STM32L0 Anleitung

Dies ist der L0 spezifische Teil meiner STM32 Anleitungen.

Die STM32L0 Mikrocontroller bieten einen fließenden Übergang von der 8 Bit in die 32 Bit Welt. Sie sind ähnlich robust, einigermaßen einfach zu programmieren und übersichtlich dokumentiert. Bei gleicher Taktfrequenz laufen die meisten Programme auf diesen Cortex-M0+ Kernen etwa gleich schnell wie auf 8 Bit Mikrocontrollern.

Man sollte beim Wechsel berücksichtigen, dass die 32 Bit Architektur deutlich mehr RAM und Flash benötigt.

Im Vergleich zu anderen STM32 Serien aus der Zeit vor 2018 fällt die geringe Stromaufnahme auf, und dass sie EEPROM enthalten. Wenn du mehr Leistung brauchst und auf das EEPROM verzichten kannst, dann schau dir die STM32G4 Serie an, denn die sind auch sparsam. Noch etwas sparsamer sind die neueren "Ultra Low Power" Serien STM32U, ebenfalls ohne EEPROM.

Der Hersteller empfiehlt die L0 Serie als Pin-kompatible Nachfolger zur F0 Serie. Was beim Wechsel zu beachten ist steht in der Application Note AN4617. Kurz gesagt kann die L0 Serie alles, was auch die F0 Serie kann. Vieles sogar besser und mit weniger Stromaufnahme. Nur die CAN Schnittstelle gibt es in der L0 Serie nicht.

Modelle

Die L0 Serie hat einen ARM Cortex M0+ Kern bis 32 MHz und EEPROM.
STM32L0x0 Value line
(die Basis-Version)
STM32L0x1 Access line
mit Spannungserkennung und Komparatoren
STM32L0x2 USB line
mit Spannungserkennung, Komparatoren, DAC und USB
STM32L0x3 USB & LCD line
mit Spannungserkennung, Komparatoren, DAC, USB und Segment LCD Treiber

Size ↱ x3 x4 x6 x8 xB xZ x:
F = 20 Pins
E = 24 Pins
G = 28 pins
K = 32 Pins
T = 36 Pins
C = 48 Pins
R = 64 Pins
V = 100 Pins
Flash 8 KiB 16 KiB 32 KiB 64 KiB 128 KiB 192 KiB
RAM 2 KiB 2 KiB 8 KiB 8 KiB 128 KiB
STM32L010 Datasheet Datasheet Datasheet Datasheet Errata Reference Manual
STM32L011 Datasheet Errata Reference Manual
STM32L0211 Datasheet
STM32L031 Datasheet Errata
STM32L0411 Datasheet
STM32L051 Datasheet Errata
RAM 20 KiB 20 KiB 20 KiB
STM32L071 Datasheet Errata
STM32L0811 Datasheet
RAM 8 KiB 8 KiB Reference Manual
STM32L052 Datasheet Errata
STM32L0621 Datasheet
RAM 20 KiB 20 KiB 20 KiB
STM32L0722 Datasheet Errata
STM32L0821,2 Datasheet
RAM 8 KiB 8 KiB Reference Manual
STM32L053 Datasheet Errata
RAM 8 KiB
STM32L0631 Datasheet
RAM 20 KiB 20 KiB 20 KiB
STM32L0732 Datasheet Errata
STM32L0831,2 Datasheet
  1. mit Hardware Encryption Engine AES 128 Bit
  2. mit USB bootloader

Die Pinbelegung und elektrischen Daten stehen im jeweiligen Datenblatt. Für den Programmierer ist das Reference Manual am wichtigsten, da es die interne Peripherie und Register beschreibt. Im Errata Sheet beschreibt der Hersteller überraschende Einschränkungen und Fehler der Mikrochips, teilweise mit konkreten Workarounds.

Weiter führende Doku:

Elektrische Daten

Alle STM32L0 Chips kann man mit 1,8 bis 3,6 Volt betreiben. Die USB Schnittstelle läuft nur mit 3,3 V.

Fast alle I/O Pins sind 5 V tolerant, sie sind im Datenblatt mit "FT" gekennzeichnet. Im open-drain Modus dürfen die 5 V toleranten Ausgänge durch externe Widerstände auf 5 V hoch gezogen werden. Analoge Eingänge vertragen maximal die gleiche Spannung wie am VDDA Pin, wenn sie mit einem analogen (internen) Schaltkreis verbunden sind (z.B. dem ADC). Solange das nicht der Fall ist, vertragen die meisten auch 5V.

Die Ausgänge sind einzeln mit 16 mA und alle zusammen mit 90 mA belastbar. Gültige Logikpegel sind aber nur bis 8 mA garantiert. Die Ausgänge sind nicht Kurzschluss-fest.

Die Eingänge sind sehr hochohmig (da CMOS) und haben einen Schmitt-Trigger. Die ESD Schutzdioden sind teilweise nur sehr bedingt belastbar. Die internen Pull-Up und Pull-Down Widerstände haben ungefähr 45 kΩ. Alle I/O Pins haben ungefähr 5 pF Kapazität.

Der NRST (Reset) Pin hat intern einen Pull-Up Widerstand und kann sowohl vom Chip selber als auch von außen auf Low gezogen werden. Intern erzeugte Reset-Impulse sind garantiert mindestens 20 µs lang.

Für die Pins PC13, PC14 und PC15 nennt das Datenblatt (im Gegensatz zu vielen anderen Serien) keine besonderen Ausnahmen.

Boards

Nucleo-L073RZ

Das Nucleo-L073RZ Board (aus der Nucleo-64 Reihe) ist ein hochwertiges Starter-Set zum günstigen Preis um 18 €.

Der 8 MHz Hauptquarz befindet sich auf dem ST-Link Adapter, er versorgt beide Mikrocontroller. Wenn man den ST-Link abtrennt, muss man den Mikrocontroller mit seinem internen R/C Oszillator betreiben oder einen zusätzlichen Quarz in die verbleibende Platine einlöten.

Die beiden Stifte Rx/D0 und Tx/D1 am rechten Arduino Connector haben keine Funktion.

Das User Manual enthält die vollständige Beschreibung des Boardes.

Nucleo-L031K6

Das Nucleo-L031K6 Board (aus der Nucleo-32 Reihe) ist deutlich kleiner, obwohl es ebenfalls einen ST-Link Adapter enthält. Es kostet ungefährt 15 €.

Der eingebaute ST-Link Adapter kann nicht abgetrennt werden und er kann auch nicht zum Programmieren anderer Mikrocontroller verwendet werden.

Das User Manual enthält die vollständige Beschreibung des Boardes.

Beispielprogramm

Beispiel für einen einfachen LED-Blinker an PA5 auf Basis der CMSIS: 

#include "stm32l0xx.h"

// delay loop for the default 2.097 MHz CPU clock with optimizer enabled
void delay(uint32_t msec) {
    for (uint32_t j=0; j < msec * 419; j++) {
        __NOP();
    }
}

int main() {
    // Enable Port A
    SET_BIT(RCC->IOPENR, RCC_IOPENR_GPIOAEN);

    // PA5 = Output
    MODIFY_REG(GPIOA->MODER, GPIO_MODER_MODE5, 0b01 << GPIO_MODER_MODE5_Pos);

    while(1) {
        // Set LED pin to HIGH
        GPIOA->BSRR = GPIO_BSRR_BS_5;
        delay(500);

        // Reset LED pin to LOW
        GPIOA->BSRR = GPIO_BSRR_BR_5;
        delay(500);
    }
}
Ich weiss dass man Delays besser mit einem Timer realisiert (wie dort). Hier wollte ich jedoch ein möglichst einfaches Programmbeispiel zeigen.

Programmier- und Debug-Schnittstellen

SWJ Deaktivieren

Standardmäßig sind nach einem Reset sowohl SWD als auch JTAG aktiviert. Um die betroffenen Pins für normale Ein-/Ausgabe zu verwenden, stellt man im Register GPIOx->MODER einfach den gewünschten Modus ein (Input, Output oder Analog).

Auch wenn PB3 per Software als normaler I/O Pin konfiguriert wurde, kann er trotzdem mit dem ST-Link Adapter als SWO Ausgang umgestellt werden.

Boot Loader

Der Bootloader unterstützt folgende Anschlüsse:
Modell USART USART USB SPI SPI I²C I²C
TxD,RxD TxD,RxD D-,D+ NSS,SCK,MISO,MOSI NSS,SCK,MISO,MOSI SCL,SDA SCL,SDA
STM32L010x4,x6 PA2,3 PA4-7
STM32L010x8,xB PA2,3 PA4-7 PB6,7
STM32L011 PA9,10 PA2,3 PA4-71
STM32L021 PA9,10 PA2,3 PA4-71
STM32L031 PA9,10 PA2,3 PA4-7
STM32L041 PA9,10 PA2,3 PA4-7
STM32L051 PA9,10 PA2,3 PA4-7 PB12-15
STM32L071 PA9,10 PA2,3 PA4-7 PB12-15 PB6,7 PB10,11
STM32L081 PA9,10 PA2,3 PA4-7 PB12-15 PB6,7 PB10,11
STM32L052 PA9,10 PA2,3 PA4-7 PB12-15
STM32L062 PA9,10 PA2,3 PA4-7
STM32L072 PA9,10 PA2,3 PA11,12
STM32L082 PA9,10 PA2,3 PA11,12
STM32L053 PA9,10 PA2,3 PA4-7 PB12-15
STM32L063 PA9,10 PA2,3 PA4-7 PB12-15
STM32L073 PA9,10 PA2,3 PA11,12
STM32L083 PA9,10 PA2,3 PA11,12
  1. Bei TSOP14 Gehäuse: PA4,PA7,PA13,PA14
Der USB Bootloader benötigt weder keinen Quarz und keinen Pull-Up Widerstand am USB Port.

Unterbrechungen

Interrupt-Vektoren

Hinter den ARM Processor Exceptions enthält die Interrupt Vektor Tabelle der STM32L0 folgende Einträge:

Address CMSIS Interrupt Nr. C Function Description EXTI Channel
0x0040 0 WWDG_IRQHandler() Window Watchdog
0x0044 1 PVD_IRQHandler() PVD 16
0x0048 2 RTC_IRQHandler() RTC and LSE CSS RTC alarm: 17
RTC tamper or timestamp: 19
RTC wakeup: 20
CSS_LSE: 19
0x004C 3 FLASH_IRQHandler() Flash memory and data EEPROM
0x0050 4 RCC_IRQHandler() RCC and CRS
0x0054 5 EXTI0_1_IRQHandler() EXTI Line 0 and 1 0, 1
0x0058 6 EXTI2_3_IRQHandler() EXTI Line 2 and 3 2, 3
0x005C 7 EXTI4_15_IRQHandler() EXTI Line 4-15 4-15
0x0060 8 TSC_IRQHandler() Touch sense controller
0x0064 9 DMA1_Channel1_IRQHandler() DMA1 Channel 1
0x0068 10 DMA1_Channel2_3_IRQHandler() DMA1 Channel 2 and 3
0x006C 11 DMA1_Channel4_7_IRQHandler() DMA1 Channel 4 to 7
0x0070 12 ADC_COMP_IRQHandler() ADC and comparator COMP1: 21
COMP2: 22
0x0074 13 LPTIM1_IRQHandler() LPTIMER1 29
0x0078 14 USART4_USART5_IRQHandler() USART4 and USART5
0x007C 15 TIM2_IRQHandler() TIMER2
0x0080 16 TIM3_IRQHandler() TIMER3
0x0084 17 TIM6_DAC_IRQHandler() TIMER6 and DAC
0x0088 18 TIM7_IRQHandler() TIMER7
0x008C 19 reserved
0x0090 20 TIM21_IRQHandler() TIMER21
0x0094 21 I2C3_IRQHandler() I2C3
0x0098 22 TIM22_IRQHandler() TIMER22
0x009C 23 I2C1_IRQHandler() I2C1 23
0x00A0 24 I2C2_IRQHandler() I2C2 24
0x00A4 25 SPI1_IRQHandler() SPI1
0x00A8 26 SPI2_IRQHandler() SPI2
0x00AC 27 USART1_IRQHandler() USART1 25
0x00B0 28 USART2_IRQHandler() USART2 26
0x00B4 29 AES_RNG_LPUART1_IRQHandler() LPUART1 and AES and RNG LPUART1: 28
0x00B8 30 LCD_IRQHandler() LCD
0x00BC 31 USB_IRQHandler() USB event 18

Extended Interrupts

Die externen Interrupt-Signale und auch einige interne durchlaufen einen erweiterten Schaltkreis, der zusätzliche Konfiguration erfordert. Sie sind im Referenzhandbuch Tabelle "EXTI lines connections" dokumentiert.

Die Kanäle EXTI0 bis EXT15 sind für I/O-Pins reserviert. Jeden Kanal kann man in den Registern AFIO->EXTICR[0-3] genau einem Port zuweisen. Wenn man zum Beispiel Kanal 0 dem Port A zuweist (also PA0), kann man auf den anderen Ports das Bit 0 nicht mehr für Interrupts verwenden. Diese Einschränkung gilt für alle 16 Kanäle.

Die anderen Kanäle findest du oben in der Interrupt-Vektoren Tabelle wieder.

Interrupt Flanken

Viele erweiterte Unterbrechungen werden durch Flanken (Signalwechsel) ausgelöst. Man erkennt sie an den Bits im Register EXTI->RTSR oder EXTI->FTSR.

Durch die Verwendung von Flanken ist automatisch sicher gestellt, dass der Handler nicht immer wieder erneut ausgeführt wird, falls ein Interrupt Signal für längere Zeit ansteht.

Flanken gesteuerte Interrupts gehen nicht verloren, wenn das Signal schon wieder verschwindet bevor der Handler aufgerufen wurde. Der Interrupt-Controller merkt sich, dass da mal eine Anforderung vorlag, die noch nicht abgearbeitet wurde.

In diesem Zusammenhang ist das Register EXTI->PR wichtig. Dort merkt sich der Interrupt-Controller den Zustand. Während der Initialisierung muss man das Bit zurück setzen, um sicher zu stellen, dass die erste Flanke zuverlässig erkannt wird. Man schreibt eine 1 in das jeweilige Bit, damit es auf 0 zurück gesetzt wird. Innerhalb der ISR muss man das Flag ebenfalls zurück setzen, am Besten ganz am Anfang. Am Ende der ISR wäre zu spät, da dieses Signal etwas verzögert verarbeitet wird.

Interrupt Masken

Im Register EXTI->IMR werden Unterbrechungen maskiert. Man muss hier eine 1 in das jeweilige Bit schreiben, damit eine Interrupt-Leitung wirksam wird. Standardmäßig sind die meisten Interrupts maskiert, sind also ohne Wirkung.

Das folgende Beispiel löst einen Interrupt aus, wenn das Signal an PC13 von Low nach High wechselt. Beim Nucleo-Board ist PC13 mit dem blauen Taster verbunden. 

#include "stm32l0xx.h"

void EXTI4_15_IRQHandler() {
    // Clear pending interrupt flag
    // It is important that this is not the last command in the ISR
    SET_BIT(EXTI->PR, EXTI_PR_PR13);

    // Toggle LED
    GPIOA->ODR ^= GPIO_ODR_OD5;
}

int main() {
    // Enable port A, C and system config
    SET_BIT(RCC->IOPENR, RCC_IOPENR_GPIOAEN);
    SET_BIT(RCC->IOPENR, RCC_IOPENR_GPIOCEN);
    SET_BIT(RCC->APB2ENR, RCC_APB2ENR_SYSCFGEN);

    // PA5 = Output for the LED
    MODIFY_REG(GPIOA->MODER, GPIO_MODER_MODE5, 0b01 << GPIO_MODER_MODE5_Pos);

    // PC13 = Input
    MODIFY_REG(GPIOC->MODER, GPIO_MODER_MODE13, 0b00 << GPIO_MODER_MODE13_Pos);

    // Assign EXTI13 to PC13 with rising edge
    MODIFY_REG(SYSCFG->EXTICR[3], SYSCFG_EXTICR4_EXTI13, SYSCFG_EXTICR4_EXTI13_PC);
    SET_BIT(EXTI->IMR, EXTI_IMR_IM13);
    SET_BIT(EXTI->RTSR, EXTI_RTSR_TR13);
    
    // Enable the interrupt handler call
    NVIC_EnableIRQ(EXTI4_15_IRQn);

    // Clear pending interrupt flag
    SET_BIT(EXTI->PR, EXTI_PR_PR13);

    // Endless loop
    while (1) {}
}

Event Masken

Ereignisse verwendet man üblicherweise, um die CPU aus aus einem Wait- oder Sleep- Zustand aufzuwecken. So hält zum Beispiel der Befehl __WFE() (aus dem Powermanagement) die CPU bis zum nächsten Ereignis an.

Standardmäßig sind alle Ereignisse maskiert. Man muss im Register EXTI->EMR das entsprechende Bit auf 1 setzen, um ein EXTI Signal als Ereignis zu behandeln.

Taktgeber

Ich habe ziemlich oft gelesen, dass das komplexe System zur Takterzeugung für Anfänger ein großes Hindernis sei. Das sehe ich anders, denn nach einem Reset wird der Mikrocontroller automatisch mit seinem internen 2,097 MHz R/C Oszillator getaktet. Damit kann man schon eine Menge sinnvoller Programme schreiben.

Die Taktsignale für den ARM Kern, sowie RAM und Flash sind automatisch aktiviert. Alle anderen Komponenten muss man ggf. selbst einschalten, was ganz einfach durch Setzen von Bits in den Registern RCC->IOPENR, RCC->APB1ENR, RCC->APB2ENR und RCC->AHBENR erledigt wird.

Jetzt kommt der komplizierte Teil. Der System-Takt (SYSCLK) kann aus folgenden Quellen bezogen werden:

Der MSI Oszillator kann auf folgende Frenquenzen umgestellt werden:

Für Watchog und Echtzeit-Uhr (RTC) sind weitere Quellen vorgesehen:

Mehrere Vorteiler und ein PLL Multiplikator können kombiniert werden, um unterschiedliche Taktfrequenzen zu erreichen. Am besten schaut man sich das mal in Cube MX an. Dort kann man schön sehen, welche Parameter konfigurierbar sind und wie sie zusammen wirken.

Das folgende Bild zeigt die Standardvorgabe vom STM32L073RZ nach einem Reset:

Achtung:

Beispiel für den STM32L073RZ, 32 MHz mit dem internen HSI16 Oszillator: 

// The current clock frequency
uint32_t SystemCoreClock=2097000;

// Change system clock to 32 MHz using internal 16 MHz R/C oscillator
void init_clock() {
    // Because the debugger switches PLL on, we may need to switch
    // back to the HSI oscillator before we can configure the PLL

    // Enable HSI oscillator
    SET_BIT(RCC->CR, RCC_CR_HSION);

    // Wait until HSI oscillator is ready
    while(!READ_BIT(RCC->CR, RCC_CR_HSIRDY)) {}

    // Switch to HSI oscillator
    MODIFY_REG(RCC->CFGR, RCC_CFGR_SW, RCC_CFGR_SW_HSI);

    // Wait until the switch is done
    while ((RCC->CFGR & RCC_CFGR_SWS_Msk) != RCC_CFGR_SWS_HSI) {}

    // Disable the PLL
    CLEAR_BIT(RCC->CR, RCC_CR_PLLON);

    // Wait until the PLL is fully stopped
    while(READ_BIT(RCC->CR, RCC_CR_PLLRDY)) {}
    
    // Flash latency 1 wait state
    SET_BIT(FLASH->ACR, FLASH_ACR_LATENCY);

    // 32 MHz using the 16 MHz HSI oscillator multiply by 4 divide by 2
    RCC->CFGR =  RCC_CFGR_PLLSRC_HSI + RCC_CFGR_PLLMUL4 + RCC_CFGR_PLLDIV2;

    // Enable PLL
    SET_BIT(RCC->CR, RCC_CR_PLLON);

    // Wait until PLL is ready
    while(!READ_BIT(RCC->CR, RCC_CR_PLLRDY)) {}

    // Select PLL as clock source
    MODIFY_REG(RCC->CFGR, RCC_CFGR_SW, RCC_CFGR_SW_PLL);

    // Update variable
    SystemCoreClock=32000000;

    // Switch the MSI oscillator off
    CLEAR_BIT(RCC->CR, RCC_CR_MSION);
}

Die obige Delay Schleife läuft danach allerdings nicht 16x schneller, sondern nur 10x schneller. Der Grund dafür ist, dass der Flash jetzt mit 1 Waitstate betrieben werden muss und der Prefetch-Buffer (der dies ausgleicht) nur direkt aufeinander folgende Befehle optimiert. Bei jeden Rücksprung in der Schleife wird der Prefetch-Buffer geleert.

Durch die Angabe __attribute__((section(".data"))) könnte man Funktionen etwas schneller ohne Waitstate aus dem RAM ausführen, da dieser ohne Waitstates arbeitet.

Beispiel für den STM32L073RZ, 32 MHz mit einem 8 MHz Quarz (HSE Oszillator): 

// The current clock frequency
uint32_t SystemCoreClock=2097000;

// Change system clock to 32 MHz using 8 MHz crystal
void init_clock() {
    // Because the debugger switches PLL on, we may need to switch
    // back to the HSI oscillator before we can configure the PLL

    // Enable HSI oscillator
    SET_BIT(RCC->CR, RCC_CR_HSION);

    // Wait until HSI oscillator is ready
    while(!READ_BIT(RCC->CR, RCC_CR_HSIRDY)) {}

    // Switch to HSI oscillator
    MODIFY_REG(RCC->CFGR, RCC_CFGR_SW, RCC_CFGR_SW_HSI);

    // Wait until the switch is done
    while ((RCC->CFGR & RCC_CFGR_SWS_Msk) != RCC_CFGR_SWS_HSI) {}

    // Disable the PLL
    CLEAR_BIT(RCC->CR, RCC_CR_PLLON);

    // Wait until the PLL is fully stopped
    while(READ_BIT(RCC->CR, RCC_CR_PLLRDY)) {}
    
    // Flash latency 1 wait state
    SET_BIT(FLASH->ACR, FLASH_ACR_LATENCY);

    // Enable HSE oscillator
    SET_BIT(RCC->CR, RCC_CR_HSEON);

    // Wait until HSE oscillator is ready
    while(!READ_BIT(RCC->CR, RCC_CR_HSERDY)) {}

    // 32 MHz using the 8 MHz HSE oscillator multiply by 8 divide by 2
    RCC->CFGR =  RCC_CFGR_PLLSRC_HSE + RCC_CFGR_PLLMUL8 + RCC_CFGR_PLLDIV2;

    // Enable PLL
    SET_BIT(RCC->CR, RCC_CR_PLLON);

    // Wait until PLL is ready
    while(!READ_BIT(RCC->CR, RCC_CR_PLLRDY)) {}

    // Select PLL as clock source
    MODIFY_REG(RCC->CFGR, RCC_CFGR_SW, RCC_CFGR_SW_PLL);

    // Update variable
    SystemCoreClock=32000000;

    // Switch the MSI oscillator off
    CLEAR_BIT(RCC->CR, RCC_CR_MSION);
    
    // Switch the HSI oscillator off
    CLEAR_BIT(RCC->CR, RCC_CR_HSION);
}

Digitale Pins

Generell können alle I/O Pins erst benutzt werden, nachdem man den Port im Register RCC->IOPENR eingeschaltet hat.

Standardmäßig sind fast alle I/O Pins für analoge Eingabe konfiguriert. Im Register GPIOx->MODER konfiguriert man einen Pin als Eingang, Ausgang oder für alternative Funktionen. Für letztere muss man außerdem in GPIOx->AFR[0] oder GPIOx->AFR[1] einstellen, welche alternative Funktion das sein soll (z.B. serieller Port oder PWM Timer). Die alternativen Funktionen sind im Datenblatt unter dem Stichwort "alternate functions port" tabellarisch beschrieben.

Um Eingänge abzufragen liest man das jeweilige GPIOx->IDR Register.

Direkte Schreibzugriffe sind über das Register GPIOx->ODR möglich. Um einzelne Pins atomar auf High oder Low zu schalten, verwendet man jedoch das GPIOx->BSRR Register.

Im Register GPIOx->OTYPER kann man I/O Pins auf den Open-Drain Modus umkonfigurieren und im Register GPIOx->PUPDR kann man optional interne Pull-Up oder Pull-Down Widerstände einschalten.

Im Register GPIOx->OSPEEDR kann man die Geschwindigkeit der Ausgänge in vier Stufen einstellen (Siehe "Input/output AC characteristics" im Datenblatt). Damit beeinflusst man, wie schnell die Spannung von Low nach High und zurück wechselt. Der maximale Laststrom wird dadurch nicht verändert. Im Sinne von elektromagnetischer Verträglichkeit soll man hier immer den niedrigsten Wert einstellen, der zur Anwendung passt.

Schaue Dir die Beschreibung der GPIO Register im Referenzhandbuch an!

Analoge Eingänge

Alle I/O Pins sind standardmäßig für analoge Eingabe konfguriert. Wenn man sie zwischenzeitlich digital verwendet hat, stellt man das so zurück: 

// Configure PA1 as analog input for ADC_IN1
MODIFY_REG(GPIOA->MODER, GPIO_MODER_MODE1, 0b11 << GPIO_MODER_MODE1_Pos);

Initialisierung des ADC1 für einzelne Lesezugriffe: 

void init_analog() {
    // Enable ADC
    SET_BIT(RCC->APB2ENR, RCC_APB2ENR_ADCEN);

    // Disable the ADC
    if (READ_BIT(ADC1->ISR, ADC_ISR_ADRDY)) {
        SET_BIT(ADC1->ISR, ADC_ISR_ADRDY);
    }
    if (READ_BIT(ADC1->CR, ADC_CR_ADEN)) {
        SET_BIT(ADC1->CR, ADC_CR_ADDIS);
    }

    // Wait until ADC is disabled
    while (READ_BIT(ADC1->CR, ADC_CR_ADEN));

    // Enable ADC voltage regulator (this sequence is really necessary)
    CLEAR_BIT(ADC1->CR, ADC_CR_ADVREGEN);
    SET_BIT(ADC1->CR, ADC_CR_ADVREGEN);

    // Delay 1-2 ms
    delay(2);

    // Set low frequency mode (required if ADC clock is < 3,5MHz)
    SET_BIT(ADC->CCR,ADC_CCR_LFMEN);

    // ADC Clock = PCLK/2
    MODIFY_REG(ADC1->CFGR2, ADC_CFGR2_CKMODE, 0b01 << ADC_CFGR2_CKMODE_Pos);

    // Start calibration
    SET_BIT(ADC1->CR, ADC_CR_ADCAL);

    // Wait until the calibration is finished
    while (READ_BIT(ADC1->CR, ADC_CR_ADCAL));

    // Clear the ready flag
    SET_BIT(ADC1->ISR, ADC_ISR_ADRDY);

    // Enable the ADC and wait until is ready
    SET_BIT(ADC1->CR, ADC_CR_ADEN);
    while (!READ_BIT(ADC1->ISR, ADC_ISR_ADRDY));

    // Select software start trigger
    MODIFY_REG(ADC1->CFGR1, ADC_CFGR1_EXTEN, 0b00 << ADC_CFGR1_EXTEN_Pos);

    // Select single conversion mode
    CLEAR_BIT(ADC1->CFGR1, ADC_CFGR1_CONT);

    // Set sample time to 19.5 cycles
    MODIFY_REG(ADC1->SMPR, ADC_SMPR_SMP, 0b100 << ADC_SMPR_SMP_Pos);
}

Lesen eines analogen Eingangs von ADC1: 

// Read from an analog input of ADC1
uint32_t read_analog(uint32_t channel) {   
    // Select the channel
    ADC1->CHSELR = 1UL<<channel;

    // Clear the finish flag
    CLEAR_BIT(ADC1->ISR, ADC_ISR_EOC);

    // Start a conversion
    SET_BIT(ADC1->CR, ADC_CR_ADSTART);

    // Wait until the conversion is finished
    while (!READ_BIT(ADC1->ISR, ADC_ISR_EOC));
    while (READ_BIT(ADC1->CR, ADC_CR_ADSTART));

    // Return the lower 12 bits of the result
    return ADC1->DR & 0b111111111111;
}

Der ADC kann so konfiguriert werden, dass er mehrere Eingänge kontinuierlich liest. Mittels DMA können die Messergebnisse automatisch ins RAM übertragen werden. Dafür habe ich hier kein Beispiel parat.

PWM Ausgänge

Die Timer 2 und 3 können jeweils 4 PWM Signale erzeugen. Damit kann man z.B. die Helligkeit von Lampen oder die Drehzahl von Motoren steuern. Die Timer 21 und 21 haben jeweils zwei PWM Kanäle. Der low-power Timer LPTIM hat nur einen PWM Ausgang.

Alle Timer können mit ihren 16 Bit die Pulsbreite in maximal 65535 Stufen modulieren.

Die Taktfrequenz der Timer wird vom Systemtakt abgeleitet und kann durch den AHB Prescaler, den ABP2 Prescaler (beide im Register RCC->CFGR), sowie dem Timer Prescaler in TIMx->PSC reduziert werden.

Der low-power timer unterstütz als Taktquelle wahlweise LSI, LSE, HSI, HSE und PCKL1 (das ist der Takt vom APB1 Bus).

Der Timer zählt fortlaufend von 0 an hoch bis zum Maximum, welches durch das TIMx->ARR Register festgelegt wird. Wenn der Maximalwert als 50000 festgelegt wird, können die Ausgangsimpulse wahlweise 1 bis 50000 Takte breit sein.

Für jeden Ausgang gibt es ein Vergleichs-Register TIMx->CCRy welches bestimmt, wie breit die Ausgangsimpulse sein sollen. Beim Extremwert 0 ist der Ausgang ständig Low. Bei Werten größer dem Maximum (in TIMx->ARR) ist der Ausgang ständig High. Mit der option "inverse polarity" im Register TIMx->CCER können die Ausgänge umgepolt werden, so dass sie Low-Impulse liefern.

Das folgende Beispielprogramm benutzt einen Ausgang von Timer 2 (PA5), um eine Leuchtdiode unterschiedlich hell leuchten zu lassen: 

#include "stm32l0xx.h"

// delay loop for default 2.097 MHz clock with optimizer enabled
void delay(uint32_t msec) {
    for (uint32_t j=0; j < msec * 419; j++) {
        __NOP ();
    }
}

int main() {
    // Enable port A and timer 2
    SET_BIT(RCC->IOPENR, RCC_IOPENR_GPIOAEN);
    SET_BIT(RCC->APB1ENR, RCC_APB1ENR_TIM2EN);

    // PA5 = TIM2_CH1 alternate function 5 (see data sheet)
    MODIFY_REG(GPIOA->MODER,  GPIO_MODER_MODE5, 0b10 << GPIO_MODER_MODE5_Pos);
    MODIFY_REG(GPIOA->AFR[0], GPIO_AFRL_AFSEL5, 5    << GPIO_AFRL_AFSEL5_Pos);

    // Timer 2 channel 1 compare mode = PWM1 with the required preload buffer enabled
    MODIFY_REG(TIM2->CCMR1, TIM_CCMR1_OC1M, 0b110 << TIM_CCMR1_OC1M_Pos);
    SET_BIT(TIM2->CCMR1, TIM_CCMR1_OC1PE);

    // Timer 2 enable channel 1 output
    SET_BIT(TIM2->CCER, TIM_CCER_CC1E);

    // Timer 2 inverse polarity for channel 1
    // SET_BIT(TIM2->CCER, TIM_CCER_CC1P);

    // Timer 2 clock prescaler, the PCLK2 clock is divided by this value +1.
    TIM2->PSC = 1; // divide clock by 2

    // Timer 2 auto reload register, defines the maximum value of the counter
    TIM2->ARR = 50000; // 2097000/2/50000 = 20 pulses per second

    // Timer 2 enable counter and auto-preload
    SET_BIT(TIM2->CR1, TIM_CR1_CEN + TIM_CR1_ARPE);

    // Start with short pulses / low brightness
    uint32_t pulsewidth = 90;

    // endless loop
    while(1) {
    	TIM2->CCR1 = pulsewidth;
    	delay(500);

    	// increase brightness
    	pulsewidth=pulsewidth*2;

    	// start over when the maximum value has been reached
    	if (pulsewidth > TIM2->ARR) {
    		pulsewidth = 90;
    	}
    }
}

Ich habe hier absichtlich eine sehr niedrige PWM Frequenz gewählt, damit man das Pulsieren der LED sehen kann. In einer realen Anwendung würde man natürich eine höhere PWM Frequenz über 100 Hz wählen.

Ich möchte darauf hinweisen, dass die Timer noch viele weitere Funktionen haben, die ich hier gar nicht alle zeigen kann. Mehr Informationen dazu gibt es zum Beispiel in der Application Note AN4776.

USART Schnittstelle

Je nach Taktfrequenz der Peripherie sind unterschiedliche Baudraten möglich. Beispiele:

Mit der Oversampling Option (OVER8=1) sind doppelt so hohe Baudraten möglich, allerdings ist dann die Berechung des Wertes für das BRR Register komplexer als im folgenden Beispiel.

Die serielle Schnittstelle USART1 liegt auf PA9 (TxD) und PA10 (RxD). Das Beispielprogramm sendet regemäßig "Hello" aus. Außerdem sendet es alle empfangenen Zeichen als Echo wieder zurück. Das Senden findet direkt statt (ggf. mit Warteschleife) während der Empfang interrupt-gesteuert stattfindet: 

#include <stdio.h>
#include "stm32l0xx.h"

uint32_t SystemCoreClock=2097000;

// delay loop for the default 2.097 MHz CPU clock with optimizer enabled
void delay(uint32_t msec) {
    for (uint32_t j=0; j < msec * 419; j++) {
        __NOP();
    }
}

// Use serial port for standard output
int _write(int file, char *ptr, int len) {
    for (int i=0; i<len; i++) {

        // wait until TX buffer is empty
        while(!(USART1->ISR & USART_ISR_TXE));

        // write one character to the transmit data register
        USART1->TDR = *ptr++;
    }
    return len;
}

// Called after each received character
void USART1_IRQHandler() {
    // read the received character
    char received=USART1->RDR;

    // send echo back
    while(!(USART1->ISR & USART_ISR_TXE));
    USART1->TDR = received;
}

int main() {
    // Enable port A and USART1
    SET_BIT(RCC->IOPENR, RCC_IOPENR_GPIOAEN);
    SET_BIT(RCC->APB2ENR, RCC_APB2ENR_USART1EN);

    // PA5 = Output for the LED
    MODIFY_REG(GPIOA->MODER, GPIO_MODER_MODE5, 0b01 << GPIO_MODER_MODE5_Pos);

    // Use system clock for USART1    
    MODIFY_REG(RCC->CCIPR, RCC_CCIPR_USART1SEL, RCC_CCIPR_USART1SEL_0);

    // PA9 (TxD) shall use the alternate function 4 (see data sheet)
    MODIFY_REG(GPIOA->MODER,  GPIO_MODER_MODE9, 0b10 << GPIO_MODER_MODE9_Pos);
    MODIFY_REG(GPIOA->AFR[1], GPIO_AFRH_AFSEL9, 4    << GPIO_AFRH_AFSEL9_Pos);

    // PA10 (RxD) shall use the alternate function 4 (see data sheet)
    MODIFY_REG(GPIOA->MODER,  GPIO_MODER_MODE10, 0b10 << GPIO_MODER_MODE10_Pos);
    MODIFY_REG(GPIOA->AFR[1], GPIO_AFRH_AFSEL10, 4    << GPIO_AFRH_AFSEL10_Pos);

    // Set baudrate
    USART1->BRR = (SystemCoreClock / 2400);

    // Enable transmitter, receiver and receive-interrupt of USART1
    USART1->CR1 = USART_CR1_UE + USART_CR1_TE + USART_CR1_RE + USART_CR1_RXNEIE;

    // Enable interrupt in NVIC
    NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn);

    while (1) {
        // LED on
        GPIOA->BSRR =  GPIO_BSRR_BS_5;
        delay(500);

        puts("Hello");

        // LED off
        GPIOA->BSRR = GPIO_BSRR_BR_5;
        delay(500);
    }
}

Jetzt kommt ein Beispiel für die zweite serielle Schnittstelle. Beim Nucleo-64 Board ist USART2 mit dem ST-Link Adapter verbunden, der diese wiederum über USB an einen virtuellen COM Port weiter leitet:

ST-Link CN3 STM32F1 USART2 Beschreibung
TxD → RxD (=PA3) Daten
RxD ← TxD (=PA2) Daten
GND GND Gemeinsame Masse

Der ST-Link v2.1 unterstützt 600 bis 2000000 Baud. 

#include <stdio.h>
#include "stm32l0xx.h"

uint32_t SystemCoreClock=2097000;

// delay loop for the default 2.097 MHz CPU clock with optimizer enabled
void delay(uint32_t msec) {
    for (uint32_t j=0; j < msec * 419; j++) {
        __NOP();
    }
}

// Use serial port for standard output
int _write(int file, char *ptr, int len) {
    for (int i=0; i<len; i++) {

        // wait until TX buffer is empty
        while(!(USART2->ISR & USART_ISR_TXE));

        // write one character to the transmit data register
        USART2->TDR = *ptr++;
    }
    return len;
}

// Called after each received character
void USART2_IRQHandler() {
    // read the received character
    char received=USART2->RDR;

    // send echo back
    while(!(USART2->ISR & USART_ISR_TXE));
    USART2->TDR = received;
}

int main() {
    // Enable port A and USART2
    SET_BIT(RCC->IOPENR, RCC_IOPENR_GPIOAEN);
    SET_BIT(RCC->APB1ENR, RCC_APB1ENR_USART2EN);

    // PA5 = Output for the LED
    MODIFY_REG(GPIOA->MODER, GPIO_MODER_MODE5, 0b01 << GPIO_MODER_MODE5_Pos);

    // Use system clock for USART2    
    MODIFY_REG(RCC->CCIPR, RCC_CCIPR_USART2SEL, 0b01 << RCC_CCIPR_USART2SEL_Pos);

    // PA2 (TxD) shall use the alternate function 4 (see data sheet)
    MODIFY_REG(GPIOA->MODER,  GPIO_MODER_MODE2, 0b10 << GPIO_MODER_MODE2_Pos);
    MODIFY_REG(GPIOA->AFR[0], GPIO_AFRL_AFSEL2, 4    << GPIO_AFRL_AFSEL2_Pos);

    // PA3 (RxD) shall use the alternate function 4 (see data sheet)
    MODIFY_REG(GPIOA->MODER,  GPIO_MODER_MODE3, 0b10 << GPIO_MODER_MODE3_Pos);
    MODIFY_REG(GPIOA->AFR[0], GPIO_AFRL_AFSEL3, 4    << GPIO_AFRL_AFSEL3_Pos);

    // Set baudrate, assuming that USART2 is clocked with 
    // the same frequency as the CPU core
    USART2->BRR = (SystemCoreClock / 2400);

    // Enable transmitter, receiver and receive-interrupt of USART2
    USART2->CR1 = USART_CR1_UE + USART_CR1_TE + USART_CR1_RE + USART_CR1_RXNEIE;

    // Enable interrupt in NVIC
    NVIC_EnableIRQ(USART2_IRQn);

    while (1) {
        // LED on
        GPIOA->BSRR = GPIO_BSRR_BS_5;
        delay(500);

        puts("Hello");

        // LED off
        GPIOA->BSRR = GPIO_BSRR_BR_5;
        delay(500);
    }
}

I²C Bus

Der I²C Bus ist eine beliebte Schnittstelle für die Anbindung von Peripherie über kurze Leitungen, wie Port-Erweiterungen, Sensoren und Batterie-Management. Siehe Spezifikation von Philips/NXP.

Der Bus besteht aus den beiden Leitungen SDA und SCL. An beide Leitungen gehört jeweils ein Pull-Up Widerstand, typischerweise mit 4,7 kΩ bei 5 V oder 2,7 kΩ bei 3,3 V. Die STM32F3 Mikrocontroller haben bis zu drei I²C Busse, alle unterstützen 3,3 V und 5 V Pegel, aber nur wenige Slaves sind so flexibel. Die Signale durchlaufen interne Filter zur Entstörung.

Bevor man einen I²C Anschluss benutzen kann, muss man bei den betroffenen Pins (SDA und SCL) die alternative Funktion im GPIOx->AFR und GPIOx->MODER einstellen. Außerdem muss der Pin im GPIOx->OTYPER Register auf Open-Drain Modus eingestellt werden. Hier ist ein Beispiel für I²C1 auf einem STM32L073: 

/**
 * Initialize the I/O pins.
 */
init_io() {
    // Enable Port A
    SET_BIT(RCC->IOPENR, RCC_IOPENR_GPIOAEN);

    // PA5 = Output for the LED
    MODIFY_REG(GPIOA->MODER, GPIO_MODER_MODE5, 0b01 << GPIO_MODER_MODE5_Pos);

    // I2C1 PA9=SCL, alternate function 6 open-drain
    MODIFY_REG(GPIOA->MODER,  GPIO_MODER_MODE9, 0b10 << GPIO_MODER_MODE9_Pos);
    MODIFY_REG(GPIOA->AFR[1], GPIO_AFRH_AFSEL9, 6    << GPIO_AFRH_AFSEL9_Pos);
    SET_BIT(GPIOA->OTYPER, GPIO_OTYPER_OT_9);

    // I2C1 PA10=SDA, alternate function 6 open-drain
    MODIFY_REG(GPIOA->MODER,  GPIO_MODER_MODE10, 0b10 << GPIO_MODER_MODE10_Pos);
    MODIFY_REG(GPIOA->AFR[1], GPIO_AFRH_AFSEL10, 6    << GPIO_AFRH_AFSEL10_Pos);
    SET_BIT(GPIOA->OTYPER, GPIO_OTYPER_OT_10);
}

Normalerweise hat man einen zentralen Master, der viele Slaves ansteuert. Jeder Slave hat eine eigene eindeutige 7 Bit Adresse. Innerhalb einer Transaktion kann der Master 0 oder mehr Bytes an den Slave senden und danach 0 oder mehr Bytes vom Slave empfangen. Der folgende Code kann dazu für den Master verwendet werden: 

/**
 * Initialize the I²C interface for master mode.
 *
 * The I/O port mode and alternate function must be configured already.
 * APB1 clock must be at least 2 MHz, all timings are derived from it.
 *
 * @param registerStruct May be either I2C1, I2C2 or I2C3
 * @param fastMode false=100 kHz, true=400 kHz
 * @param apb1_clock clock frequency of APB1 peripherals
 */
void i2c_init(I2C_TypeDef* registerStruct, bool fastMode, uint32_t apb1_clock) {

    // Enable I²C
    #ifdef I2C1
        if (registerStruct==I2C1) {
            SET_BIT(RCC->APB1ENR, RCC_APB1ENR_I2C1EN);
        }
    #endif
    #ifdef I2C2
        if (registerStruct==I2C2) {
            SET_BIT(RCC->APB1ENR, RCC_APB1ENR_I2C2EN);
        }
    #endif
    #ifdef I2C3
        if (registerStruct==I2C3) {
            SET_BIT(RCC->APB1ENR, RCC_APB1ENR_I2C3EN);
        }
    #endif

    // Disable the I²C peripheral
    CLEAR_BIT(registerStruct->CR1, I2C_CR1_PE);

    // Configure timing
    if (fastMode) {
        // I²C clock must be <= 32 MHz otherwise the SCLDEL value would not fit into the register
        uint32_t prescaler=apb1_clock/8000000;
        if (prescaler<1) prescaler=1;
        uint32_t i2c_clock=apb1_clock/prescaler;
        MODIFY_REG(registerStruct->TIMINGR, I2C_TIMINGR_PRESC,  (prescaler-1)         << I2C_TIMINGR_PRESC_Pos);
        MODIFY_REG(registerStruct->TIMINGR, I2C_TIMINGR_SCLL,   (i2c_clock/800000-1)  << I2C_TIMINGR_SCLL_Pos);
        MODIFY_REG(registerStruct->TIMINGR, I2C_TIMINGR_SCLH,   (i2c_clock/2000000-1) << I2C_TIMINGR_SCLH_Pos);
        MODIFY_REG(registerStruct->TIMINGR, I2C_TIMINGR_SDADEL, (i2c_clock/4000000)   << I2C_TIMINGR_SDADEL_Pos); // no -1 on purpose
        MODIFY_REG(registerStruct->TIMINGR, I2C_TIMINGR_SCLDEL, (i2c_clock/2000000-1) << I2C_TIMINGR_SCLDEL_Pos);
    }
    else {
        // I²C clock must be <= 12.8 MHz otherwise the SCLDEL value would not fit into the register
        uint32_t prescaler=apb1_clock/4000000;
        if (prescaler<1) prescaler=1;
        uint32_t i2c_clock=apb1_clock/prescaler;
        MODIFY_REG(registerStruct->TIMINGR, I2C_TIMINGR_PRESC,  (prescaler-1)         << I2C_TIMINGR_PRESC_Pos);
        MODIFY_REG(registerStruct->TIMINGR, I2C_TIMINGR_SCLL,   (i2c_clock/200000-1)  << I2C_TIMINGR_SCLL_Pos);
        MODIFY_REG(registerStruct->TIMINGR, I2C_TIMINGR_SCLH,   (i2c_clock/250000-1)  << I2C_TIMINGR_SCLH_Pos);
        MODIFY_REG(registerStruct->TIMINGR, I2C_TIMINGR_SDADEL, (i2c_clock/2000000)   << I2C_TIMINGR_SDADEL_Pos); // no -1 on purpose
        MODIFY_REG(registerStruct->TIMINGR, I2C_TIMINGR_SCLDEL, (i2c_clock/800000-1)  << I2C_TIMINGR_SCLDEL_Pos);
    }

    // Stop and Restart will be generated by software
    CLEAR_BIT(registerStruct->CR2, I2C_CR2_AUTOEND);

    // Enable the I²C peripheral
    SET_BIT(registerStruct->CR1, I2C_CR1_PE);
}


/**
 * Sub-Function of i2c_communicate.
 * Configures number of data bytes to send or receive in the current block.
 */
void configureBlockSize(I2C_TypeDef* registerStruct, int size) {
    if (size>255) {
        // Set number of bytes to send or receive in this block
        MODIFY_REG(registerStruct->CR2, I2C_CR2_NBYTES, 255 << I2C_CR2_NBYTES_Pos);

        // Prepare to transfer more blocks after this one
        SET_BIT(registerStruct->CR2, I2C_CR2_RELOAD);
    }
    else {
        // Number of bytes to send or receive in the last block
        MODIFY_REG(registerStruct->CR2, I2C_CR2_NBYTES, size << I2C_CR2_NBYTES_Pos);

        // After this block, no more blocks will be transferred
        CLEAR_BIT(registerStruct->CR2, I2C_CR2_RELOAD);
    }
}


/**
 * Perform an I²C transaction, which sends 0 or more data bytes, followed by receiving 0 or more data bytes.
 *
 * @param registerStruct May be either I2C1, I2C2 or I2C3
 * @param slave_addr     7 Bit slave address (will be shifted within this function)
 * @param send_buffer    Points to the buffer that contains the data bytes that shall be sent (may be 0 if not used)
 * @param send_size      Number of bytes to send
 * @param receive_buffer Points to the buffer that will be filled with the received bytes (may be 0 if not used)
 * @param receive_size   Number of bytes to receive
 * @return               Number of received data bytes, or -1 if sending failed
 */
int i2c_communicate(I2C_TypeDef* registerStruct, uint8_t slave_addr,
    void* send_buffer, int send_size, void* receive_buffer, int receive_size) {
    int receive_count=-1;

    // Set slave address (shifted 1 bit to the left)
    MODIFY_REG(registerStruct->CR2, I2C_CR2_SADD, slave_addr << (1+I2C_CR2_SADD_Pos));

    // Send data
    if (send_size>0) {
        // Data direction
        CLEAR_BIT(registerStruct->CR2, I2C_CR2_RD_WRN);

        // Configure size of the first data block to send
        configureBlockSize(registerStruct, send_size);

        // Send start condition
        SET_BIT(registerStruct->CR2, I2C_CR2_START);

        // Send data
        do {
            // Check for error
            if (READ_BIT(registerStruct->ISR, I2C_ISR_NACKF | I2C_ISR_ARLO)) {
                goto error;
            }

            // Send one byte when ready
            if (READ_BIT(registerStruct->ISR, I2C_ISR_TXIS)) {
                registerStruct->TXDR =  *((uint8_t*)send_buffer);
                send_buffer++;
                send_size--;
            }

            // Configure size of next block, if requested
            if (READ_BIT(registerStruct->ISR, I2C_ISR_TCR)) {
                configureBlockSize(registerStruct, send_size);
            }
        }
        // Loop  until the transfer is complete
        while (!READ_BIT(registerStruct->ISR, I2C_ISR_TC));
    }

    // Sending succeeded, start counting the received bytes
    receive_count=0;

    // Receive data
    if (receive_size>0) {
        // Data direction
        SET_BIT(registerStruct->CR2, I2C_CR2_RD_WRN);

        // Configure size of the first data block to receive
        configureBlockSize(registerStruct, receive_size);

        // Send start or restart condition
        SET_BIT(registerStruct->CR2, I2C_CR2_START);

        // Receive data
        do {
            // Check for error
            if (READ_BIT(registerStruct->ISR, I2C_ISR_ARLO)) {
                goto error;
            }

            // Fetch one received bytes when ready
            if (READ_BIT(registerStruct->ISR, I2C_ISR_RXNE)) {
                *((uint8_t*)receive_buffer) = registerStruct->RXDR;
                receive_buffer++;
                receive_count++;
                receive_size--;
            }

            // Configure size of next block, if requested
            if (READ_BIT(registerStruct->ISR, I2C_ISR_TCR)) {
                configureBlockSize(registerStruct, receive_size);
            }
        }
        // Loop  until the transfer is complete
        while (!READ_BIT(registerStruct->ISR, I2C_ISR_TC));
    }

    // Send stop condition
    SET_BIT(registerStruct->CR2, I2C_CR2_STOP);

    return receive_count;

    error:
    // Restart the I²C peripheral
    CLEAR_BIT(registerStruct->CR1, I2C_CR1_PE);
    SET_BIT(registerStruct->CR1, I2C_CR1_PE);
    return receive_count;
}

Die Funktion liefert nach der Übertragung die Anzahl der empfangenen Bytes zurück, oder -1 wenn das Senden fehlschlug. Anwendungsbeispiel: 

int main() {
    init_io();
    i2c_init(I2C1, false, 2097000);

    uint8_t send_buffer[]={0};
    uint8_t receive_buffer[5];
    i2c_communicate(I2C1, 8, send_buffer, 1, receive_buffer, 5);
}

Das obige Beispiel sendet ein Byte {0} an den Slave mit der Adresse 8. Danach werden 5 Bytes vom Slave empfangen, falls er antwortet.

USB Schnittstelle

Die USB Schnittstelle erfordert ein umfangreiches Softwarepaket. Beinahe alle Programmierer binden daher fertige Implementierungen in ihr Programm ein.

Die USB Schnittstelle funktioniert Interrupt-getrieben. Immer wenn die Hardware ein kleines Datenpaket gesendet oder empfangen hat, löst sie einen Interrupt aus. Der Interrupthandler hat die Aufgabe, Anfragen des Host zu beantworten und Nutzdaten mit dem Pufferspeicher auszutauschen. Wenn man den Mikrocontroller beim Debuggen anhält, fällt die USB Schnittstelle sofort aus.

Der Takt für die USB Schnittstelle wird normalerweise vom HSI48 Oszillator bezogen, der sich selbst kalibriert. Es ist kein Quarz nötig. Der APB Bus muss mit mindestens 10 MHz getaktet werden.

Die USB Buchse wird mit PA11 (D-) und PA12 (D+) verbunden. Es ist nicht nötig, den Modus (in, out, alternative) und Typ dieser Pins zu konfigurieren.

Der Chip hat einen internen 1,5k Ω Pull-Up Widerstand an D+, der im Register USB->BCDR Bit 15 (DPPU) eingeschaltet wird. Indem man den Pull-Up Widerstand aus und wieder ein schaltet, kann man den Host Computer dazu bringen, das USB Gerät erneut zu erkennen, ohne das Kabel abstecken zu müssen.

Bitte beachte meinen Hinweis zu CDC Geräten unter Linux, er erspart dir womöglich eine langwierige Fehlersuche.

Virtueller COM Port mit Cube HAL

Mit Cube MX kann man sich ein Projekt mit USB Unterstützung zusammen klicken. Das geht so:

Um Text vom Mikrocontroller an den PC zu senden, füge im Quelltext von main.c folgendes zwischen die "USER CODE" Markierungen ein: 

/* USER CODE BEGIN Includes */

#include "usbd_cdc_if.h" 

/* USER CODE END Includes */

...

  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1) {
  /* USER CODE END WHILE */

  /* USER CODE BEGIN 3 */

        // LED On
        HAL_GPIO_WritePin(LED_GPIO_Port,LED_Pin,GPIO_PIN_SET);
        HAL_Delay(500);

        // LED Off
        HAL_GPIO_WritePin(LED_GPIO_Port,LED_Pin,GPIO_PIN_RESET);
        HAL_Delay(500);

        // Send data
        char msg[]="Hallo!\n";
        CDC_Transmit_FS( (uint8_t*) msg, strlen(msg));

  }
  /* USER CODE END 3 */

Das Programm belegt etwa 20 KiB Flash und 5 KiB RAM. Davon dienen jeweils 1 KiB als Sendepuffer und Empfangspuffer (kann man ändern). Die Ausgabe kann man mit einem Terminal-Programm anzeigen, indem man damit den virtuellen COM Port (VCP) öffnet. Die Baudrate wird igoriert. Unter Linux geht es auch ganz simpel mit dem Befehl cat /dev/ttyACM0.

Damit die Ausgabefunktionen der Standard C Library (z.B. printf, puts, putchar) auf USB geleitet werden, kannst du folgende Funktion implementieren: 

#include <stdio.h>

// Use the USB port for standard output
int _write(int file, char *ptr, int len) {
    CDC_Transmit_FS( (uint8_t*) ptr, len);
    return len;
}

Virtueller COM Port ohne Cube HAL

Die USB CDC Implementierung in STM32L073_usb_test.zip stammt aus dem mikrocontroller.net Forum. Sie wurde ursprünglich vom Benutzer W.S. lizenzfrei veröffentlicht und dann von mehreren Mitgliedern verbessert. Der Quelltext ist sehr kompakt - nur zwei Dateien ohne weitere Abhängigkeiten. Das Programm belegt nur 4 KiB Flash und 600 Bytes RAM. Davon dienen jeweils 256 Byte als Sendepuffer und Empfangspuffer (kann man ändern).

Das Projekt wurde mit der STM32 Cube IDE für das Nucleo-L073RZ Board erstellt. Ich gehe davon aus, daß der Code nach kleinen Anpassungen auf STM32L0x2, STM32L0x3, STM32F0x2 und STM32F0x8 Modellen läuft.

Das folgende Programm lässt die LED an PA5 jede Sekunde aufblitzen und sendet dabei "Hello World!" über USB an den angeschlossenen Computer: 

#include "stm32l0xx.h"
#include "usb.h"

// The current clock frequency
uint32_t SystemCoreClock=2097000;

// Counts milliseconds
volatile uint32_t systick_count=0;

// Interrupt handler
void SysTick_Handler() {
    systick_count++;
}

// Delay some milliseconds
// Note that effective time may be up to 1ms shorter than requested.
void delay(int ms) {
    uint32_t start=systick_count;
    while (systick_count-start<ms);
}

// Change system clock to 32 MHz using internal 16 MHz R/C oscillator
void init_clock() {
    // Because the debugger switches PLL on, we may need to switch
    // back to the HSI oscillator before we can configure the PLL

    // Enable HSI oscillator
    SET_BIT(RCC->CR, RCC_CR_HSION);

    // Wait until HSI oscillator is ready
    while(!READ_BIT(RCC->CR, RCC_CR_HSIRDY)) {}

    // Switch to HSI oscillator
    MODIFY_REG(RCC->CFGR, RCC_CFGR_SW, RCC_CFGR_SW_HSI);

    // Wait until the switch is done
    while ((RCC->CFGR & RCC_CFGR_SWS_Msk) != RCC_CFGR_SWS_HSI) {}

    // Disable the PLL
    CLEAR_BIT(RCC->CR, RCC_CR_PLLON);

    // Wait until the PLL is fully stopped
    while(READ_BIT(RCC->CR, RCC_CR_PLLRDY)) {}

    // Flash latency 1 wait state
    SET_BIT(FLASH->ACR, FLASH_ACR_LATENCY);

    // 32 MHz using the 16 MHz HSI oscillator multiply by 4 divide by 2
    RCC->CFGR = RCC_CFGR_PLLSRC_HSI + RCC_CFGR_PLLMUL4 + RCC_CFGR_PLLDIV2;

    // Switch the PLL on
    SET_BIT(RCC->CR, RCC_CR_PLLON);

    // Wait until the PLL is ready
    while(!READ_BIT(RCC->CR, RCC_CR_PLLRDY)) {}

    // Select the PLL as clock source
    MODIFY_REG(RCC->CFGR, RCC_CFGR_SW, RCC_CFGR_SW_PLL);

    // Update variable
    SystemCoreClock=32000000;

    // Switch the voltage reference for the HSI48 oscillator on
    SET_BIT(RCC->APB2ENR, RCC_APB2ENR_SYSCFGEN);
    SET_BIT(SYSCFG->CFGR3, SYSCFG_CFGR3_ENREF_HSI48);
    
    // Wait until the voltage reference is ready
    while(!READ_BIT(SYSCFG->CFGR3, SYSCFG_CFGR3_VREFINT_RDYF)) {}

    // Switch the HSI48 oscillator on
    SET_BIT(RCC->CRRCR, RCC_CRRCR_HSI48ON);

    // Wait until the HSI48 oscillator is ready
    while(!READ_BIT(RCC->CRRCR, RCC_CRRCR_HSI48RDY)) {}

    // Select the HSI48 oscillator as clock source for USB
    SET_BIT(RCC->CCIPR, RCC_CCIPR_HSI48SEL);
}

void init_io() {
    // Enable Port A
    SET_BIT(RCC->IOPENR, RCC_IOPENR_GPIOAEN);

    // PA5 = Output
    MODIFY_REG(GPIOA->MODER, GPIO_MODER_MODE5, 0b01 << GPIO_MODER_MODE5_Pos);

    // Enable USB
    SET_BIT(RCC->APB1ENR, RCC_APB1ENR_USBEN);
    
    // Enable the internal Pull-Up resistor for USB
    SET_BIT(USB->BCDR, USB_BCDR_DPPU);
}

int main() {
    init_clock();
    init_io();
    UsbSetup();

    // Initialize system timer
    SysTick_Config(SystemCoreClock/1000);

    while (1) {
        // LED On (High)
        GPIOA->BSRR = GPIO_BSRR_BS_5;
        delay(100);

        UsbSendStr("Hello World!\n",10);

        // LED Off (Low)
        GPIOA->BSRR = GPIO_BSRR_BR_5;
        delay(900);
    }
}

Die Ausgabe kann man mit einem Terminal-Programm anzeigen, indem man damit den virtuellen COM Port (VCP) öffnet. Die Baudrate wird igoriert. Unter Linux geht es auch ganz simpel mit dem Befehl cat /dev/ttyACM0.

Nach der Initialisierung mittels UsbSetup() wird die Funktion UsbSendStr() benutzt, um Zeichenketten zu senden. UsbSetup setzt voraus, dass der Takt bereits korrekt konfiguriert ist. Die entsprechenden Zeilen habe ich oben fett hervorgehoben. Schaue für weitere Funktionen in die Datei usb.h.

Damit die Ausgabefunktionen der Standard C Library (z.B. printf, puts, putchar) auf USB geleitet werden, kannst du folgende Funktion implementieren: 

#include <stdio.h>

// Use the USB port for standard output
int _write(int file, char *ptr, int len) {
    return UsbSendBytes(ptr, len, 10);
}

Für fortgeschrittene Programmierer hat Niklas Gürtler das USB-Tutorial mit STM32 im mikrocontroller.net Forum geschrieben. Er beschreibt dort detailliert, wie die USB Schnittstelle funktioniert.

Echtzeituhr

Die RTC besteht aus einem 32 kHz Quarz-Oszillator und einer Reihe verketteter Zähler, um auf Sekunden, Minuten, Stunden, Tage, Monate und Jahre zu kommen. Der Oszillator von der RTC läuft schon ohne Kalibrierung wesentlich geauer, als der Haupt-Quarz.

Zwei Alarm-Zeiten sind programmierbar und die Uhr kann sich den Zeitstempel von einem Ereignis merken.

Nach einem Stromausfall ohne bzw. mit leerer Batterie werden die Zähler automatisch auf 0 gesetzt und die Uhr angehalten.

Neben der Uhr enthält die batteriegepufferte Einheit 5 so genannte "Backup Register", wo man 16 Bit Werte speichern kann.

Der LSE Oszillator nutzt nur sehr wenig Energie und ist daher bei falscher Beschaltung störanfällig. Die Leitungen zum sorgfältig ausgewählten Quarz sollen so kurz wie möglich sein und die Kapazitäten müssen genau berechnet werden.

Der Anschluss PC13 wird ebenfalls durch den Low-Power Schaltkreis der RTC versorgt, also auch durch die Backup Batterie. Er soll daher nur mit niedriger Frequenz geschaltet werden und bei High Pegel nicht belastet werden.

Die Application Note AN4759 beschreibt, wie man die RTC benutzt. Wenn der Systemtakt geringer ist als 230 kHz, dann muss man die Verwendung der Schatten-Register deaktivieren. In den folgenden Beispielen gehe ich davon aus, dass der Systemtak hoch genug ist.

RTC starten

Nach einem Stromausfall ist die Uhr zunächst gestoppt. Man kann sie per Software so starten: 

void initRtc() {
    // Enable the power interface
    SET_BIT(RCC->APB1ENR, RCC_APB1ENR_PWREN);

    // Enable access to the backup domain
    SET_BIT(PWR->CR, PWR_CR_DBP);

    // Enable LSE oscillator with medium driver power
    MODIFY_REG(RCC->CSR, RCC_CSR_LSEDRV, 0b10 << RCC_CSR_LSEDRV_Pos);
    SET_BIT(RCC->CSR, RCC_CSR_LSEON);

    // Wait until LSE oscillator is ready
    while(!READ_BIT(RCC->CSR, RCC_CSR_LSERDY)) {}

    // Select LSE as clock source for the RTC
    MODIFY_REG(RCC->CSR, RCC_CSR_RTCSEL, RCC_CSR_RTCSEL_LSE);

    // Enable the RTC
    SET_BIT(RCC->CSR, RCC_CSR_RTCEN);
}

Aufwachen

Nachdem die RTC gestartet ist, kann man sie benutzen, um regelmäßige Unterbrechungen zu erzeugen. Diese wiederum können verwendet werden, um den Mikrocontroller aus Sleep, Stop und Standby Zuständen auf zu wecken.

Im folgenden Anwendungsbeispiel für das Nucleo-L073RZ Board wird die schlafende CPU jede Sekunde aufgeweckt: 

#include "stm32l0xx.h"
#include <stdio.h>

uint32_t SystemCoreClock=2097000;

// Use the serial port for standard output
int _write(int file, char *ptr, int len) {
    for (int i=0; i<len; i++) {
        while(!(USART2->ISR & USART_ISR_TXE));
        USART2->TDR = *ptr++;
    }
    return len;
}

void init_io() {
    // Enable Port A
    SET_BIT(RCC->IOPENR, RCC_IOPENR_GPIOAEN);

    // PA5 = Output for the LED
    MODIFY_REG(GPIOA->MODER, GPIO_MODER_MODE5, 0b01 << GPIO_MODER_MODE5_Pos);

    // PA2 (TxD) shall use the alternate function 4 (see data sheet)
    MODIFY_REG(GPIOA->MODER,  GPIO_MODER_MODE2, 0b10 << GPIO_MODER_MODE2_Pos);
    MODIFY_REG(GPIOA->AFR[0], GPIO_AFRL_AFSEL2, 4U   << GPIO_AFRL_AFSEL2_Pos);
}

void initSerial() {
    // Use system clock for USART2
    SET_BIT(RCC->APB1ENR, RCC_APB1ENR_USART2EN);
    MODIFY_REG(RCC->CCIPR, RCC_CCIPR_USART2SEL, 0b01 << RCC_CCIPR_USART2SEL_Pos);

    // Set baudrate
    USART2->BRR = (SystemCoreClock / 2400);

    // Enable transmitter of USART2
    USART2->CR1 = USART_CR1_UE + USART_CR1_TE + USART_CR1_RE + USART_CR1_RXNEIE;
}

void initRtc() {
    // Enable the power interface
    SET_BIT(RCC->APB1ENR, RCC_APB1ENR_PWREN);

    // Enable access to the backup domain
    SET_BIT(PWR->CR, PWR_CR_DBP);

    // Enable LSE oscillator with medium driver power
    MODIFY_REG(RCC->CSR, RCC_CSR_LSEDRV, 0b10 << RCC_CSR_LSEDRV_Pos);
    SET_BIT(RCC->CSR, RCC_CSR_LSEON);

    // Wait until LSE oscillator is ready
    while(!READ_BIT(RCC->CSR, RCC_CSR_LSERDY)) {}

    // Select LSE as clock source for the RTC
    MODIFY_REG(RCC->CSR, RCC_CSR_RTCSEL, RCC_CSR_RTCSEL_LSE);

    // Enable the RTC
    SET_BIT(RCC->CSR, RCC_CSR_RTCEN);
}

void initWakeup() {
    // Unlock the write protection
    RTC->WPR = 0xCA;
    RTC->WPR = 0x53;

    // Stop the wakeup timer to allow configuration update
    CLEAR_BIT(RTC->CR, RTC_CR_WUTE);

    // Wait until the wakeup timer is ready for configuration update
    while (!READ_BIT(RTC->ISR, RTC_ISR_WUTWF)) {};

    // Clock source of the wakeup timer is 1 Hz
    MODIFY_REG(RTC->CR, RTC_CR_WUCKSEL, 0b100 << RTC_CR_WUCKSEL_Pos);

    // The wakeup period is 0+1 clock pulses
    RTC->WUTR = 0;

    // Enable the wakeup timer with interrupts
    SET_BIT(RTC->CR, RTC_CR_WUTE + RTC_CR_WUTIE);

    // Switch the write protection back on
    RTC->WPR = 0xFF;

    // Enable EXTI20 interrupt on rising edge
    SET_BIT(EXTI->IMR, EXTI_IMR_IM20);
    SET_BIT(EXTI->RTSR, EXTI_RTSR_TR20);
    NVIC_EnableIRQ(RTC_IRQn);

    // Clear (old) pending interrupt flag
    CLEAR_BIT(RTC->ISR, RTC_ISR_WUTF);  // Clear in RTC
    SET_BIT(EXTI->PR, EXTI_PR_PR20);    // Clear in EXTI
}

void RTC_IRQHandler() {
    // Clear interrupt flag
    CLEAR_BIT(RTC->ISR, RTC_ISR_WUTF);  // Clear in RTC
    SET_BIT(EXTI->PR, EXTI_PR_PR20);    // Clear in EXTI, it is important that this is not the last command in the ISR

    // Toggle LED
    GPIOA->ODR ^= GPIO_ODR_OD5;
}


int main() {
    // Give the debugger time to connect
    delay(5000);

    init_io();
    initRtc();
    initWakeup();
    initSerial();

    while(1) {
        puts("Hello");

        // Enter sleep mode
        __WFI(); 
    }
}

⭐ Da dein Programm die CPU schlafen legt, empfiehlt sich ein 5s Delay ganz am Anfang der main() Funktion. Der Debugger bekommt dadurch genug Zeit, sich vorher zu verbinden. Wenn du einen Debugger ohne Reset-Leitung verwendest, musst du den Reset-Taster drücken, um die CPU aufzuwecken.

⚠️ Der Name des Interrupt-Handlers und die Kanal Nummer (hier 20) variieren je nach STM32 Modell. Schaue dazu in die Datei startup_stm32.s und in das Referenzhandbuch Tabelle "EXTI lines connections".

RTC Lesen

Man kann die Uhrzeit und das Datum direkt aus den entsprechenden Registern auslesen. Die Hardware verwendet dabei Schatten-Register, die automatisch mit der langsamen RTC synchronisiert werden.

Das folgende Beispiel baut auf dem vorherigen Beispiel auf: 

int main() {
    // Give the debugger time to connect
    delay(5000);
    
    init_io();
    initRtc();
    initWakeup();
    initSerial();

    while(1) {
        // Extract digits from the RTC time register
        uint8_t ht= (RTC->TR & RTC_TR_HT)  >> RTC_TR_HT_Pos;
        uint8_t hu= (RTC->TR & RTC_TR_HU)  >> RTC_TR_HU_Pos;
        uint8_t mnt=(RTC->TR & RTC_TR_MNT) >> RTC_TR_MNT_Pos;
        uint8_t mnu=(RTC->TR & RTC_TR_MNU) >> RTC_TR_MNU_Pos;
        uint8_t st= (RTC->TR & RTC_TR_ST)  >> RTC_TR_ST_Pos;
        uint8_t su= (RTC->TR & RTC_TR_SU)  >> RTC_TR_SU_Pos;

        // Print the time
        printf("Time: %d%d:%d%d:%d%d\n", ht,hu, mnt,mnu, st,su);

        // Extract digits from the RTC date register
        uint8_t yt= (RTC->DR & RTC_DR_YT) >> RTC_DR_YT_Pos;
        uint8_t yu= (RTC->DR & RTC_DR_YU) >> RTC_DR_YU_Pos;
        uint8_t mt= (RTC->DR & RTC_DR_MT) >> RTC_DR_MT_Pos;
        uint8_t mu= (RTC->DR & RTC_DR_MU) >> RTC_DR_MU_Pos;
        uint8_t dt= (RTC->DR & RTC_DR_DT) >> RTC_DR_DT_Pos;
        uint8_t du= (RTC->DR & RTC_DR_DU) >> RTC_DR_DU_Pos;

        // Print the date
        printf("Date: %d%d-%d%d-%d%d\n", yt,yu, mt,mu, dt,du);

        // Enter sleep mode
        __WFI();
    }
}

Im Control Register RTC->CR kann man die Anzeige der Zeit beeinflussen:

RTC Beschreiben

Datum, Uhrzeit und einige Bits im Control Register sind ziemlich gut gegen versehentliche Änderungen geschützt. Sie lassen sich nur im sogenannten Initialisierungs-Modus beschreiben, wenn der Schreibgeschutz aufgehoben wurde.

Man darf die reservierten Bits nicht verändern. Außerdem muss man nach jedem Schreibzugriff eine Synchronisation der Schatten-Register auslösen und abwarten. Deswegen ist es gut alle Bits im RTC->TR bzw. RTC->DR Register gleichzeitig zu setzen.

Die folgende Prozedur ändert Datum und Uhrzeit unter Berücksichtigung der obigen Aspekte: 

/**
 * Write digits to the RTC time register in 24h format.
 * @param ht tens of hour
 * @param hu ones of hour
 * @param mt tens of minute
 * @param mu ones of minute
 * @param st tens of second
 * @param su ones of second
 */
void RTC_write_time(uint8_t ht, uint8_t hu, uint8_t mt, uint8_t mnu, uint8_t st, uint8_t su) {
    // Calculate the new value for the time register
    uint32_t tmp = RTC->TR;
    tmp &= ~(RTC_TR_HT+RTC_TR_HU+RTC_TR_MNT+RTC_TR_MNU+RTC_TR_ST+RTC_TR_SU+RTC_TR_PM); // Keep only the reserved bits
    tmp += (uint32_t) ht << RTC_TR_HT_Pos;
    tmp += (uint32_t) hu << RTC_TR_HU_Pos;
    tmp += (uint32_t) mt << RTC_TR_MNT_Pos;
    tmp += (uint32_t) mu << RTC_TR_MNU_Pos;
    tmp += (uint32_t) st << RTC_TR_ST_Pos;
    tmp += (uint32_t) su << RTC_TR_SU_Pos;

    // Unlock the write protection
    RTC->WPR = 0xCA;
    RTC->WPR = 0x53;

    // Enter initialization mode
    SET_BIT(RTC->ISR, RTC_ISR_INIT);

    // Wait until the initialization mode is active
    while (!READ_BIT(RTC->ISR, RTC_ISR_INITF)) {};

    // The 24h format is already the default
    // CLEAR_BIT(RTC->CR, RTC_CR_FMT);

    // Update the time register
    RTC->TR = tmp;

    // Leave the initialization mode
    CLEAR_BIT(RTC->ISR, RTC_ISR_INIT);

    // Trigger a synchronization of the shadow registers
    CLEAR_BIT(RTC->ISR, RTC_ISR_RSF);

    // Wait until the shadow registers are synchronized
    while (!READ_BIT(RTC->ISR, RTC_ISR_RSF)) {};

    // Switch the write protection back on
    RTC->WPR = 0xFF;
}

/**
 * Write digits to the RTC date register.
 * @param yt tens of year
 * @param yu ones of year
 * @param mt tens of month
 * @param mu ones of month
 * @param dt tens of day
 * @param du ones of day
 * @param wdu week day (1-7)
 */
void RTC_write_date(uint8_t yt, uint8_t yu, uint8_t mt, uint8_t mu, uint8_t dt, uint8_t du, uint8_t wdu) {
    // Calculate the new value for the date register
    uint32_t tmp = RTC->DR;
    tmp &= ~(RTC_DR_YT+RTC_DR_YU+RTC_DR_MT+RTC_DR_MU+RTC_DR_DT+RTC_DR_DU+RTC_DR_WDU); // Keep only the reserved bits
    tmp += (uint32_t) yt << RTC_DR_YT_Pos;
    tmp += (uint32_t) yu << RTC_DR_YU_Pos;
    tmp += (uint32_t) mt << RTC_DR_MT_Pos;
    tmp += (uint32_t) mu << RTC_DR_MU_Pos;
    tmp += (uint32_t) dt << RTC_DR_DT_Pos;
    tmp += (uint32_t) du << RTC_DR_DU_Pos;
    tmp += (uint32_t) wdu << RTC_DR_WDU_Pos;

    // Unlock the write protection
    RTC->WPR = 0xCA;
    RTC->WPR = 0x53;

    // Enter initialization mode
    SET_BIT(RTC->ISR, RTC_ISR_INIT);

    // Wait until the initialization mode is active
    while (!READ_BIT(RTC->ISR, RTC_ISR_INITF)) {};

    // Update the time register
    RTC->DR = tmp;

    // Leave the initialization mode
    CLEAR_BIT(RTC->ISR, RTC_ISR_INIT);

    // Trigger a synchronization of the shadow registers
    CLEAR_BIT(RTC->ISR, RTC_ISR_RSF);

    // Wait until the shadow registers are synchronized
    while (!READ_BIT(RTC->ISR, RTC_ISR_RSF)) {};

    // Switch the write protection back on
    RTC->WPR = 0xFF;
}


int main() {
    initRtc();
    ...

    // Change the time to 18:33:45
    RTC_write_time(1,8, 3,3, 4,5);

    // Change the date to 19-03-25 (25th March 2019), 1=monday
    RTC_write_date(1,9, 0,3, 2,5, 1);

    ...
}

RTC kalibrieren

Die RTC erreicht normalerweise ohne Kalibrierung eine Abweichung von maximal zwei Sekunden pro Tag. Durch Kalibrierung kann man die Genauigkeit weiter verbessern. Sollte deine Uhr ohne Kalibrierung um mehr als 5 Sekunden pro Tag abweichen, liegt mit Sicherheit ein Hardwarefehler vor.

Um die Uhr ohne teure Messinstrumente grob zu kalibrieren lässt man sie einige Tage lang laufen und ermittelt dabei ihre Abweichung von der soll-Geschwindigkeit durch Vergleich mit einem präzisen Zeitserver.

Das RTC->CALR Register kann erst nach Deaktivierung des Schreibschutzes verändert werden. Wenn die Uhr zu langsam läuft, setzt man das Bit CALP, um die Uhr genau 42,206 Sekunden pro Tag zu beschleunigen. Dann reduziert man ihre Geschwindigkeit durch den Wert in den CALM Bits. Jede Stufe dort entspricht 0,0824 Sekunden pro Tag.

Wenn die Uhr zum Beispiel 4 Sekunden pro Tag zu langsam wäre, ergäbe sich folgende Rechnung: 

Abweichung:                  4,000 Sekunden
CALP:                      -42,206 Sekunden    (setze RTC->CALR.CALP auf 1)
CALM:     464 * 0,0824 =   +38,234 Sekunden    (setze RTC->CALR.CALM auf 464)
===========================================
Summe:                       0,028 Sekunden
Es bleibt eine Ungenauigkeit von 0,028 Sekunden pro Tag übrig.

Arduino

Mit dem Arduino Framework ist das Programmieren einfach, aber die Programme sind größer, langsamer, und man kann nicht alle Funktionen des Chips ausnutzen. Andererseits hindert die IDE niemanden daran, am Framework vorbei zu programieren. Ein großer Vorteil ist die Verfügbarkeit zahlreicher Bibliotheken. Falls du Arduino mit STM32 ausprobieren möchtest, kannst du so anfangen:

Damit hast du Zugriff auf das Arduino Framework, sowie die CMSIS und HAL Bibliotheken von ST.

Links zur Dokumentation von ST und zur Dokumentation von Arduino.

Serielle Ports in Arduino

In der Board-Konfiguration legt man fest, ob das generische "Serial" Objekt angelegt werden soll: Für die übrigen seriellen Ports muss man Instanzen von HardwareSerial anlegen. Kopiervorlage: 
HardwareSerial Serial1(PA10,PA9);
HardwareSerial Serial2(PA3,PA2);
HardwareSerial Serial4(PC11,PC10);
HardwareSerial Serial5(PB4,PB3);
HardwareSerial SerialLP1(PB11,PB10);

void setup() {
    Serial1.begin(115200); 
    Serial2.begin(115200); 
    Serial4.begin(115200);
    Serial5.begin(115200);
    SerialLP1.begin(9600);
}
Die STM32L0 unterstützen je nach Modell unterschiedliche alternative Pin-Zuordnungen. Siehe Datenblatt Kapitel "Pin descriptions".

Virtueller COM Port in Arduino

Der virtuelle COM Port über USB (CDC generic serial) ist integraler Bestandteil von STM32duino, deswegen ist er sehr einfach zu programmieren. Die Einstellung der Baudrate kann entfallen, weil sie keine Rolle spielt. Ein kompletter Beispiel-Sketch: 

void setup() {
    // PA5 is connected to the status LED
    pinMode(PA5, OUTPUT);
}

void loop() {
    digitalWrite(PA5, LOW);
    Serial.println("Tick");
    delay(500);

    digitalWrite(PA5, HIGH);
    Serial.println("Tack");
    delay(500);
}

Die Ausgabe kann man mit dem seriellen Monitor oder einem Terminal-Programm anzeigen, indem man damit den virtuellen COM Port (VCP) öffnet. Die Baudrate wird ignoriert. Im Terminalprogramm muss das DTR Signal eingeschaltet sein (deswegen geht es hier nicht einfach mit dem cat Befehl). Wenn der PC die Zeichen nicht abholt, wird nach ein paar Sekunden der Puffer voll, und dann bleibt der Mikrocontroller in einer Warteschleife hängen (die LED hört auf zu blinken).

STM32 Anleitungen