[STM32F469I-DISCO] Kolejny zestaw z rodziny DISCOVERY z LCD-TFT – alternatywne podejście do LCD i touch-panela

STMicroelectronics rozwijając swoją ofertę dba o pojawiające się nowe obszary aplikacyjne, do których należą od pewnego czasu graficzne interfejsy HMI dla różnego rodzaju urządzeń, które dotychczas były budowane na bazie komputerów SBC. Moc obliczeniowa współczesnych mikrokontrolerów okazuje się być więcej niż wystarczająca dla budowania efektownych i łatwych w obsłudze graficznych HMI, czego spektakularny przykład ilustrują aplikacje demonstracyjne dla zestawu STM32F469I-DISCO.

Pierwszym w ofercie STMicroelectronics tanim zestawem startowym zorientowanym na aplikacje graficzne był STM32F429I-DISCO (fotografia 1), który wyposażono w kolorowy wyświetlacz LCD o przekątnej 2,4 cala z naklejonym rezystancyjnym touch-panelem. Kontroler tego wyświetlacza dołączono do mikrokontrolera zestawu za pomocą magistrali równoległej, która jest dość szybka, ale wymaga dużej liczby linii połączeniowych, wymuszając używanie mikrokontrolera o dużej liczbie linii GPIO.

 

Fot. 1. Wygląd zestawu STM32F429I-DISCO

 

 

 

 

 

 

 

Niska cena zestawu STM32F429I-DISCO, jego dobre wyposażenie i duże możliwości powodują, że jest on chętnie używany jako zestaw referencyjny dla różnego rodzaju aplikacji graficznych, czego przykładem jest kurs programowania STM32 w języku JAVA czy książka „Podstawy .NET Micro Framework dla mikrokontrolerów STM32 w języku C#”, w której pokazano kilka przykładowych aplikacji tego zestawu napisanych na platformę .NET.

 

 

 

Kolejnym tanim zestawem pozwalającym testować aplikacje graficzne jest STM32F746G-DISCO (fotografia 2), który wyposażono w wyświetlacz o przekątnej 4,3 cala oraz pojemnościowy touch-panel. Także w tym zestawie kontroler wyświetlacza dołączono do mikrokontrolera za pomocą magistrali równoległej.

 

Fot. 2. Wygląd zestawu STM32F746G-DISCO

 

Inne podejście do komunikacji pomiędzy mikrokontrolerem i kontrolerem wyświetlacza zastosowali konstruktorzy zestawu STM32F469I-DISCO (fotografia 3.) Komunikację zapewnia magistrala różnicowa bazująca na fizycznym interfejsie LVDS, która nosi nazwę MIPI-DSI.

Fot. 3. Wygląd zestawu STM32F469I-DISCO

 

Schemat elektryczny ilustrujący sposób połączenia mikrokontrolera i modułu wyświetlacza pokazano na rysunku 4.

 

Rys. 4. Ilustracja połączenia mikrokontrolera i modułu wyświetlacza za pomocą magistrali szeregowej MIPI-DSI

 

Interfejs szeregowy MIPI-DSI składa się z trzech różnicowych linii danych oraz jednej linii sygnału zegarowego, co jest wyraźna nowością w stosunku do rozwiązań bazujących na magistralach równoległych. Także sterowanie jasnością świecenia podświetlacza matrycy LCD-TFT jest zintegrowane z magistralą MIPI-DSI – podświetlacz jest zasilany za pomocą przetwornicy DC/DC, sterowanej za pomocą sygnału PWM (sygnał podawany na wejście EN przetwornicyU13). Sygnał oznaczony jako CABC, generowany przez kontroler wyświetlacza, służy do regulacji jasności podświetlenia. Alternatywnie DSI można – po drobnej modyfikacji sprzętowej – regulować jasność podświetlenie za pomocą linii PA3 mikrokontrolera (także z wykorzystaniem sygnału PWM).

W prezentowanym zestawie STM32F469I-DISCO zastosowano mikrokontroler STM32F469NIH6, którego wewnętrzna pamięć Flash ma pojemność 2 MB, a wewnętrzny RAM – 324 kB. Elementem, który szczególnie przyciąga uwagę, jest wyświetlacz TFT o przekątnej 4 cali i wymiarach matrycy 800×480 pikseli zintegrowany z pojemnościowym touch-panelem. Mikrokontroler STM32F469NIH6 wyposażono w rdzeń Cortex-M4F, który jest taktowany sygnałem zegarowym o częstotliwości do 180 MHz, który zapewnia prędkość wykonywania programu do 225 DMIPS.

 

MPU w mikrokontrolerze

Mikrokontroler STM32F469NIH6 wyposażono w jednostkę MPU (Memory Protection Unit), która kontroluje dostęp CPU do pamięci, ułatwiając ochronę danych kontekstów zadań realizowanych przez system operacyjny lub wielowątkowe programy.

 

Rys. 5. Schemat blokowy zestawu STM32F469I-DISCO

 

Duże możliwości mikrokontrolera użytego w zestawie podkreślają kolejne elementy wyposażenia, których komplet pokazano na schemacie blokowym z rysunku 5:

  • trzy mikrofony MEMS MP34DT01 z oferty STMicroelectronics, obsługiwane bezpośrednio przez mikrokontroler, które umożliwiają stereofoniczną rejestrację dźwięków za pomocą dwóch fizycznych konfiguracji mikrofonów,
  • pamięć SDRAM o organizacji 4×32 bity, dołączona do mikrokontrolera za pomocą 32-bitowej magistrali danych oraz 16-bitowej magistrali adresowej,
  • 128 MB pamięci NOR Flash z interfejsem qSPI,
  • przetwornik C/A audio (CS43L22), zintegrowany ze wzmacniaczem mocy przystosowanym do zasilania słuchawek oraz zewnętrznego głośnika,
  • złącze karty MicroSD, przystosowane do obsługi interfejsu szeregowego w konfiguracji 4-bitowej,
  • interfejs USB-OTG FS z kluczem prądowym, zapewniającym bezpieczne i chronione zasilanie dla urządzenia dołączonego do USB.

 

Prosty koprocesor graficzny

Mikrokontroler zastosowany w zestawie wyposażono w koprocesor graficzny o nazwie Chrom-ART, który sprzętowo realizuje kilka zadań: wypełnianie prostokątów kolorem, kopiuje zawartość zdefiniowanych okien prostokątnych, kopiuje zawartość okien z konwersją formatów itp.

 

Nieco mniej spektakularnymi, ale nie mniej użytecznymi elementami wyposażenia prezentowanego zestawu są 4 LED do wykorzystania przez aplikacje użytkownika, złącza zgodne ze standardem Arduino UNO Rev 3 oraz złącze I2C zgodne z firmowym standardem producenta – EXT/RF E2P.

Dołączenie do mikrokontrolera tak wielu peryferii jest możliwe dzięki obudowie o dużej liczbie wyprowadzeń – BGA216. Łączna liczba dostępnych wyprowadzeń wynosi 161, spośród których 157 jest przystosowana do zmiany stanów z częstotliwością do 90 MHz, a aż 159 linii może współpracować z logiką zasilaną napięciem 5 V.

 

 

Podobnie do pozostałych zestawów DISCOVERY, także prezentowany w artykule wyposażono w pokładowy programator-debugger zgodny z ST-Link/V2-1, który za pomocą interfejsu SWD zapewnia programowanie pamięci Flash mikrokontrolera i debugowanie jego pracy. Interfejs jest zgodny ze standardem mbed, zestaw można więc wygodnie programować także bezpośrednio z sieciowego środowiska mbed.org firmy ARM.

 

 

TouchGFX dla STM32F4

Zestaw prezentowany w artykule jest dostarczany z oprogramowaniem demonstracyjnym, przygotowanym przez inżynierów STMicroelectronics w ramach pakietu STM32CubeF4. Alternatywnie można zapisać w pamięci Flash aplikację graficzną przygotowaną za pomocą środowiska TouchGFX.

 

Interfejs ST-Link/V2-1 umożliwia pracę – jednocześnie z realizacją funkcji programatora-debuggera – jako konwerter USB/UART (vCOM) oraz urządzenie USB klasy MassStorage.

Autor: STM32eu