Spis treści:
Mikrokontroléry ARM se na trhu s elektronikou prosadily. Stojí za to se o této platformě dozvědět více? Zjistěte to v našem nejnovějším příspěvku!
"Věčné" dilema - 8 bitů nebo 32 bitů?
Na začátku třetí dekády 21. století lze bez nadsázky říci, že naprostá většina elektroniků začíná své programátorské dobrodružství s 8-bitovými čipy. Nenáročné procesory – především AVR nebo PIC (vyráběné firmou Microchip) – se používají tam, kde je prioritou úspora nákladů, efektivní spotřeba energie a snadné programování. Najdeme je v široké škále aplikací, od jednoduchých řídicích systémů ve vzduchotechnice až po počítačové periferie a snímače používané v průmyslové automatizaci.
Mnohem výkonnější 32-bitové mikrokontroléry si již několik let získávají oblibu díky nesrovnatelně vyššímu výpočetnímu výkonu a mnohem lepšímu vybavení hardwarovými periferními bloky. Z tohoto důvodu se 32bitové mikrokontroléry, které jsou obvykle založeny na architektuře ARM, používají v celé řadě složitějších aplikací, jako jsou zařízení internetu věcí, monitorovací a řídicí systémy, pokročilé průmyslové řídicí jednotky, lékařské přístroje, telemetrické systémy, složitá rozhraní člověk-stroj (včetně operátorských panelů s dotykovými displeji) a mnoho dalších.
Výkonnější 32-bitové jednotky se nejčastěji volí pro úlohy vyžadující intenzivní zpracování dat v reálném čase, provádění složitých algoritmů nad velkými datovými toky (např. zvuk nebo video), rozsáhlé komunikační funkce nebo podporu vysokoúrovňových operačních systémů.
Výpočetní výkon, široká škála hardwarových bloků a dostupnost rozsáhlých programovacích knihoven a pokročilých vývojových nástrojů pro 32bitové mikrokontroléry jsou sice neocenitelné výhody, ale mají také svou cenu – jak z hlediska ceny samotných čipů, tak z hlediska náročnosti návrhu a programování.
Mikrokontroléry STM32 - bezkonkurenční výkon za dostupnou cenu
Čipy STM32 jsou nejmodernější 32bitové mikrokontroléry a aplikační mikroprocesory vyráběné firmou STM32. STMicroelectronics. Jsou založeny na vysoce výkonných jádrech ARM Cortex-M, podporovaných množstvím výkonných periferních bloků, mezi které můžeme zařadit vysokorychlostní 12bitové ADC a D/A převodníky, komplexní komunikační rozhraní (SPI, I2C, USART, USB OTG, Ethernet PHY, CAN, I2S, HDMI CEC a mnoho dalších), pokročilé časovače/počítače, grafické koprocesory, řadiče DMA a externí paměti, bloky podporující algoritmy AES a CRC nebo konečně základní “systémové” prostředí, včetně časovačů SysTick, watchdog nebo RCC.
V závislosti na modelu mohou být mikrokontroléry STM32 založeny na jednom z následujících jader: Cortex-M0, M0+, M3, M4, M7 nebo H7. Vyšší počet jader znamená větší výpočetní schopnosti, které často zahrnují přítomnost jednotky s plovoucí desetinnou čárkou (FPU), což významně podporuje provádění algoritmů DSP nebo řízení akčních členů (např. elektromotorů) ve zpětnovazební smyčce.
V závislosti na konkrétní skupině produktů používají jádra architektury ARMv6-M, ARMv7-M nebo ARMv7E-M, s výjimkou nejnovějších mikrokontrolérů STM32, které jsou založeny na jádrech ARM Cortex-M33 s architekturou ARMv8-M. Důležité je, že jednodušší mikrokontroléry STM32 (zejména ty, které patří do rodin STM32F0, STM32F1 nebo STM32G0, jsou k dispozici za maloobchodní ceny blízké cenám mnoha 8bitových procesorů, i když je mnohdy “předčí” z hlediska výpočetních schopností a periferního vybavení.
Jaké produkty jsou součástí ekosystému STM32?
STM32 je ve skutečnosti rozsáhlý ekosystém, založený na několika rodinách mikrokontrolérů (diametrálně odlišných z hlediska nabízených schopností), ale také zahrnující nespočet hardwarových nástrojů (vyhodnocovací desky a programátory/debugery) a vývojový software (IDE, kompilátory, grafické generátory konfiguračního kódu atd.) a rozsáhlou dokumentaci (aplikační poznámky, vzorové projekty, katalogové poznámky, vývojářské příručky atd.). V následujícím textu stručně nastíníme nejdůležitější skupiny čipů STM32, se kterými se lze setkat při procházení online zdrojů nebo nabídky runtime nástrojů.
- STM32F0, STM32F1 – relativně jednoduché mikrokontroléry založené na jádrech Cortex-M0 a M3, zaměřené na aplikace s nízkými výrobními náklady a relativně nízkou spotřebou energie, ale vybavené řadou nejčastěji používaných periferií. Mají široké uplatnění v průmyslových zařízeních, spotřební elektronice (která nevyžaduje pokročilé grafické displeje), domácích spotřebičích a spotřební elektronice a mnoha dalších.
- STM32F4, STM32F7 – mnohem výkonnější, jsou již založeny na jádrech Cortex-M4 a M7. Jsou ideální pro aplikace vyžadující schopnost vysokorychlostního zpracování dat, podporují operace s plovoucí desetinnou čárkou a dobře fungují v zařízeních vyžadujících podporu grafiky ve středním až vysokém rozlišení (na obrazovkách s úhlopříčkou – obvykle – nepřesahující několik palců).
- STM32H7 – řada procesorů s obrovským výpočetním výkonem, nabízející vysokou taktovací frekvenci a bohaté periferní rozhraní, včetně USB 2.0 HS nebo Ethernetu. Skvěle se hodí pro pokročilá rozhraní GUI založená na vysokoúrovňových operačních systémech (např. Linux).
- STM32L – zahrnuje mikrokontroléry, které jsou vysoce optimalizované pro nízkou spotřebu energie, využívají jádra M0+ až M4, ale jsou implementovány technologickým postupem, který umožňuje výrazně prodloužit životnost baterie nebo akumulátoru. Nejvyšší modely této řady (STM32L4) jsou dokonce vhodné pro aplikace umělé inteligence.
- STM32G – další rodina mikrokontrolérů STM32, která zahrnuje podrodiny G0 a G4. Zatímco čipy STM32G0 (s jádrem Cortex-M0+) nabízejí skvělý poměr výkonu a spotřeby, čipy STM32G4 (s jádrem Cortex-M4, vybavené FPU) jsou určeny pro aplikace vyžadující pokročilé zpracování signálů nebo řízení motorů.
- STM32W – rodina čipů založených na jádrech ARM Cortex M0+, M4 nebo M33, která je vybavena integrovanými bezdrátovými vysílači a díky tomu se dokonale hodí pro aplikace v segmentu zařízení internetu věcí.
Jak začít s programováním STM32?
Tuto otázku si již mnoho let kladou různé ročníky techniků elektroniky, kteří jsou navíc na různém stupni pokročilosti. Odpovědí může být několik a vše samozřejmě závisí na individuálních preferencích. Ti, kteří ovládají angličtinu, mohou s úspěchem využít rozsáhlou databázi výukových materiálů, která je k dispozici na stránkách webových stránkách výrobce – STMicroelectronics.
Naštěstí existuje i mnohem jednodušší, kratší a příjemnější cesta – na polském trhu totiž vznikla řada vynikajících kurzů programování STM32, které jsou k dispozici na otevřené platformě. Forbot. A zde máme skvělou zprávu pro všechny zájemce o rychlé seznámení s taji STM32 – v nabídce obchodu Botland shopu jsou k dispozici hotové sady komponent potřebné k realizaci všech miniprojektů popsaných v kurzech. Sady obsahují běhové desky STM32 a také veškeré další elektronické součástky, propojovací kabely, kontaktní desky a rozšiřující moduly, takže vstup do světa moderních mikrokontrolérů vám nebude činit sebemenší problém, spojený s doplněním potřebného vybavení vlastními silami.
