Zaloguj
Rysunek 1. Okno programu STM32CubeMX po wybraniu mikrokontrolera
Użyty w tym przykładzie graficzny wyświetlacz OLED ze sterownikiem SSD1306 jest niewielki, ponieważ ma wymiary jedynie 27 mm×27 mm×3,5 mm. Ma rozdzielczość 128×64 piksele i wyświetla obrazy jednokolorowe, składające się z zaświeconych i zgaszonych punktów.
Może być używany do prezentowania fotografii, wykresów, symboli oraz informacji tekstowych. Dzięki zasilaniu napięciem 3,3 V i interfejsowi komunikacyjnemu I²C doskonale nadaje się do bezpośredniego dołączenia, i rozszerzenia możliwości płytki startowej.
Z kolei, płytki Nucleo z mikrokontrolerami STM32F z wbudowanym programatorem i zestawem złącz, w tym zgodnych ze standardem Arduino, stanowią wygodną bazę do budowania urządzeń prototypowych i amatorskich.
Dodatkową zaletą płytek Nucleo jest szybkość i łatwość tworzenia dla nich oprogramowania. Jest to możliwe dzięki oprogramowaniu narzędziowemu STM32CubeMX, które pozwala na błyskawiczne wygenerowanie szkieletu aplikacji.
Należy tylko wskazać wybrany typ mikrokontrolera STM32F lub płytki ewaluacyjnej. Wygenerowany projekt jest oparty o aktualną wersję interfejsu HAL. Do stworzonego w taki sposób zalążka aplikacji użytkownik może dodawać własne funkcje.
Kolejnym elementem układanki jest środowisko programistyczne. Od pewnego czasu firma ST udostępnia darmowe środowisko o kodowej nazwie AC6 System Workbench przeznaczone dla produkowanych przez nią mikrokontrolerów STM32F.
Jest to kompletny pakiet programistyczny (IDE, kompilator, debuger) wykonany na bazie Eclipse. W najnowszej wersji konfigurator STM32CubeMX jest w stanie tworzyć szkielety projektów, które w dalszej kolejności mogą być otwierane, edytowane i uruchamiane za pomocą AC6 Workbench.
Przykładowy projekt
Rysunek 2. Ustawienia środowiska AC6 dla przykładowego projektu
Do wykonania przykładowego projektu wybrano następujący sprzęt i oprogramowanie:
- Wyświetlacz OLED o rozdzielczości 128×64 piksele, biały, ze sterownikiem SSD1306 i interfejsem I²C. Dodatkowe pliki z informacjami o wyświetlaczu można pobrać ze strony https://goo.gl/9MSp01.
- Pytka startowa Nucleo typu STM32F411RET6 64 PINS. Dodatkowe informacje o płytkach Nucleo są dostępne na stronie internetowej http://goo.gl/xnNBNt.
- Oprogramowanie STM32CubeMX w wersji 4.11.0 lub nowszej, do pobrania spod adresu http://goo.gl/8TAepY.
- Pakiet kompilatora AC6 System Workbench (SW4STM32) do pobrania ze strony internetowej http://goo.gl/BjDpaj. Pakiet jest darmowy, ale przed pobraniem należy się zarejestrować.
- Dokumentacja biblioteki HAL (UM1884: Description of STM32L4 HAL and Low-layer drivers) do pobrania spod adresu http://goo.gl/GnsFYo.
Mając pobrane i zainstalowane programy możemy przystąpić do wykonania aplikacji przykładowej.
Pierwszy krok: wygenerowanie szkieletu oprogramowania
Rysunek 3. Ustawienie pozostałych opcji projektu
Aby doprowadzić do wygenerowania szkieletu oprogramowania trzeba wykonać kilka nieskomplikowanych kroków.
Po wybraniu opcji New Project należy wskazać typ mikrokontrolera lub płytki, dla której projekt ma być utworzony: Board Selector → Type of Board: Ncleo64 → NUCLEO-F411RE.
Po chwili powinien być wyświetlony pulpit podobny do pokazanego na rysunku 1. Na rysunku obudowy kontrolera już są zaznaczone wyprowadzenia używane przez zamontowane na płytce elementy. Są to między innymi nóżki służące do przyłączenia rezonatorów, przycisku i diody LED.
Następnie, po wybraniu Project → Settings należy podać główne ustawienia projektu:
- Project Name (nazwę projektu).
- Project Location (ścieżkę dostępu do katalogu, w którym zostanie zapisany wygenerowany projekt; w tym przykładzie użyto katalogu Program_projektu).
- Tolchain/IDE (wybrany pakiet kompilatora, dla którego ma być wygenerowany projekt; w tym przykładzie SW4STM32.
Na rysunku 2 pokazano ustawienia środowiska AC6 dla przykładowego projektu NUC_SSD1306. Szkielet programu zostanie wygenerowany i zapamiętany we wskazanym katalogu po wybraniu Project → Generate Code.
Krok drugi: otwarcie projektu w środowisku AC6
Listing 1. Program przykładowy: testowanie stanu przycisku i zaświecenie diody LED
Sposób importowania projektu utworzonego przez STM32CubeMX do środowiska programistycznego AC6 System Workbench opisuje dokument na stronie http://goo.gl/6kQOtI, do którego prowadzi link Importing a STCubeMX generated project (dostęp do linku i dokumentu dopiero po zalogowaniu). Na podstawie tego dokumentu procedura importowania może wyglądać następująco:
- Otworzyć AC6 System Workbench for STM32 podając w Workspace Launcher ścieżkę dostępu do katalogu, w którym znajduje się utworzony szkielet oprogramowania (w przykładzie będzie to katalog Program_projektu).
- Następnie należy wybrać opcję File → Import → General → Existing Projects into Workspace → Next.
- Podać ścieżkę dostępu do projektu ((dla tego przykładu katalog Program_projektu), zaznaczyć na wyświetlonej liście nazwę projektu (w przykładzie NUC_SSD1306 Configuration(...)). Pozostałe pola powinny pozostać niezaznaczone, jak na rysunku 3. Nacisnąć przycisk Finish.
Ponieważ wygenerowany został tylko szkielet oprogramowania, to po jego skompilowaniu i zaprogramowaniu kontrolera zamontowanego na płytce Nucleo nic się nie będzie działo, bo program krąży w nieskończonej, pustej pętli. Dla wstępnego testu płytki można w automatycznie wygenerowanym pliku main.c dopisać kod przedstawiony na listingu 1.
W efekcie tak zmodyfikowanego szkieletu oprogramowania, po naciśnięciu niebieskiego przycisku B1 na płytce NUCLEO, zapali się dioda LD2.
Krok trzeci: dołączenie wyświetlacza do płytki startowej
Rysunek 4. Połączenia pomiędzy wyświetlaczem a płytką
Zamontowany na płytce Nucleo-F411RE kontroler ma sprzętowy interfejs I²C. Jak się domyślamy, skorzystanie z tej opcji z jednej strony ułatwia napisanie oprogramowania, ale oznacza też konieczność dołączenia wyświetlacza do określonych wyprowadzeń mikrokontrolera.
Dzięki użyciu programowej biblioteki do obsługi transmisji I²C, możliwe jest podłączenie wyświetlacza do dowolnych portów kontrolera. Na rysunku 4 pokazano wszystkie konieczne do wykonania połączenia pomiędzy wyświetlaczem a płytką Nucleo.
Wyświetlacz dołączono do styków płytki nazwanych "Morpho" za pomocą wtyków goldpin wsuniętych do odpowiednich gniazd "Arduino". Dodano też niezbędne dla poprawnej pracy interfejsu I²C zewnętrzne oporniki podciągające o rezystancji 3 kΩ. Dla ułatwienia, w tabeli 1 wymieniono niezbędne połączenia.
Krok czwarty: dołączanie do projektu zewnętrznych bibliotek
Tabela 1. Połączenia pomiędzy wyświetlaczem a płytką Nucleo
Dla wyświetlacza z kontrolerem SSD1306 potrzebne są procedury inicjujące jego pracę obraz przesyłające do niego dane. Nie ma potrzeby pisania ich od podstaw, ponieważ w części lub całości są one dostępne w postaci bibliotek. Można je znaleźć udostępnione w Internecie na zasadach licencji otwartej.
Dobrym przykładem jest strona http://goo.gl/JBS3uH autorstwa Tilen-a Majerle. Zamieszczono na niej ciekawe i wartościowe biblioteki procedur oraz tutoriale (przewodniki) poświęcone programowaniu mikrokontrolerów STM32F4.
Biblioteki można wykorzystać bezpośrednio lub po zmianach dopasować do potrzeb swoich projektów. Tilen Majerle opracował bibliotekę także dla wyświetlacza SSD1306. Pewne jej fragmenty zostaną wykorzystane w opisywanym projekcie.
Środowisko AC6 System Workbench ma mechanizmy dołączania nowych plików bibliotek do już utworzonego projektu. Zademonstruję to na przykładzie biblioteki Tilen-a Majerle zawierającej procedury odmierzające opóźnienia. Pozwala ona na tworzenie milisekundowych i mikrosekundowych opóźnień w pracy programu bez wykorzystywania modułów czasowo-licznikowych.
Posługując adresem http://goo.gl/BwuMd5 należy pobrać spakowane pliki wszystkich bibliotek przeznaczonych do użycia ze sterownikami HAL: TM STM32 Libraries STM32 libraries based on STM32Fxxx HAL drivers. Po ściągnięciu, plik należy rozpakować w wydzielonym katalogu.
Wśród wielu innych będą tam także znajdować się pliki o nazwach tm_stm32_delay.c i tm_stm32_delay.h. Są to właśnie biblioteki procedur opóźnień. Następnie należy otworzyć środowisko AC6 z wygenerowanym wcześniej przez STM32CubeMX szkieletem projektu (przykładowym NUC_SSD1306).
Na pulpicie z lewej strony znajduje się zakładka Project Explorer z nazwą otwartego projektu. Należy lewym przyciskiem myszki kliknąć na nazwę otwierając w ten sposób drzewo katalogów projektu. Nowe pliki najsensowniej dodawać do podkatalogu o nazwie Application.
Klikamy prawym przyciskiem myszki na Application → New → Folder i w polu Folder Name wpisujemy nazwę folderu dodawanego dla plików biblioteki pauzy np. Procedury_Pauzy. Następnie, klikając prawym przyciskiem myszki na nazwę utworzonego folderu, wybieramy Import → File System → Next.
Wskazujemy katalog, w którym znajdują się rozpakowane pliki bibliotek Tilen-a Majerle. Zaznaczamy pozycje tm_stm32_delay.c i tm_stm32_delay.h oraz naciskamy Finish. Pliki zostaną przekopiowane do utworzonego w projekcie podkatalogu Procedury_Pauzy.
Aby procedura mogła być "widziana" przez inne pliki programu, należy w projekcie zadeklarować ścieżkę dostępu do pliku nagłówkowego tm_stm32_delay.h. Należy prawym przyciskiem kliknąć na nazwę projektu i dalej: Properities → C/C++ Build → Tool Settings → Includes.
Po naciśnięciu Add → Workspace należy wskazać nazwę folderu gdzie znajduje się plik nagłówkowy, czyli Procedury_Pauzy. Po zatwierdzeniu wyboru nowa ścieżka dostępu zostanie dodana do listy. Można się o tym przekonać rozwijając w drzewie katalogu projektów pozycję Includes.
Rysunek 5. Schemat blokowy pokazujący zależności pomiędzy bibliotekami
Ostatnia poprawka dotyczy zawartości pliku tm_stm32_delay.h. Należy dokonać następujących zmian:
- jest:
#include "stm32fxxx_hal.h"
#include "defines.h"
#include "stdlib.h" - powinno być:
#include "stm32f4xx_hal.h"
// #include "defines.h"
#include "stdlib.h"
Po tych zmianach projekt powinien się skompilować bez komunikatów o błędach.
Biblioteki sterujące wyświetlaczem
Rysunek 6. Drzewo projektu
Aby pokazać obraz na wyświetlaczu, trzeba zaprząc do pracy kilka bibliotek. Schemat blokowy pokazujący zależności pomiędzy nimi pokazano na rysunku 5. Omówmy je pokrótce:
- Interfejs HAL. Za sterowanie wyprowadzeniami interfejsu I²C odpowiada interfejs HAL. Pliki interfejsu zostały automatycznie dodane do projektu na etapie generowania szkieletu oprogramowania przez STM32CubeMX.
- Obsługa sprzętowego interfejsu I²C. EEPROM_procedury. c, EEPROM_procedury.h to pliki biblioteki do obsługi sprzętowego interfejsu I²C. Wykonano ją na bazie biblioteki służącej do komunikacji z pamięciami EEPROM wyposażonymi w interfejs I²C.
- Bibliotek opóźnień. Pliki tm_stm32_delay.c, tm_stm32_delay.h, to biblioteka opóźnień Tilen-a Majerle wykorzystywana przez procedury transmisji I²C.
- Bibliotek procedur inicjujących wyświetlacz. Pliki SSD1306_procedury.c, SSD1306_procedury.h to biblioteka procedur inicjujących wyświetlacz oraz procedur przesyłania danych i rozkazów do wyświetlacza. Umieszczono tu także procedury do wyświetlania obrazów zapisanych w plikach o formacie XBM.
- Bibliotek do wyświetlania figur geometrycznych. Pliki tm_stm32_ssd1306.c, tm_stm32_ssd1306.h to zmodyfikowana biblioteka Tilen-a Majerle do wyświetlania figur geometrycznych oraz napisów.
- Wzorce znaków. Pliki tm_stm32_fonts.c, tm_stm32_fonts.h zawierają biblioteki znaków (fontów) wykonanych przez Tilen-a Majerle. Są one niezbędne do wyświetlania napisów.
- Pliki obrazów. Obrazki_128_64.c, Obrazki_128_64.h, to pliki przykładowych obrazków w formacie XBM i procedur demonstracyjnych.
- defines.h - plik nagłówkowy definicji stałych używanych, przez procedury programu.
Wszystkie wymienione pliki należy dołączyć do projektu w sposób opisany w czwartym kroku. Po dołączeniu plików drzewo projektu powinno wyglądać podobnie jak na rysunku 6.
Biblioteka sprzętowej obsługi transmisji I²C
Przed pierwszym użyciem biblioteka powinna być zainicjowana wywołaniem procedury Inicjacja_EEPROM().
Do wysłania danych do wyświetlacza magistralą I²C służy funkcja char EepZapis(unsigned char slave_adr, unsigned char ile_bajtow_adresu, unsigned int adres_ int, unsigned int ilosc_bajtow, char *p_bufor). Należy ją wywołać z następującymi argumentami:
- slave_adr to adres urządzenia (dla wyświetlacza 0x78).
- ile_bajtow_adresu - tu zawsze 0.
- adres_int - nieużywany, można ustawić 0.
- ilosc_bajtow - liczba bajtów do przesłania za pomocą I²C.
- *p_bufor - wskaźnik do początku bufora zawierającego bajty do przesłania za pomocą I²C.
Funkcja zwraca wartość True w przypadku sukcesu i False w przypadku wystąpienia błędu.
Biblioteka obsługi wyświetlacza SSD1306
Przed pierwszym użyciem wyświetlacz powinien być zainicjowany. W tym celu należy wywołać procedurę SSD1306_Inicjacja(). Funkcja zapisuje do rejestrów wyświetlacza wartości początkowe - przedstawiono ją na listingu 2. Biblioteka używa osobnych procedur do wysyłania do wyświetlacza rozkazów i danych do wyświetlenia - pokazano je na listingu 3.
Listing 2. Inicjowanie wyświetlacza z kontrolerem SSD1306 |
Listing 3. Zapisanie komendy lub danej do wyświetlacza |
Wyświetlanie obrazków o rozdzielczości 128×64 pikseli w formacie XBM obsługuje procedura void picture_XBM(const unsigned char *p_obrazek). Jako parametr procedury należy podać wskaźnik do początku bufora z danymi obrazka.
Biblioteka procedur graficznych Tilen-a Majerle
Listing 4. Przykład wyświetlenia tekstu 3 różnymi wielkościami czcionki
Za pomocą tej procedury można na ekranie wyświetlacza zapalać pojedyncze piksele, kreślić linie, figury geometryczne takie jak okręgi i wielokąty a także wypisywać teksty o kilku rozmiarach czcionek. Przed pierwszym użyciem należy bibliotekę zainicjować wywołując procedurę TM_SSD1306_Init().
Listing 5. Rysowanie figur geometrycznych: prostokąta, okręgu, trójkąta
Przykład wyświetlenia tekstu 3 różnymi wielkościami czcionki pokazano na listingu 4. Na koniec wywołuje się procedurę wysłania utworzonych w buforze obrazów do wyświetlacza TM_SSD1306_UpdateScreen(). Kolejny przykład - pokazany na listingu 5 - służy do zademonstrowania sposobu rysowania na ekranie 3 różnych figur geometrycznych.
Przygotowanie obrazków w formacie XBM
Do wykonania obrazków potrzebny będzie dowolny program pozwalający na konwersję do formatu graficznego XBM. Może to być choćby darmowy GIMP. Obrazek można wykonać samodzielnie albo użyć gotowego rysunku. Obraz należy przekształcić do postaci czarno-białej bez tonów pośrednich.
Obrazek należy przeskalować do wymiarów: 128 piksele szerokości i 64 linie wysokości. Po zapisie w formacie XBM otrzymuje się plik tekstowy w formie tablicy, którą trzeba przekopiować do swojego programu. Wyświetlenie obrazka nastąpi po wywołaniu procedury:
picture_XBM(&tablica_z_danymi_obrazka[0]).
Ryszard Szymaniak, EP
