Drone's DIYer

NUCLEO-F446RE 보드의 회로도

Top and Power

STM32 MCU

 ST-LINK/V2-1

Extension connectors

STM32 누클레오 보드는 빠른 평가와 LQFP64 패키지로 STM32 마이크로컨트롤러와 함께 개발을 시작하기 위해서 사용되는 저 비용 그리고 사용이 쉬운 개발 플랫폼입니다. 

STM32 누클레오 보드의 자세한 정보와 데모 소프트웨어에 접근하기 위해서 www.st.com/stm32nucleo 웹사이트를 방문하세요. 혹은 STM32 누클레오 보드의 사용자 메뉴얼을 참고하시길 바랍니다.

시작하기

STM32 누클레오 보드를 설정하고 데모 소프트웨어를 사용하기 위해서 아래의 절차를 따르세요:

1. 보드에 점퍼 위치를 확인합니다, JP1 off, JP5 (PWR) on U5V, JP6 on (IDD), CN2 on (NUCLEO) selected.

2. 호스트 PC에서 디바이스 인터페이스의 올바른 인식을 위해서 보드를 연결하기 이전에 www.st.com/stm32nucleo로부터 누클레오 USB 드라이버를 설치합니다. 

3. 보드에 전원을 공급하기 위해서 USB 커넥터 CN1을 통하여 'Type-A to Mini-B' USB 케이블로 PC로 STM32 누클레오 보드를 연결합니다. 빨간색 LED LD3(PWR)과 LD1 (COM)은 켜져야만 합니다. 그리고 녹색 LED LD2는 깜박거려야 합니다.

4. 버튼 B1 (왼쪽 버튼)을 누릅니다.

5. 3개의 LED인 LD1에서 LD3을 버튼 B1을 클릭하면거 깜박거리는 빈도를 관찰합니다.

6. STM32 누클레오 보드 기능을 어떻게 사용하는지에 대한 데모 소프트웨어와 몇개의 예제가 www.st.com/stm32nucleo에서 가능합니다.

7. 가능한 예제를 사용해서 애플리케이션을 개발합니다.

시스템 요구사항

• Windows OS (7, 8 and 10), Linux 64-bit or macOS

• USB Type-A to Mini-B cable

Development toolchain

• Arm Keil: MDK-ARM

• IAR: EWARM

• GCC-based IDEs including free SW4STM32 from AC6

• Arm Mbed online (see http://mbed.org) 

Hardware block diagram

Extension connector

STM32 누클레오 보드 상에 Arduino 커넥터는 Arduino Uno V3를 지원합니다. Arduino Uno V1과 호환을 위해서 다음의 설정이 필요합니다:

• SB46과 SB52는 ON이어야 하고,

• SB51과 SB56는 I2C on A4 (핀 5)과 A5 (핀 6 of CN8)를 연결하기 위해서 OFF이어야 합니다.

주의 1: STM32 마이크로컨트롤러의 I/O는 Arduino Uno V3를 위한 5V 대신에 3.3V 호환입니다.

주의 2: CN5 핀 8에 공급되는 VREF+ 전력을 갖는 Arduino 쉴드를 구현하기 전에 SB57을 제거하여만 합니다.

NUCLEO-F446RE 상에 Arduino 커넥터

ST morpho 커넥터는 보드의 양면에서 접근가능한 수컷 핀 헤더(CN7 그리고 CN10)로 구성됩니다. 이들은 STM32 누클레오 보드를 확장 보드 혹은 STM32 누클레오 보드의 앞면이나 뒷면에 위치되는 prototype/wrapping 보드로 연결하는데 사용될 수 있습니다. STM32의 모든 신호와 전력 핀이 ST morpho 커넥터 상에 가능합니다. 이 커넥터는 또한 오실로스코프나 logical analyzer 혹은 전압계에 의해서 프로브될 수 있습니다.

1. BOOT0의 디폴트 상태는 0입니다. 이는 점퍼가 CN7의 핀 5-7상에 있을 때 1로 설정될 수 있습니다. 두개의 사용되지 않은 점퍼는 CN11과 CN12(보드의 뒷면)에서 가능합니다. 

2. U5V는 ST-LINK/V2-1 USB 커넥터로부터 5V 전원이고 이는 +5V 전에 올라갑니다.

3. PA13 and PA14 share with SWD signals connected to ST-LINK/V2-1, it is not recommend to use them as IO pins if ST-LINK part is not cut PA13과 PA14는 ST-LINK/V2-1에 연결된 SWD 신호와 공유됩니다. 만일 ST-LINK 파트가 분리되지 않았다면 IO 핀으로서 이들을 사용하는 것은 권고되지 않습니다.

NUCLEO-F446RE 상에 ST morpho 커넥터

USART communication

STM32 마이크로컨트롤러의 PA2와 PA3 상에 가능한 USART2 인터페이스는 ST-LINK MCU, ST morpho 커넥터 혹은 Arduino 커넥터로 연결될 수 있습니다. 이 선택은 관련된 solder bridge를 설정하는 것에 의해서 변경될 수 있습니다. 티폴트로 Mbed(SB13과 SB14 ON, SB62와 SB63 OFF)를 위한 가상 COM 포트를 지원하기 위해서 타겟 STM32와 ST-LINK MCU 사이에 USART2 통신이 가능합니다. 만일 타겟 STM32 PA2 (D1) 혹은 PA3 (D0) 그리고 쉴드 혹은 확장 보드 사이에 통신이 요구되면, SB62과 SB63는 ON 되어야 하고 SB13과 SB14는 OFF 되어야 합니다. 그러한 경우에 또다른 USART를 ST-LINK MCU로 ST morpho 커넥터와 CN3 사이에 연결선을 사용하여 연결이 가능합니다. NUCLEO-F103RB의 예를 들어, PC10 (TX) and PC11 (RX) 상에 가능한 USART3를 사용하는 것이 가능합니다. 두 연결선(flying wire)은 다음과 같이 연결되어야 합니다:

• PC10 (USART3_TX) available on CN7 pin 1 to CN3 pin RX

• PC11 (USART3_RX) available on CN7 pin 2 to CN3 pin TX

Push-buttons

B1 USER: 유저 버튼은 STM32 마이크로컨트롤러의 I/O PC13 (핀 2)에 연결됩니다.

B2 RESET: 이 푸쉬 버튼은 NRST에 연결되고 STM32 마이크로컨트롤러의 RESET에 사용됩니다.

Note: 푸쉬 버튼에 위치한 파란색 그리고 검은색 플라스틱 덥개는 만일 필요하다면 제거될 수 있습니다. 예를 들어 쉴드 혹은 애플리케이션 보드가 누클레오 보드의 위에 꼽힐 때 등입니다. 이는 버튼에 압력 그러므로 가능한 영구적인 타겟 STM32 RESET을 피할 수 있습니다.

JP6 (IDD)

IDD라 라벨된 점퍼 JP6은 점퍼를 제거하고 전류계를 연결하는 것에 의해서 STM32 마이크로컨트롤러 전류 소비를 측정하는데 사용됩니다:

• Jumper ON: STM32 microcontroller is powered (default).STM32 마이크로컨트롤러가 전력이 공급됩니다(디폴트).

• Jumper OFF: 전류계는 STM32 마이크로컨트롤러 전류를 측정하기 위해서 연결되어야만 합니다. 만일 전류계가 없다면 STM32 마이크로컨트롤러는 전력이 공급되지 않습니다.

OSC clock

OSC clock 공급

외부 고속 클럭(external high-speed clock; HSE)과 대응하는 핀을 설정하는 4가지 방법이 있습니다:

• ST-LINK로부터 MCO: ST-LINK MCU의 MCO 출력이 입력 클럭으로서 사용됩니다. 이 주파수는 8MHz로 변경할 수 없고 STM32 마이크로컨트롤러의 PF0/PD0/PH0-OSC_IN로 연결됩니다. 다음의 설정이 필요합니다:

– SB55 OFF and SB54 ON

– SB16 and SB50 ON

– R35 and R37 removed

• X3 크리스탈(미제공)로부터 온보드 HSE 오실레이터: 전형적인 주파수와 커패시터 그리고 저항에 대해서 STM32 마이크로컨트롤러 데이터시트를 참조하세요. STM32 마이크로컨트롤러에 대한 오실레이터 설계 가이드에 대한 AN2867 Application note를 참조하세요. X3 크리스탈은 다음의 특성을 갖습니다: 8MHZ, 16pF, 20ppm 그리고 DIP footprint. Hong Kong X'tals Limited에서 제조한 9SL8000016AFXHF0을 사용할 것을 권장합니다. 다음의 설정이 요구됩니다:

– SB54 and SB55 OFF

– R35 and R37 soldered

– C33 and C34 soldered with 20 pF capacitors

– SB16 and SB50 OFF

• 외부 PF0/PD0/PH0로부터 오실레이터: CN7 커넥터의 29 핀을 통한 외장 오실레이터로부터. 다음의 설정이 요구됩니다:

– SB55 ON

– SB50 OFF

– R35 and R37 removed

• HSE not used: PF0/PD0/PH0 and PF1/PD1/PH1이 클럭 대신에 GPIO로써 사용됩니다. 다음의 설정이 요구됩니다:

– SB54 and SB55 ON

– SB16 and SB50 (MCO) OFF

– R35 and R37 removed

STM32 누클레오 보드 하드웨어 버젼에 따라서 HSE 핀의 두가지 가능한 디폴트 설정이 있습니다. 보드 버젼 MB1136 C-01 혹은 MB1136 C-02은 PCB 뒷면에 위한 스티커 상에 표시됩니다. 보드에 대응하는 보드 마킹 MB1136 C-01은 HSE가 사용되지 않은 것이고 MB1136 C-02 혹은 그 이상은 클럭 입력으로 ST-LINK MCO를 사용합니다.

Note: NUCLEO-L476RG과 NUCLEO-L452RE에 대하여 ST-LINK MCO 출력은 저 파워 모드에서 전력 소비를 줄이기 위해서 OSCIN으로 연결되지 않았습니다. 결론적으로 NUCLEO-L476RG 그리고 NUCLEO-L452RE 설정은 HSE가 사용되지 않는 것입니다.

OSC 32 kHz clock supply

저 속도 클럭(LSE)에 대응하는 핀을 설정하는 3가지 방법이 있습니다:

• On-board oscillator: X2 크리스탈, STM8S를 위하 오실레이터 설계 가이드를 참조하세요. STM32 마이크로컨트롤러를 위한 오실레이터 설계 가이드에 대해서 STM8A와 STM32 microcontrollers application note (AN2867). Abracon corporation에서 제조된 ABS25-32.768KHZ-6-T을 사용하는 것을 권장합니다.

• Oscillator from external PC14: CN7 커넥터의 25 핀을 통한 외장 오실레이터로부터. 다음의 설정이 요구됩니다:

– SB48 and SB49 ON

– R34 and R36 removed

• LSE not used: PC 14와 PC 15는 저 속도 클럭 대신에 GPIO로서 사용됩니다. 다음의 설정이 요구됩니다:

– SB48 and SB49 ON

– R34 and R36 removed

STM32 누클레오 보드 하드웨어의 버젼에 따라서 3가지 가능한 디폴트 설정이 있습니다. 보드 버젼 MB1136 C-01 혹은 MB1136 C-02는 PCB 뒷면에 위치한 스티커 상에 표시됩니다. 보드 마킹 MB1136 C-01는 LSE가 사용되지 않은 것으로써 설정된 보드에 대응합니다. 보드 마킹 MB1136 C-02 혹은 그 이상 버젼은 온보드 32 kHz 오실레이터로 설정된 보드를 의미하고 보드 마킹 MB1136 C-03 그 이상 버젼은 새로운 LSE 크리스탈(ABS25) 그리고 C26, C31 그리고 C32 값 갱신을 사용한 보드입니다.

STM32 누클레오 보드는 2 파트로 나누어집니다: ST-LINK 파트와 STM32 파트. PCB의 ST-LINK 파트는 보드의 사이즈를 줄이기 위해서 자를 수 있습니다. 이 경우에 남겨진 타겟 STM32 파트는 오직 VIN, E5V 그리고 ST morpho 커넥터 상에 3.3V 그리고 Arduino 커넥터 CN6 상에 3.3V에 의해서 전력이 공급될 수 있습니다. 메인 STM32는 CN4와 ST morpho 커넥터(SWCLK CN7 pin 15 그리고 SWDIO CN7 pin 13) 상에 가능한 SWD 사이에 연결선을 이용해서 프로그램하는데 ST-LINK를 사용하는 것은 여전히 가능합니다.

Embedded ST-LINK/V2-1

ST-LINK/V2-1 프로그래밍과 디버깅 툴은 STM32 누클레오 보드에 집적되었습니다. ST-LINK/V2-1는 STM32 누클레오 보드가 Mbed가 가능하도록 합니다. 임베디드(embedded) ST-LINK/V2-1는 STM32 디바이스에서 오직 SWD만을 지원합니다. 디버깅 그리고 프로그래밍에 대한 정보에 대해서 그 기능은 STM8 그리고 STM32 User manual(UM1075)에 대한 ST-LINK/V2 in-circuit debugger/programmer를 참조하세요. 이 메뉴얼에서는 모든 ST-LINK/V2 기능에 대하여 자세하게 설명합니다.

ST-LINK/V2에서의 변화는 다음과 같습니다.

• New features supported on ST-LINK/V2-1:

– USB software re-enumeration

– Virtual COM port interface on USB

– Mass storage interface on USB

– USB power management request for more than 100 mA power on USB

• Features not supported on ST-LINK/V2-1:

– SWIM interface

– Minimum supported application voltage limited to 3V

• Known limitation:

– ST-LINK/V2-1 target 상에 readout protection을 활성화하는 것은 타켓 애플리케이션을 앞으로 동작할 수 없습니다. 타겟 readout protection은 ST-LINK/V2-1 보드에서 유지되어져아 합니다.

점퍼 상태에 따라 임베디드 ST-LINK/V2-1를 사용하는 2가지 다른 방법이 있습니다:

• 온보드(on-board) STM32을 프로그램/디버그

• SWD 커넥터 CN4에 연결된 케이블을 사용하여 외부 애플리케이션 보드에서 MCU를 프로그램/디버그

드라이버

누클레오-64 보드를 USB를 이용하여 Windows 7, Windows 8 혹은 Windows XP PC로 연결하기 전에 ST-LINK/V2-1 드라이버는 설치되어야 합니다. 이는 www.st.com 웹사이트로부터 다운로드 할 수 있습니다. 경우에 따라서 STM32 누클레오-64 보드는 드라이버가 설치되기 전에 PC에 연결될 수 있고, PC 디바이스 메니저는 일부 누클레오 인터페이스를 "Unknown"으로 보고할 수도 있습니다. 이런 상황을 해결하기 위해 해당 드라이버를 설치한 후에 STM32 누클레오-64 보드에서 발견된 "Unknown" USB 장치를 이 해당 드라이버로 디바이스 메니저에서 직접 변경해 주어야만 합니다.

Note: 다음 그림에서 보여지는 것과 같이 USB Composite Device를 사용해서 진행하는 것을 추천합니다.

ST-LINK/V2-1를 사용하여 보드 상에 STM32의 프로그래밍과 디버깅

보드에 STM32를 프로그래밍하기 위해서 다음 그림에서 같이 CN2에 두 점퍼를 꼽습니다. 이는 STM32 누클레오 보드의 STM32 마이크로컨트롤러와 통신을 방해할 수 있기 때문에 CN4 커넥터를 사용하지 마세요.

ST-LINK/V2-1를 사용해서 외부 STM32 애플리케이션을 프로그래밍과 디버깅

외부 애플리케이션에서 STM32를 프로그래밍하기 위해서 ST-LINK/V2-1를 사용하는 것은 매우 쉽습니다. 다음 그림에서 나타내듯이 CN2에서 두 점퍼를 간단히 제거하고 그리고 아래 테이블과 같이 CN4 디버그 커넥터로 애플리케이션을 연결합니다.

Note: SB12 NRST (타겟 STM32 RESET)은 만일 CN4 핀 5가 외부 애플리케이션에서 사용된다면 OFF 되어져야만 합니다.

NUCLEO-F446RE 보드의 레이아웃(layout)입니다.

Top 레이아웃

Bottom 레이아웃

STM32 누클레오 보드의 스펙입니다:

• STM32 microcontroller in LQFP64 package

• Three LEDs:

– USB communication (LD1), user LED (LD2), power LED (LD3)

• 2 push buttons: USER and RESET

• 2 types of extension resources

– Arduino™ Uno V3 연결을 위한 connector

– ST morpho extension을 위한 모든 I/O의 핀헤더

• Flexible board power supply:

– USB VBUS or external source (3.3 V, 5 V, 7 - 12 V)

– Power management access point

• On-board ST-LINK/V2-1 debugger and programmer with SWD connector

– Selection-mode switch to use the kit as a standalone ST-LINK/V2-1

• USB re-enumeration capability. Three different interfaces supported on USB:

– Virtual COM port

– Mass storage

– Debug port

• Comprehensive free software HAL library including a variety of software examples

• Arm® Mbed™ (see http://mbed.org)

전원

전원은 USB 케이블을 통한 호스트 PC나 외부 소스: VIN(7~12V), E5V(5V) 혹은 CN6 혹은 CN7 상에 +3.3V 전원 핀에 의해서 공급됩니다. VIN, E5V 혹는 +3.3V는 외부 전원 장치 혹은 보조 장치를 사용하여 STM32 누클레오 보드에 전력을 공급하는데 사용됩니다. 이 전원은 표준 EN-60950-1:2006+A11/2009를 준수해야 합니다. 그리고 제한된 전력 용량과 함께 Safety Extra Low Voltage(SELV)이어야 합니다.

ST-LINK/V2-1은 USB 파워 메니지먼트를 지원하며 이는 호스트 PC로부터 100mA 이상의 전류를 필요로 합니다. STM32 누클레오 보드와 쉴드 모두는 ST-LINK USB 커넥터 CN1 (U5V 혹은 VBUS)로부터 전력이 공급될 수 있습니다. 오직 ST-LINK 파트만 전력이 USB enumeration 전에 공급됨을 유의하세요. 왜냐하면 호스트 PC는 그 시간에 보드에만 100mA를 공급하기 때문입니다. USB enumeration 동안에는 STM32 누클레오 보드는 호스트 PC로부터 300mA 전류를 요구합니다.

만일 호스트가 요구된 전력을 공급가능하다면 STM32 MCU는 급전되고 LED LD3는 켜집니다. 그러므로 STM32 누클레오 보드와 쉴드 보드는 최대 300mA까지 소비할 수 있습니다. 만일 호스트가 요구된 전류 공급이 불가능하다면 STM32 MCU와 확장 보드를 포함한 MCU 파트는 전원이 공급되지 않습니다. 결론적으로 LED LD3는 커져있고 이러한 경우에 외부 전원을 사용해야 합니다: 외장 전원 입력: VIN와 E5V

USB (U5V)에 의해서 전원이 공급될 때 JP5의 핀 1과 핀 2는 연결되어야 합니다. USB (U5V)에 의해서 전원이 공급될 때 보드의 최대 전류 소비에 따라 JP1을 설정할 수 있습니다. JP1 점퍼는 USB에 의해서 전원이 공급되고 U5V 상에 최대 전류 소비가 확장보드 혹은 Arduino 쉴드를 포함하여 100mA를 초과하지 않아야 합니다. 그러한 조건에서 100mA 이하의 전류가 PC로 요구되기 때문에 USB enumeration는 항상 성공할 것입니다. 가능한 JP1의 설정은 다음과 같습니다.

외장 전원 VIN과 E5V는 다음 표와 같습니다. 보드는 VIN 혹은 E5V에 의해서 전원이 공급되며 점퍼는 다음을 따라야 합니다:

• JP5에 핀 2와 핀 3을 점퍼로 연결합니다.

• JP1에 점퍼를 제거합니다.

VIN 혹은 E5V는 외부 전원으로 사용될 수 있습니다. 이 경우에 STM32 누클레오 보드와 확장 보드의 전류 소비는 USB 경우에 허용된 전류를 초과합니다. 이 조건에서 통신, 프로그래밍, 디버깅으로만 USB를 사용하는 것이 여전히 가능합니다. 그러나 VIN 혹은 E5V를 사용할 때 우선 보드에 전원을 공급하고 나서 USB 케이블을 PC에 연결하는 것은 필수입니다. 이런 식의 절차는 enumeration이 외장 전원 덕택에 이루어지는 것을 보장합니다.

다음의 절차를 따라야 합니다:

1. JP5의 핀 2와 핀 3를 점퍼로 연결합니다.

2. JP1이 제거되었는지 확인합니다.

3. 외장 전원을 VIN 혹은 E5V에 연결합니다.

4. 외장 전원의 전력은 7V< VIN < 12V to VIN, or 5V for E5V

5. LD3가 켜졌는지 확인합니다.

6. PC를 USB 커넥터 CN1에 연결합니다.

만약 이 순서를 따르지 않는다면 보드는 우선 VBUS에 공급된 후 VIN 혹은 E5V에 공급되어질 수 있어 다음의 위험에 직면할 수 있습니다:

1. 만일 300mA 이상이 보드에 의해서 요구되면 PC는 손상될 수 있고 혹은 전류원은 PC에 의해서 제한될 수 있습니다.

2. 300mA는 enumeration에서 요구되고 (JP1은 OFF이어야 하기 때문) 그래서 이 요구는 거절되고 enumeration은 PC가 충분한 전류를 공급할 수 없다면 성공하지 못하는 위험이 있습니다. 결론적으로 보드는 전원이 공급되지 않습니다 (LED LD3 OFF 상태를 유지합니다).

예를 들어 경우에 따라서 3.3V가 확장 보드에 의해서 공급될 수 있고 전원 입력으로 곧바로 +3.3V (CN6 pin 4 or CN7 pin 12 and pin 16)를 사용할 수 있습니다. STM32 누클레오 보드는 +3.3V로 전원이 공급될 때 ST-LINK는 전원이 공급되지 않고 그러므로 프로그래밍과 디버그 특성이 불가능합니다. 외장 전원 +3.3V는 다음과 같이 간략화 하였습니다.

보드로 +3.3V를 사용할 때 2가지 다른 설정이 가능합니다:

• ST-LINK를 제거합니다 (PCB cut). or

• SB2 (3.3V regulator) and SB12 (NRST) are OFF.

USB, VIN or E5V으로 전원을 공급할 때 +5V (CN6 pin 5 or CN7 pin 18) Arduino 쉴드 혹은 확장 보드를 위한 전원으로서 사용될 수 있습니다. 이 경우에 최대 전류는 위의 관련 표를 따라야 합니다. +3.3V (CN6 pin 4 or CN7 pin 12 and 16)도 전원으로 또한 사용될 수 있습니다. 전류는 regulator U4 (500 mA max)의 최대 전류 용량으로 제한됩니다.

LED

3색 LED(green, orange, red) LD1 (COM)은 ST-LINK 통신 상태에 대한 정보를 지시합니다. LD1 디폴트 색깔은 red이고 LD1은 다음 setup과 함께 PC와 ST-LINK/V2-1 사이에 통신이 진행 중임을 지시하기 위해서 green으로 변경됩니다.

• 느린 깜박임 Red/Off: USB 초기화 전

• 빠른 깜박임 Red/Off: PC와 ST-LINK/V2-1 (enumeration) 사이에 첫번째 올바른 통신 후에

• Red LED On: PC와 ST-LINK/V2-1 사이에 초기화가 완료되었을 때

• Green LED On: 성공적인 장치 통신 초기화 후에

• 깜박임 Red/Green: 장치와 통신 통신 중에

• Green On: 통신을 성공적으로 마침

• Orange On: 통신 실패

사용자 LD2: green LED는 STM32 타겟에 의존하는 STM32 I/O PA5 (pin 21) or PB13 (pin 34)에 대응하는 Arduino 신호 D13에 연결된 사용자 LED입니다:

• I/O 가 HIGH value, LED는 켜집니다

• I/O 가 LOW, LED는 커집니다

LD3 PWR: red LED는 STM32 파트가 전원이 공급되고 +5V가 가능하지를 지시합니다.