Blue Pill (STM32F103C8T6) – Alimentação e primeiros passos com ST-Link

No quinto artigo da série, daremos continuidade no estudo. A dica é acompanhar a série desde o primeiro artigo porque é um caminho estruturado, onde a sequência traz benefícios no aprendizado (linha de raciocínio). Nesse artigo veremos sobre os terminais de alimentação, consumo, o regulador de tensão, o RESET e o programador ST-Link.

Alimente o Blue Pill e o LED do usuário pisca

O Blue Pill que você comprou provavelmente já foi pré-programada para piscar quando é alimentado. Isso é um teste simples de que a placa está funcionando. Existem alguns outros detalhes importantes sobre consumo de energia, reset e LEDs que também serão visto nesse artigo. Depois, finalmente veremos o uso do programador ST-Link V2.

Alimentação

A Blue Pill possui várias conexões, incluindo algumas para alimentação. Não é necessário usar todas as conexões de uma só vez. De fato, é melhor usar apenas um conjunto de conexões. Para esclarecer esse ponto, vamos começar com um exame de suas opções de energia. A figura 1 ilustra as conexões ao redor das bordas da placa de circuito impresso.

Os quatro pinos na extremidade lateral direita da placa são usados para programar o dispositivo. Observe que a conexão de programação denominada DIO também é capaz de ser uma GPIO PA13. Da mesma forma, o DCLK é capaz de ser uma GPIO PA14. Saberemos detalhadamente como configurar o STM32. No conector de programação, observe que a tensão de entrada é de +3,3 Volts, cor laranja. Essa conexão eletricamente é igual a qualquer uma das outras conexões identificadas como “+ 3.3V” na PCB, portanto, estão interligadas.

Os Melhores Treinamentos sobre Sistemas embarcados e IoT

Cursos com professores qualificados para acelerar sua carreira e projetos

MATRÍCULE-SE AGORA

Regulador de tensão

O chip STM32F103C8T6 foi projetado para operar com qualquer Voltagem entre 2 e 3,3 Volts. A PCB Blue Pill tem um pequeno regulador de + 3,3 Volts com o rótulo “U1”. O esquema oficial da placa Blue Pill especifica o regulador RT9193-33, que suporta 300mA. Hoje temos no mercado PCB Blue Pill clone usando um regulador mais barato, regulador da série XC6204, que suporta apenas 150mA.

A menos que você conheça bem sua PCB Blue Pill, é mais seguro assumir que sua placa suporta apenas 150mA. Veremos o desempenho de energia do MCU, em detalhes, em outros artigos. Somente como referência inicial, o programa que vem no dispositivo, que pisca o LED, utiliza cerca de 30mA, medido na fonte de entrada de + 5 Volts. Essa medição inclui a pequena corrente adicional usada pelo próprio regulador de tensão.

A folha de dados do STM32F103C8T6 documenta que seu consumo máximo é de 50mA. Essa medição é obtida com clock externo e todos os periféricos ativados, operando no modo “run” a 72MHz. Subtraindo 50mA do regulador que no máximo suporta 150mA, resta apenas 100mA, a ser consumido na saída do regulador de + 3,3 Volts. É sempre bom ficar atento quanto aos limites!

Alimentação de +5 Volts da USB

Quando alimentado por um cabo USB, a energia chega pelo conector Micro-USB B. Este alimentação de + 5 Volts é regulada nos +3,3 Volts necessários ao MCU. No canto inferior direito, da figura 1, há um pino identificado como “+ 5V”, com um sinal de mais, que pode ser usado como um entrada de energia. Esse pino é interligado com a entrada do regulador, mesmo ponto que o conector USB fornece os 5 Volts.

Devido o baixo consumo de corrente do MCU, você também pode alimentá-lo com um módulo adaptador serial TTL. Muitos adaptadores seriais USB terão +5 Volts disponível que poderia alimentar o MCU. Sempre verifique o seu adaptador serial para obter especificações corretas. Cuidado para alimentar a placa Blue Pill através de duas fontes simultaneamente. Isso causará danos ao seu desktop/Notebook, através do cabo USB.

Alimentação de +3,3 Volts

Se você tiver uma fonte de alimentação de + 3,3 Volts, poderá deixar as entradas de +5V desconectadas. Conecte sua fonte de alimentação de + 3,3 Volts diretamente à entrada de +3,3V (verifique se o cabo USB está desconectado). Isso funciona porque o regulador fica desativado quando não há entrada fornecido na entrada de 5 Volts.

Ao fornecer alimentação diretamente para a entrada de + 3,3 Volts, você está conectando ao terminal VOUT do regulador, ilustrado na figura 2. Nesse caso, não há alimentação de 5 Volts no terminal VIN do regulador. O terminal CE também está conectado do terminal VIN, mas, quando o VIN é desconectado, o pino CE fica aterrado por um capacitor. Um nível baixo no terminal CE desabilita os subsistemas internos do regulador.

No entanto, há uma pequena quantidade de fluxo de corrente no divisor de tensão do regulador. Essa corrente fluirá de seus +3,3 Volts para o terra (VSS), através das resistências internas R1 e R2 do regulador. Essas resistências são altas e a corrente envolvida é insignificante. Mas esteja ciente disso ao medir a corrente para aplicações de bateria com consumo de energia muito baixo.

ATENÇÃO!

Não forneça +5 Volts e +3,3 Volts ao mesmo tempo. Isso poderia causar danos ao regulador ou ao seu Desktop/Notebook quando o cabo USB estiver conectado. Use uma única fonte de alimentação.

Regra de uma fonte de alimentação

O conselho é usar apenas uma fonte de alimentação. Alimentar sua PCB com mais de uma fonte pode causar danos. Reforço bem esse aspecto porque alimentamos a placa com +3,3 Volts ou +5 Volts, e depois usamos o cabo USB, então, isso pode causar danos.

Certas aplicações podem exigir o uso de alimentação adicional; por exemplo, quando acionamos motores ou relés. Nesses casos, você alimenta os circuitos externos com uma fonte adequada, mas, não pela PCB do MCU. Somente a referência GND precisa compartilhar conexões (ser comum).

Potencial de referência (Ground)

O pólo negativo da fonte de alimentação é conhecido como terminal GND. A figura 1 ilustra esses terminais na cor preto. Todas essas conexões ao GND estão eletricamente interligadas.

RESET

A PCB Blue Pill tem um botão rotulado como “RESET”, e uma conexão ao lado, rotulada como
“R”. Essa conexão permite que um circuito externo reset o MCU. A figura 3 ilustra o circuito do botão, incluindo a conexão que vai ao MCU.

Pelo circuito de reset podemos ver que o MCU é resetado quando um nível baixo é aplicado no terminal de reset. O circuito RC garante que ao ligar a fonte de +3,3V o reset será executado.

Vamos alimentar nossa Blue Pill pela primeira vez

A maneira mais segura e fácil de alimentar sua Blue Pill é usando um cabo USB com um conector Micro-USB B. Conecte seu cabo a uma fonte de alimentação USB, que necessariamente não precisa ser um computador. Uma vez ligado, o LED da sua PCB deve piscar. Caso contrário, tente pressionar o botão Reset. Verifique também se os jumpers boot-0 e boot-1 estão posicionados como ilustra a figura 1, os dois jumpers devem estar posicionados no lado rotulado como “0”.

Existem dois LEDs na PCB Blue Pill. O LED rotulado como “PWR” indica que a alimentação foi aplicada na placa. O LED rotulado como “PC13” é ativado pela porta GPIO PC13, sob controle da aplicação.

Se o LED não piscar, após ter alimentado a placa, então, com um multimetro verifica se tem +3,3 Volts, entre o terminal GND e o terminal +3.3V. Se não houver alimentação, então, o cabo USB pode estar com algum problema. Se você não possui um cabo USB adequado, pode alimentar a PCB até mesmo com um par pilhas de 1,5 Volts em série. Lembre-se de que este MCU funcionará com alimentação entre 2 Volts e 3,3 Volts.

Se você tem uma fonte de alimentação de bancada, então, poderá alimentar através dos terminais + 3,3 Volts e GND. Tenha cuidado ao usar garras de jacaré, garantindo que elas não encostem em outros pinos. Os fios da jumper podem ser usados com maior segurança.

ST-Link V2

Agora veremos como trabalhar com o programador ST-Link V2. Quando você adquiriu seu programador, provavelmente já vem com os cabos adequados para interligá-lo com seu Desktop/Notebook e também com a placa Blue Pill.

O diagrama de conexão do programador é ilustrado na figura 4. Diferentes modelos do programador estão disponíveis no mercado, usando diferentes conexões e fiação.

Com o programador ST-Link V2 conectado de acordo com a ilustração da figura 4, verifique os jumpers boot-0 e boot-1, localizados ao lado do botão de Reset, eles devem aparecer como ilustrado na figura 1, com os dois jumpers próximos ao lado marcado com “0”.

Conecte seu programador ST-Link V2 a uma porta USB. Depois de fazer isso, o LED de “PWR” deve acender imediatamente. Além disso, o LED PC13 também deve piscar se sua Blue Pill ainda tiver o programa padrão.

No seu desktop/Notebook, execute o comando conforme mostrado a seguir:

~$ st-info -- probe

Found 1 stlink programmers
serial: 383f6e064e57343524592143
openocd: "\x38\x3f\x6e\x06\x4e\x57\x34\x35\x24\x59\x21\x43"
flash: 65536 (pagesize: 1024)
sram: 20480
chipid: 0x0410
descr: F1 Medium-density device

O comando st-info encontrou seu programador ST-Link V2 e o STM32F103C8T6 conectado a ele. Observe que o número de série da CPU é relatado junto com a SRAM (20K). Quantidade da memória flash deveria ser 128K, mas você pode ver 64K. Provavelmente suporte 128K de qualquer maneira.

O utilitário st-flash

Agora veremos como você pode usar o utilitário st-flash para ler, escrever ou apagar o programa no seu dispositivo STM32.

Ler um programa

Salvar o conteúdo da memória do seu dispositivo em um arquivo permitirá restaurar o programa original, caso precise mais tarde. O exemplo a seguir lê a memória flash do Blue Pill, iniciando no endereço 0x80000000, e salva 0x1000 (4K) de dados em um arquivo chamado saved.img. A convenção de prefixo 0 da programação C será usado para indicar números hexadecimais.

~$ st-flash read ./saved.img 0x8000000 0x1000

st-flash 1.5.1-45-g393e942
2020-02-22T18:48:44 INFO common.c: Loading device parameters....
2020-02-22T18:48:44 INFO common.c: Device connected is: F1 Medium-density device, id 0x20036410
2020-02-22T18:48:44 INFO common.c: SRAM size: 0x5000 bytes (20 KiB), Flash: 0x10000 bytes (64 KiB) in pages of 1024 bytes

Podemos verificar que o arquivo foi criado.

~$ ls

Desktop Music Public stm32f103c8t6 Videos Documents Downloads Pictures saved.img stlink Templates

Escrever um programa

Escrever memória flash é o inverso da leitura. Uma imagem de memória salva pode ser “flashed” usando o subcomando write do utilitário st-flash. Observe que omitimos o tamanho do arquivo de dados. Neste exemplo, escrevemos de Volta no mesmo endereço:

~$ st-flash write ./saved.img 0x8000000

st-flash 1.5.1-45-g393e942
2020-02-23T08:50:24 INFO usb.c: -- exit_dfu_mode
2020-02-23T08:50:25 INFO common.c: Loading device parameters....
2020-02-23T08:50:25 INFO common.c: Device connected is: F1 Medium-density device, id 0x20036410
2020-02-23T08:50:25 INFO common.c: SRAM size: 0x5000 bytes (20 KiB), Flash: 0x10000 bytes (64 KiB) in pages of 1024 bytes
2020-02-23T08:50:25 INFO common.c: Ignoring 544 bytes of 0xff at end of file
2020-02-23T08:50:25 INFO common.c: Attempting to write 3552 (0xde0) bytes to stm32 address: 134217728 (0x8000000)
Flash page at addr: 0x08000c00 erased
2020-02-23T08:50:25 INFO common.c: Finished erasing 4 pages of 1024 (0x400) bytes
2020-02-23T08:50:25 INFO common.c: Starting Flash write for VL/F0/F3/F1_XL core id
2020-02-23T08:50:25 INFO flash_loader.c: Successfully loaded flash loader in sram
4/4 pages written
2020-02-23T08:50:25 INFO common.c: Starting verification of write complete
2020-02-23T08:50:25 INFO common.c: Flash written and verified! jolly good!

Esta operação restaurará o arquivo de imagem salvo no seu Desktop/Notebook para a memória flash do seu Blue Pill. Nesse caso o LED começará a piscar imediatamente, caso contrário, pressione o botão RESET para forçar uma reinicialização.

Apagar um programa

Pode haver momentos em que você deseja apagar totalmente a memória do MCU, então:

~$ st-flash erase

st-flash 1.5.1-45-g393e942
2020-02-23T09:01:12 INFO common.c: Loading device parameters....
2020-02-23T09:01:12 INFO common.c: Device connected is: F1 Medium-density device, id 0x20036410
2020-02-23T09:01:12 INFO common.c: SRAM size: 0x5000 bytes (20 KiB), Flash: 0x10000 bytes (64 KiB) in pages of 1024 bytes
Mass erasing

Antes de apagar a memória flash, se o LED estava piscando, então, observe que após o comando erase o programa no MCU estará apagado, e o LED apaga, portanto, não pisca. Como salvamos o programa, então, para recuperá-lo, basta escrever novamente o arquivo saved.img para a memória do MCU, usando o comando write.

Conforme a proposta inicial estamos evoluindo no aprendizado, portanto, aqui concluo o quinto artigo da série.