[4] STM32CUBE w przykładach (obsługa ESP8266)

Serwer HTTP i ustawianie koloru diody RGB przez stronę WWW

Przejdźmy teraz do właściwego projektu. Ponownie uruchamiamy generator konfiguracji STM32CubeMX, wybieramy mikrokontroler i przechodzimy do konfiguracji pinów (plansza „Pinout”). Tym razem nie skorzystamy już z tych samych wyprowadzeń interfejsu UART jak poprzednio, ponieważ chcemy umożliwić komunikację między mikrokontrolerem STM32 i układem ESP8266, a nie ESP8266 i programatorem ST-LINK. Na płytce rozwojowej KA-NUCLEO, możemy w tym celu skorzystać z interfejsu USART1 – jego wyprowadzenia nie są podłączone nigdzie indziej, poza samym mikrokontrolerem. Pinem nadawczym będzie pin D8, przyłączony do wyprowadzenia procesora o oznaczeniu PA9, a odbiorczym D2 – wyprowadzenie PA10. Ponieważ pin D2 zajęty został przez interfejs UART, musimy także przenieść pin połączony z wyprowadzeniem „CH_PD” układu ESP8266 – na płytce KA-NUCELO, skorzystamy teraz z pinu D3 – wyprowadzenie PB3. Podobnie jak poprzednio, ustawiamy na tym pinie stan domyślny wysoki (3.3V).

Ustawiamy także wyprowadzenia procesora do których na płytce rozwojowej KA-NUCLEO, podłączono rezonator kwarcowy. W tym celu, na liście po lewej stronie odszukujemy pozycje „RCC” i po jej rozwinięciu, z pola „High Speed Clock (HSE)” wybieramy opcję „Crystal/Ceramic Resonator”.

Odszukujemy też wyprowadzenia do których przyłączona jest dioda RGB i ustawiamy im funkcje alternatywne (klikamy na nie LPM) „TIM1_CHxN”, czyli wyjścia pierwszego licznika. Na płytce KA-NUCLEO są to piny PB13, PB14 i PB15, odpowiedzialne odpowiednio za kolory: niebieski, czerwony i zielony. Proponuję przy okazji nadać im nazwy (PPM) „LED_BLUE”, „LED_RED” i „LED_GREEN” – będą one wykorzystywane dalej w kodzie.

Musimy teraz jeszcze skonfigurować kanały licznika – na liście po lewej stronie odszukujemy pozycję „TIM1” i z pól „ChannelX”, wybieramy opcje „PWM Generation CHxN”, gdzie X/x to numer od 1 do 3 (numery kanałów). Ustawiamy również sygnał taktujący wchodzący na licznik – pole „Clock Source”, na wartość „Internal Clock”. Konfiguracja liczników i generatora sygnału PWM została dokładniej opisana w drugiej części niniejszego kursu.

Przechodzimy do zakładki „Clock Configuration” i podobnie jak w pierwszej części kursu, konfigurujemy sygnał taktujący. W polu „PLL Source Mux” wybieramy opcję „HSE”, w polu „System Clock Mux”, wartość „PLLCLK”. Ustawiamy także częstotliwość naszego rezonatora kwarcowego – „Input frequency”, na płytce KA-NUCLEO jest to wartość 8 MHz, oraz pożądaną częstotliwość taktowania układu – „HCLK (MHz)”, na wartość 100 MHz (dla wykorzystywanej przeze mnie płytki rozwojowej jest to wartość maksymalna).

Pozostaje nam jeszcze ustawić szybkość pracy interfejsu UART oraz parametry pracy licznika – generatora sygnału PWM, zgodnie z opisem z części 2 i 3. Przechodzimy do planszy „Configuration” i z pola „Connectivity” wybieramy pozycję „USART1”. W nowootwartym oknie, w zakładce „Parameter Settings”, w polu „Baud Rate” wpisujemy szybkość pracy interfejsu, z jaką nawiązana ma zostać komunikacja z układem ESP8266 – dla starszych wersji firmware będzie to wartość 9600, dla nowszych – 115200. W zakładce „NVIC Settings”, włączamy jedyne przerwanie na liście.

Następnie, po zapisaniu ustawień, z planszy „Configuration”, głównego okna programu, wybieramy pozycję „Control” -> „TIM1” i ustawiamy parametry generowanego sygnału PWM – dzielnik „częstotliwości” wejściowej – „Prescaler”, na 4, wartość do której zlicza licznik – „Counter Period”, na 49999 oraz odwracamy wyjście każdego z kanałów „PWM Generation Channel xN”: „CHN Polarity” – „Low”. Dokładne znaczenie tych wartości oraz sposób obliczania pożądanej częstotliwości sygnału PWM opisany został w części drugiej tego kursu.

Teraz możemy już wygenerować projekt i zaimportować go w środowisku IDE System Workbench for STM32. Po zaimportowaniu projektu, potrzebujemy jeszcze ustawić go tak, aby na etapie linkowania/łączenia kodu, dodawana była do niego biblioteka math. Klikamy prawym przyciskiem myszy na nazwę projektu w panelu po lewej stronie, z menu kontekstowego wybieramy opcję „Properties”, dalej rozwijamy opcje: „C/C++ Build”, „Settings”, „Tool Settings”, „MCU GCC Linker”, „Libraries”, odznaczamy opcję „Use C math library (-lm)” i dodajemy tą bibliotekę – „m”, ręcznie, do listy „Libraries”.

Otwieramy plik „main.c” i do oznaczonych w listingu sekcji USER CODE, dopisujemy znajdujący się w nich kod. Następnie kompilujemy, wgrywamy i uruchamiamy na mikrokontrolerze program.

Po uruchomieniu, program wywołuje funkcję esp_setup(), która przesyła do układu ESP skrypt konfigurujący, za każdym razem czekając na odpowiedź potwierdzającą wykonanie danej komendy (“OK”) lub informacje o błędzie (“ERROR”). Polecenie przesyłane są przy pomocy funkcji esp_send_cmd(), ta z kolei wykorzystuje funkcje uart_write_line() i uart_read_line(). Po prawidłowym skonfigurowaniu chipu ESP8266, dioda LED RGB zapala się na zielono i uruchamiana jest obsługa przerwań, w przypadku niepowodzenia, dioda zapala się na czerwono.

W przerwaniu, obsługiwanym przez funkcję HAL_UART_RxCpltCallback(), wywoływaną po odebraniu każdego znaku, oczekujemy na odebranie od modułu ESP8266 ciągu +IPD,, oznaczającego odebranie danych, w uprzednio odebranym połączeniu TCP. Po ciągu +IDP, przesyłany jest numer połączenia (od 0 do 4), długość odebranego ciągu danych oraz właściwe dane. Informacje te są odczytywane i zapisywane do zmiennych esp_recv_mux (numer połączenia), esp_recv_buffer (odebrany ciąg), esp_recv_len (długość bufora), następnie ustawiana jest flaga esp_recv_flag.

W pętli głównej programu, po ustawieniu w przerwaniu flagi, wywoływana jest funkcja handle_request() obsługująca przychodzące żądanie HTTP. Na podstawie początku żądania, podejmowana jest decyzja, jaką stronę WWW zwrócić, oraz czy zmienić kolor ustawiony na diodzie RGB. Ten odczytywany jest z adresu URL jako trzy następujące po sobie liczby 8-bitowe zawierająca informacje o jasności kolejnych trzech kolorów składowych – czerwonego, zielonego i niebieskiego. Dalej, przy pomocy funkcji set_color() i set_led_brightness() kolor ten jest ustawiany.

Przy pomocy modułu ESP możemy w podobny sposób przesyłać informacje odebrane z czujników – temperatury, czy wilgotności, do różnych serwisów internetowych lub własnego serwera, przez API HTTP – interfejsu bazującego na protokole HTTP, zaprojektowany z myślą o komunikacji między programami, lub dowolny inny protokół. Możemy też wykorzystać układ ESP do sterowania poruszającym się pojazdem, czy pobierać i drukować najnowsze tweety lub tytułu artykułów do przeczytania, odbieranych z RSS. Wiele serwisów i usług internetowych, udostępnia API, pozwalające wykonać te czynności, w bardzo łatwy sposób.

W kolejnej części kursu, napiszemy program sterujący adresowalnymi paskami diod LED RGB, bazujących na chipie WS2812B. Kod przedstawionych powyżej projektów, jest dostępny na serwerze FTP, pod adresem àADRESß.

Aleksander Kurczyk