao cấp, dòng R dùng cho các ứng dụng thời gian thực như các đầu đọc và dòng

M dùng cho các ứng dụng vi điều khiển và chi phí thấp STM32 đươc thiết kế dựa trên dòng Cortex-M3, dòng Cortex-M3 được thiết kế đặc biệt để nâng cao

hiệu suất hệ thống, kết hợp với tiêu thụ năng lượng thấp Cortex-M3 được thiết

kế dựa trên nền kiến trúc mới do đó chi phí sản xuất thấp để cạnh tranh với các dòng vi điều khiển 8 bit và 16 bit truyền thống

Cortex-M3 được thiết kế như một lõi chi phí thấp nhưng nó vẫn là một CPU 32 bit với hai chế độ hoạt động: Thread và Handler, mỗi chế độ có thể được cấu hình với mỗi vùng stack riêng biệt của nó, điều này cho phép thiết kế các phần mềm phức tạp và hỗ trợ các hệ điều hành thời gian thực Lõi Cortex có hỗ trợ một timer 24 bit tự động nạp lại giá trị, nó sẽ cung cấp một ngắt timer đều đặn cho một nhận RTOS ( read time operating system) Các chíp ARM7 và ARM9 có

2 tập lệnh ( tập lệnh ARM 32 bit và tập lệnh Thumb 16 bit ) trong khi đó dòng Cortex được thiết kế hỗ trợ tập lệnh ARM Thumb-2, tập lệnh này được pha trộn giữa tập lênh 32 bit và tập lệnh 16 bit Tập lệnh Thumb-2 được thiết kế đặc biệt dành cho chương trình C/C++, tức là các ứng dụng dựa trên nền Cortex hoàn toàn có thể được viết bằng ngôn ngữ C mà không cần đến chương trình khởi động viết bằng Assembler như ARM7 và ARM9

1.2 Đặc điểm của ARM STM32

1.2.1 Các giai đoạn phát triển của STM32

Hiện nay STM32 đã chải qua 3 giai đoạn:

- Cortex-M0: Đây là thế hệ đầu tiên của STM32 bao gồm các chip STM32F0

- Cortex-M3: Đây là thế hệ thứ 2 của STM32 bao gồm các chip

STM32L1, STM32F1, STM32F2

- Cortex-M4: Đây là thế hệ thứ 3 của STM32 bao gồm các chip STM32F3, STM32F4

Hình 1.2 Biểu đồ các giai đoạn phát triển của STM32

16 word hỗ trợ tích cực cho giao tiếp thẻ nhớ SD hoặc MMC

STM32 có hỗ trợ thêm 7 kênh DMA(Direct Memory Access) Mỗi kênh có thể dùng để truyền dữ liệu đến các thanh ghi ngoại vi hoặc từ các thanh ghi ngoại

vi đi với kích thước từ (word ) dữ liệu truyền có thể là 8/16 hoặc 32 bit Mỗi ngoại

vi có thể có một bộ điều khiển DMA đi kèm dùng để gửi hoặc đòi dữ liệu theo yêu cầu Một bộ phận sử bus nội và ma trận bus tối thiểu hóa sự tranh chấp bus giữa truy cập dữ liệu thông qua CPU và các kênh DMA Điều đó cho phép các đơn vị DMA hoạt động linh hoạt, dễ dùng và tự động điều khiển các luồng dữ liệu bên trong vi điều khiển

STM32 là một vi điều khiển tiêu thụ năng lượng thấp và đạt hiệu quả cao

Nó có thể hoạt động ở điện áp 2V, chạy ở tần số 72 Mhz và dòng tiêu thụ chỉ có 36mA với tất cả các khối bên trong vi điều khiển đều được hoạt động Kết hợp với chế độ tiết kiệm năng lượng của Cortex, STM32 tiêu thụ 2µA khi ở chế độ standby Một bộ dao động nội RC 8Mhz cho phép chip nhanh chóng thoát khỏi chế độ tiết kiệm năng lượng trong khi bộ dao động ngoài đang khởi động Khả năng nhanh đi vào và thoát khỏi chế độ tiết kiệm năng lượng làm giảm nhiều sự tiêu hao năng lượng tổng thể

1.2.3 Sự an toàn

Ngày nay các ứng dụng hiện đại thường phải hoạt động trong môi trường khắt khe, đòi hỏi tính an toàn cao, cũng như đòi hỏi sức mạnh xử lí và càng nhiều thiết bị ngoại vi tinh vi Để đáp ứng các yêu cầu khắt khe đó STM32 cung cấp một số tính năng phần cứng hỗ trợ các tính năng tốt nhất Chúng bao gồm một bộ phát hiện điện áp thấp, một hệ thống bảo vệ xung clock và hai bộ watchdogs Bộ đầu tiên là watchdog cửa sổ Watchdog này phải được làm tươi trong một khung thời gian xác định Nếu nhấn nó quá sớm hoặc quá muộn thì nó sẽ bị kích hoạt

Bộ thứ hai là một Watchdog độc lập, có bộ dao động bên ngoài tách biệt với xung nhịp hệ thống chính Hệ thống bảo vệ xung nhịp có thể phát hiện lỗi của dao động chính bên ngoài (thường là thạch anh) và chuyển sang dùng bộ dao động nội RC 8Mhz

1.2.4 Tính bảo mật

Một trong những yêu cầu khắt khe khác của thiết kế hiện đại là nhu cầu bảo mật mã chương trình để ngăn chặn sao chép trái phép phần mềm Bộ nhớ FLASH của STM32 có thể được khóa để chống truy cập đọc Flash thông qua cổng debug Khi tính năng bảo vệ được kích hoạt, bộ nhớ Flash cũng được bảo

vệ chống ghi để ngăn chặn mã không tin cậy được chèn vào bảng vecto ngắt Hơn nữa bảo vệ ghi có thể được cho phép trong phần còn lại của bộ nhờ Flash STM32 cũng có một đồng hồ thời gian thực và một khu vực nhỏ dữ liệu trên SRAM được nuôi nhờ nguồn pin Khu vực này có một đầu vào chống giả mạo,

có thể kích hoạt một sự kiện ngắt khi có sự thay đổi trạng thái ở đầu vào này

Ngoài ra một sự kiện chống giả mạo sẽ tự động xóa dữ liệu được lưu trên SRAM được nuôi bằng nguồn pin

1.2.5 Phát triển phần mềm

Nếu bạn đã sử dụng một vi điều khiển dựa trên lõi ARM, các công cụ phát triển đã được hỗ trợ tập lệnh Thumb-2 và dòng Cortex Ngoài ra ST cũng cung cấp một thư viện điều khiển thiết bị ngoại vị, một thư viện phát triển USB như một thư viện ANSI C và mã nguồn đó là tương thích với các thư viện trước đó được công bố cho vi điều khiển ARM7 và ARM9 Có rất nhiều RTOS mã nguồn mở và thương mại và middleware (TCP/IP, hệ thống tập tin,.v.v ) hỗ trợ cho họ Cortex Dòng Cortex-M3 cũng đi kèm một hệ thống gỡ lối hoàn toàn mới gọi là CodeSight Truy cập vào hệ thống CodeSight thông qua cổng Debug (Debug Access Port ), cổng này

hỗ trợ kết nối chuẩn JTAG hoặc giao diện 2 dây (serial wire -2 Pin), cũng như cung cấp trình điều khiển chạy gỡ lối, hệ thống CodeSight trên STM32 cung cấp một data watchpoint và một công cụ theo dõi(instrucmentation trace) Công cụ này có thể gửi thông tin về ứng dụng được lựa chọn đến công cụ gỡ lối Điều này có thể cung cấp thêm các thông tin gỡ lối và cũng có thể sử dụng trong quá trình thử nghiệm phần mềm

1.2.6 Dòng Performance và Access của STM32

Họ STM32 có hai nhánh đầu tiên riêng biệt: dòng Performance và dòng Access Dòng Performance tập hợp đầy đủ các thiết bị ngoại vi và chạy với xung nhịp tối đa 72Mhz Dòng Access có các thiết bị ngoại vi ít hơn và chạy với tốc độ xung nhịp là 32Mhz Quan trọng hơn là cách bố trí chân (pins layout) và các kiểu đóng gói chíp (package type) là như nhau giữa dòng Access avf dòng Performance Điều này cho phép các phiên bản của STM32 được hoán vi mà không cần sửa đổi hay sắp xếp lại footprint (mô hình chân của chip trong công cụ layout bo mạch) Trên PCB (Printed Circuit Board )

Ngoài 2 dòng performance và Access đầu tiên thì hiện nay ST đã đưa ra thị trường thêm 2 dòng USB Access và Connectivity như hình bên dưới

Hình 1.3 Đặc điểm cuả bốn nhánh trong họ STM32

1.3 Lõi Cortex-M0

Dòng ARM Cortex-M0 là dòng vi điều khiển lõi ARM có kích thước nhỏ nhất, tiêu thụ điện năng thấp nhất và có kiến trúc được sắp xếp hợp lý tương thích để phát triển các ứng dụng Lõi ARM Cortex-M0 với kích thước rất nhỏ, tiêu thụ điện năng thấp và tích hợp các đặc tính kỹ thuật hiện đại như:

- CPU Cortex-M0 cung cấp khả năng điều khiển ngắt ngoại lệ gọi là vector điều khiển ngắt lồng nhau (NVIC), được liên kết chặt chẽ với nhân vi xử lý để cung cấp các tính năng: hỗ trợ vector ngắt gián đoạn lồng nhau; tiết kiệm bộ vi xử lý và

có khả năng phục hồi; giảm và xác định độ trễ ngắt; thay đổi mức ưu tiên năng động

-Dung lượng bộ nhớ Flash ROM lớn

- Khả năng hỗ trợ nạp đa năng

- Có khả năng chống nhiễu tốt, thích hợp cho các ứng dụng dân dụng cũng như trong công nghiệp

- Dải nhiệt độ hoạt động từ -40ºC ~ +85ºC

- Cung cấp các ứng dụng mạnh mẽ và khả năng kết nối với nhiều giao diện ngoại vi

1.4 So sánh giữa các dòng ARM

Những dòng chip thế hệ sau có tốc độ xử lý cao hơn, RAM và bộ nhớ lớn hơn

Hình 1.4 Sự phát triển của STM32

Tốc độ xử lý của chip ngày càng tăng :

Hình 1.5 Biểu đồ thể hiện tốc độ xử lí của các chip STM32

So sánh cấu hình các dòng chip:

- Dòng stm32F0xx là dòng chip cơ bản, không được tích hợp nhiều phần cứng, phù hợp với các ứng dụng cơ bản

- Các dòng chip stm32F1xx đến stm32F4xx có tích hợp USB2.0 , Ethenet, CAN, audio –camera

Hình 1.6 Cấu trúc các dòng chip STM32

1.5 Giới thiệu kit STM32F0

Bộ STM32F0 giúp ta khám phá các tính năng thiết bị và để phát triển các ứng dụng một cách dễ dàng Nó được dựa trên vi điều khiển STM32F051R8T6, một loạt vi điều khiển STM32F0 32-bit ARM ® Cortex ™ -M0, và bao gồm một công cụ ST-LINK/V2 nhúng gỡ lỗi, đèn LED, nút bấm và một board nguyên mẫu

+ LD1 (màu đỏ) cho 3,3 V điện vào

+ LD2 (màu đỏ / xanh lá cây) để giao tiếp USB

+ LD3 (màu xanh) cho sản lượng PC9

+ LD4 (màu xanh) cho đầu ra PC8

- Hai nút bấm (người sử dụng và thiết lập lại)

- Tiêu đề mở rộng cho tất cả các LQFP64 I / O để kết nối nhanh chóng và

dễ dàng tạo mẫu bảng thăm dò

- Một bảng bổ sung được cung cấp có thể được kết nối với cổng mở rộng cho mẫu dễ dàng hơn và thăm dò

Hình 1.8 Thông số kỹ thuật của kit STM32F0

- Thông số kỹ thuật trên kít đóng vai trò rất quan cho người lập trình và thiết kế các dự án trên kít STM32F0

- Chiều rộng kít là 53.34 mm

- Chiều dài kít là 88.9 mm

- Khoảng các giữa các chân là 2.54 mm

1.5.2 Cấu trúc phần cứng STM32F0

Kit STM32F0-Discovery được thiết kế trên vi điều khiển STM32F051R8T6 bao gồm LQFP 64 pin Hình 2.2 minh họa các kết nối giữa các thiết bị ngoại vi của nó và STM32F051R8T6 (ST-LINK/V2, nút bấm, đèn LED và kết nối )

Hình 1.9 Sơ đồ khối STM32F0-Discovery

Vi điều khiển ARM STM32F051R8T6 kết hợp hiệu suất cao Cortex - M0 32-bit RISC lõi hoạt động ở một tần số 48 MHz , tốc độ cao kỷ lục (lên đến 64 Kbytes bộ nhớ Flash và lên đến 8 Kbytes SRAM ) , và một loạt các thiết bị ngoại

vi và I / O Thiết bị cung cấp tiêu chuẩn giao tiếp truyền thông (2 kết nối I2Cs , 2 kết nối SPIs , và 2 kết nối USARTs ) , 12-bit ADC, 6 timer 16-bit và một bộ đếm thời gian PWM tiên tiến kiểm soát

Vi điều khiển STM32F051R8T6 hoạt động trong khoảng nhiệt độ từ - 40 đến 85 ° C nhiệt độ , từ 2,4 V đến 3,6 V cung cấp điện Một tập hợp toàn diện các chế độ tiết kiệm năng lượng cho phép thiết kế các ứng dụng năng lượng thấp

Những tính năng này làm cho các vi điều khiển STM32F051R8T6 thích hợp cho một loạt các ứng dụng như kiểm soát ứng dụng và người sử dụng giao diện, thiết bị cầm tay , A/V thu và truyền hình kỹ thuật số, thiết bị ngoại vi máy tính , nền tảng chơi game , xe đạp điện , thiết bị tiêu dùng , máy in , máy quét, báo động hệ thống , hệ thống liên lạc video…

Các chương trình và gỡ lỗi công cụ ST-LINK/V2 được tích hợp trên STMF0 Các ST-LINK/V2 nhúng có thể được sử dụng theo 2 cách khác nhau tùy theo các nước

+ Chương trình / gỡ lỗi MCU trên ST-Link trên kit

+ Chương trình / gỡ lỗi một MCU trong mạch nạp chương trình ứng dụng bên ngoài bằng cách sử dụng một cáp kết nối với kết nối SWD CN3

Các ST-LINK/V2 nhúng chỉ hỗ trợ cho các thiết bị SWD STM32 Để biết thông tin về việc gỡ lỗi và lập trình các tính năng tham khảo hướng dẫn sử dụng UM1075 (ST-LINK/V2 trong mạch debugger / lập trình cho STM8 và STM32) trong đó mô tả chi tiết tất cả các tính năng ST-LINK/V2

1.5.3 Các khối chức năng kit STM32F0

1.5.3.1 Sơ đồ nguyên lí của KIT STM32F0

Thông qua sơ đồ có thể xác định vị trí các tính năng trên KIT STM32F0 Pin 1 CN2, CN3, P1 và P2 kết nối được xác định bởi một hình vuông

Hình 1.10 Mặt trên của KIT STM32F0

Đây là sơ đồ kích thước và khoảng cách các chân trên KIT, đây là thông

số rất quan trọng giúp người thiết kế tạo ra thư viện mạch nguyên lý và mạch in cho linh kiện

Hình 1.11 Mặt dưới của KIT STM32F051R8T6 1.5.3.2 Sử dụng ST-LINK/V2 nạp chương trình cho kit STM32F0

Các chương trình và gỡ lỗi công cụ ST-LINK/V2 được tích hợp trên STM32F0-DICOVERY Các ST-LINK/V2 có thể được sử dụng theo 2 cách khác nhau theo các trạng thái jumper (xem bảng 2):

• Chương trình / gỡ lỗi MCU trên board,

• Chương trình / gỡ lỗi một MCU trong board ứng dụng ngoài bằng cách

sử dụng một cáp kết nối với kết nối SWD CN3

Các ST-LINK/V2 chỉ hỗ trợ nạp cho các thiết bị SWD STM32

Để nạp chương trình cho kit STM32F0 ta cần cắm vào hai jumper trên CN2 như hình dưới đây:

Hình 1.12 Nạp chương trình CN2 1.5.3.3 Sử dụng ST-LINK/V2 nạp chương trình bằng mạch nạp ngoài STM32

Có thể sử dụng sử dụng ST-LINK/V2 để chương trình STM32 bằng một ứng dụng bên ngoài Đơn giản chỉ cần loại bỏ các jumper 2 từ CN2 như thể hiện trong hình 2.4 , và kết nối ứng dụng của bạn để kết nối debug CN3 theo bảng sau:

Hình 1.13 Kết nối CN3 (SWD)

Hình 1.14 Nạp chương trình CN3 (SWD) 1.5.3.4 Khối nguồn

- Nguồn được cung cấp bằng máy tính thông qua cáp USB, hoặc một nguồn điện 5V từ bên ngoài thông qua cáp nguồn

- D1 và D2 là hai điốt bảo vệ nguồn 5V và 3V khi nguồn được cung cấp

- VDD = 2,0 đến 3,6 V: Nguồn điện bên ngoài cho I / O, cung cấp bên ngoài thông qua VDD chân

- VDDA = 2,0-3,6 V: Bên ngoài cung cấp điện tương tự cho ADC, cài đặt lại các khối, RCS và PLL (điện áp tối thiểu được áp dụng cho VDDA là 2,4 V khi ADC và DAC được sử dụng) Mức điện áp VDDA phải luôn luôn lớn hơn hoặc bằng mức điện áp VDD và phải được cung cấp đầu tiên

- VBAT = 1,65-3,6 V: Cung cấp điện cho RTC, bên ngoài đồng hồ dao động 32 KHz

- Các POR giám sát chỉ cung cấp điện áp VDD Trong giai đoạn khởi động nó là cần thiết rằng VDDA nên đến đầu tiên và lớn hơn hoặc bằng VDD

- Các màn hình PDR cả VDD và điện áp cung cấp VDDA, tuy nhiên người giám sát cung cấp điện VDDA có thể bị vô hiệu hóa (bằng cách lập trình một chút Lựa chọn chuyên dụng) để giảm điện năng tiêu thụ nếu thiết kế ứng dụng đảm bảo rằng VDDA cao hơn hoặc bằng VDD

- Cơ quan quản lý có ba chế độ hoạt động: chính (MR), năng lượng thấp (LPR) và điện xuống

- MR được sử dụng trong chế độ hoạt động bình thường (Run)

- LPR có thể được sử dụng trong ngưng chế độ mà nhu cầu điện giảm

- Công suất xuống được sử dụng trong chế độ chờ: sản lượng điều là trở kháng cao: mạch hạt nhân được hỗ trợ xuống, lôi kéo không tiêu thụ (nhưng nội dung của sổ đăng ký và SRAM bị mất)

- Điều này luôn được kích hoạt sau khi thiết lập lại Nó bị vô hiệu hóa ở chế độ chờ, cung cấp trở kháng đầu ra cao

- Trong chế độ ngủ , chỉ có CPU được dừng lại Tất cả các thiết bị ngoại vi tiếp tục hoạt động và có thể thức dậy CPU khi một ngắt / sự kiện xảy ra

- Dừng chế độ đạt được mức tiêu thụ điện năng rất thấp trong khi giữ lại nội dung của SRAM và đăng ký Tất cả các đồng hồ trong lĩnh vực 1,8 V được dừng lại, PLL, HSI RC và dao động tinh thể HSE bị vô hiệu hóa Các điều chỉnh điện áp cũng có thể được đặt trong hoặc bình thường hoặc trong chế độ điện năng thấp Thiết bị này có thể được đánh thức từ chế độ dừng của bất cứ dòng nào exti

Nguồn dòng exti có thể là một trong số 16 dòng bên ngoài , sản lượng PVD, RTC báo động, COMPX , I2C1 , USART1 hoặc CEC Các I2C1 , USART1 và CEC có thể được cấu hình để cho phép các bộ dao động RC HSI để xử lý dữ liệu đến Nếu điều này được sử dụng, điều chỉnh điện áp không nên được đặt ở chế độ năng lượng thấp nhưng vẫn giữ ở chế độ bình thường

- Chế độ chờ được sử dụng để đạt được mức tiêu thụ điện năng thấp nhất Các điều chỉnh điện áp nội bộ được tắt để toàn bộ miền 1,8 V được tắt PLL , HSI RC và dao động tinh thể HSE cũng được tắt Sau khi vào chế độ chờ , SRAM và đăng ký nội dung bị mất ngoại trừ đăng ký trong lĩnh vực sao lưu và mạch chờ Thiết bị này ra khỏi chế độ chờ khi một thiết lập lại bên ngoài (pin NRST ), một thiết lập lại IWDG , một cạnh tăng trên các chân WKUP , hoặc một báo động RTC xảy ra

1.5.3.5 Đèn LED

- LD1 PWR: Red LED chỉ ra hệ thống được cung cấp nguồn

- LD2 COM: Chỉ ra thông tin về hệ thống

- Chậm nhấp nháy LED đỏ / Tắt: Tại có điện trên USB trước

- Nhanh chóng nhấp nháy LED đỏ / Tắt: Sau khi thông tin chính xác đầu tiên giữa máy tính và STLINK/V2

- Đèn LED màu đỏ sáng: Khi khởi tạo giữa máy tính và ST-LINK/V2 là thành công

- Đèn LED màu xanh sáng: Sau khi thành công khởi tạo truyền thông mục tiêu - nhấp nháy đỏ xanh LED: Trong giao tiếp với mục tiêu - Red LED On: Truyền dữ liệu hoàn thành

- Đèn LED màu cam sáng là bị lỗi

Hình 1.15 Vị trí các Led

1.5.3.6 Các nút ấn

- Nút nhấn B1 USER: nút nhấn kết nối với I / O của STM32F051R8T6

- Nút nhấn B2 Reset: Nút khởi động lại STM32F051R8T6

Hình 1.16 Vị trí các nút bấm trên KIT 1.5.3.7 Chuyển đổi tương tự số (ADC)

Trên kít có bộ chuyển đổi ADC 12-bit để chuyển đổi tương tự thành tín hiệu số (nhiệt độ cảm biến, điện áp tham chiếu, đo điện áp VBAT) kênh và thực hiện chuyển đổi trong single-shot hoặc chế độ quét Trong chế độ quét, tự động chuyển đổi được thực hiện trên một nhóm được lựa chọn đầu vào tương tự ADC

có thể được phục vụ bởi các bộ điều khiển DMA Một tính năng giám sát tương

tự cho phép giám sát rất chính xác của điện áp chuyển đổi một, một số hoặc tất

cả các kênh được lựa chọn Một ngắt được tạo ra khi điện áp chuyển đổi nằm ngoài ngưỡng lập trình Cảm biến nhiệt độ Cảm biến nhiệt độ (TS) tạo ra một VSENSE điện áp thay đổi tuyến tính với nhiệt độ Cảm biến nhiệt độ là nội bộ

kết nối với các kênh đầu vào ADC_IN16 được sử dụng để chuyển đổi điện áp đầu ra cảm biến thành một giá trị kỹ thuật số

Cảm biến cung cấp tuyến tính tốt nhưng nó phải được hiệu chỉnh để có được độ chính xác tổng thể tốt của phép đo nhiệt độ Như bù đắp của cảm biến nhiệt độ thay đổi từ chip chip do quá trình biến đổi, cảm biến nhiệt độ bên trong chưa được hiệu chỉnh phù hợp cho các ứng dụng phát hiện những thay đổi nhiệt

độ Để cải thiện độ chính xác của phép đo cảm biến nhiệt độ, mỗi thiết bị là máy hiệu chuẩn bởi ST Các dữ liệu hiệu chuẩn được cảm biến nhiệt độ được lưu trữ bởi ST trong khu vực bộ nhớ hệ thống, có thể truy cập trong chế độ chỉ đọc

Điện áp tham chiếu nội bộ (VREFINT) cung cấp một ổn định (bandgap) điện áp đầu ra cho ADC và Comparators VREFINT là nội bộ kết nối với các kênh đầu vào ADC_IN17 Điện áp chính xác của VREFINT được đo riêng cho mỗi phần của ST trong thử nghiệm sản xuất và lưu trữ trong các khu vực bộ nhớ

hệ thống Nó có thể truy cập ở chế độ chỉ đọc VBAT pin giám sát nguồn điện, tính năng phần cứng nhúng này cho phép các ứng dụng để đo điện áp VBAT pin bằng cách sử dụng ADC_IN18 kênh ADC nội bộ Khi điện áp VBAT có thể cao hơn VDDA, và do đó bên ngoài phạm vi đầu vào ADC, pin VBAT là nội bộ kết nối với một cầu chia hết cho 2 Kết quả là, giá trị kỹ thuật số chuyển đổi là một nửa điện áp VBAT

1.5.3.8 Chuyển đổi số sang tương tự DAC

Trên kit có 12-bit đệm kênh DAC có thể được sử dụng để chuyển đổi tín hiệu số thành tín hiệu điện áp tương tự Cấu trúc thiết kế được lựa chọn bao gồm dây điện trở và bộ khuếch đại tích hợp, giao diện kỹ thuật số hỗ trợ các tính năng sau:

- Chuyển đổi dữ liệu ngay trong chế độ 12-bit

- Khả năng khả năng cập nhật đồng bộ

- DMA gây nên ngoài chuyển đổi

- Đầu vào kích hoạt DAC được sử dụng trong thiết bị DAC được kích hoạt thông qua các kết quả đầu ra hẹn giờ kích hoạt và giao diện DAC được tạo yêu cầu DMA riêng của nó