KAmod STM32H503 (PL): Difference between revisions

Latest revision as of 10:48, 20 August 2026

Opis

KAmod STM32H503 - Płytka ewaluacyjna z mikrokontrolerem STM32H503CBU6 Cortex-M33

KAmod STM32H503 jest niewielką płytką ewaluacyjną z mikrokontrolerem STM32H503CBU6. Moduł zawiera elementy niezbędne do uruchomienia mikrokontrolera, rezonatory kwarcowe 8 MHz i 32,768 kHz, złącze USB-C, stabilizator 3,3 V oraz przyciski i diody LED. Na płytce przewidziano również nieobsadzone miejsce na opcjonalną pamięć SPI NOR Flash do samodzielnego wlutowania.

Złącze USB-C może służyć do zasilania, komunikacji USB 2.0 Full Speed oraz programowania mikrokontrolera przez fabryczny bootloader USB DFU. Interfejs SWD wyprowadzono na osobne złącze. Pozostałe sygnały mikrokontrolera są dostępne na dwóch listwach po 20 styków, o rastrze 2,54 mm.

Podstawowe parametry

mikrokontroler STM32H503CBU6 w obudowie UFQFPN48:
- rdzeń Arm Cortex-M33 z FPU i instrukcjami DSP, taktowany do 250 MHz,
- 128 kB pamięci Flash z ECC,
- 32 kB pamięci SRAM z ECC oraz 2 kB podtrzymywanej pamięci SRAM,
- 8 kB pamięci podręcznej instrukcji,
- 12-bitowy ADC, dwukanałowy 12-bitowy DAC, komparator i wzmacniacz operacyjny,
- timery 16- i 32-bitowe, RTC, dwa układy watchdog,
- interfejsy I2C/I3C, USART/LPUART, SPI/I2S, FDCAN oraz USB 2.0 Full Speed,
precyzyjny rezonator kwarcowy 8 MHz dla zegara głównego,
rezonator 32,768 kHz dla RTC,
możliwość dołączenia baterii podtrzymującej RTC,
nieobsadzone miejsce U3 na opcjonalną pamięć SPI NOR Flash; W25Q16JV 16 Mbit (2 MB) jest przykładem zgodnego układu,
złącze USB-C pracujące w trybie urządzenia,
stabilizator 3,3 V MIC5504 o maksymalnym prądzie wyjściowym 300 mA,
33 sygnały GPIO dostępne na złączach P1, P2 i P3; część z nich jest współdzielona z układami płytki,
złącze programowania i debugowania SWD,
przyciski USER, BOOT i RST,
dioda zasilania oraz dioda LED sterowana przez PC13,
złącza P1 i P2: po 20 styków, raster 2,54 mm,
złącze SWD P3: 4 styki, raster 2,54 mm,
wymiary płytki: 53 × 20,75 mm.

Wyposażenie standardowe

Komponent	Opis
KAmod STM32H503	Zmontowany i uruchomiony moduł 2 x prosta listwa goldpin 20-pin raster 2,54 mm 1 x kątowa listwa goldpin 4-pin raster 2,54 mm

Schemat elektryczny

Zasilanie

Złącze	Styki	Funkcja
USB-C (J1)	VBUS, GND	Doprowadzenie napięcia 5 V ze źródła USB
P1	1:`+5V`, 2:`GND`, 3:`+3.3V`	Zasilanie płytki lub dostęp do linii zasilających
P2	17:`GND`, 18:`+5V`, 19:`GND`, 20:`+3.3V`	Zasilanie płytki lub dostęp do linii zasilających
P1	20:`VB`	Wejście baterii podtrzymującej domenę VBAT i RTC

Optymalnym sposobem zasilania płytki KAmod STM32H503 jest podłączenie do interfejsu USB poprzez złącze USB-C. Napięcie ze złącza USB-C (VBUS) przechodzi przez diodę Schottky'ego D4 na linię +5V. Innym sposobem zasilania płytki jest doprowadzenie stabilizowanego napięcia 5 V bezpośrednio do styku +5V jednego ze złączy P1 lub P2, oraz masę do styku GND. Napięcie zasilające musi mieścić się w przedziale 4,5…5,5 V. Dioda D4 ogranicza możliwość przepływu prądu z płytki do złącza USB.

Stabilizowane napięcie 3,3 V jest otrzymywane ze stabilizatora MIC5504 i jest dostępne na stykach +3.3V przede wszystkim jako wyjście zasilające dla dołączanych układów. Czerwona dioda D3 sygnalizuje obecność napięcia 3,3 V. Maksymalna wydajność tego źródła to 300 mA, ale część tej puli pobiera mikrokontroler i pozostałe elementy modułu. Po zamontowaniu opcjonalnej pamięci Flash należy uwzględnić również pobierany przez nią prąd.

Zasilanie RTC

Wejście VB na styku 20 złącza P1 jest przeznaczone do dołączenia dodatniego bieguna baterii podtrzymującej RTC; biegun ujemny należy połączyć z GND. Układ D1 automatycznie zasila domenę VBAT z linii 3,3 V podczas normalnej pracy, a po zaniku głównego zasilania przełącza ją na baterię. Napięcie na pinie VBAT mikrokontrolera musi mieścić się w zakresie określonym w jego karcie katalogowej (1,2...3,6 V). Należy uwzględnić spadek napięcia na diodzie Schottky'ego D1; typowym wyborem jest bateria litowa 3 V.

Zworka SB1

Otwarta fabrycznie zworka lutowana SB1 jest połączona równolegle do diody D4. Jej zwarcie omija spadek napięcia na diodzie, ale usuwa zabezpieczenie przed przepływem prądu z linii +5V do VBUS złącza USB. W typowym zastosowaniu SB1 powinna pozostać otwarta. Nie należy zwierać SB1, gdy płytka może być jednocześnie zasilana z USB i ze złącza P1 lub P2.

Interfejs USB

Złącze	Funkcja
USB-C (J1)	Zasilanie 5 V, USB 2.0 Full Speed Device, fabryczny bootloader USB DFU

Mikrokontroler ma zintegrowany kontroler USB 2.0 Full Speed. Linie złącza są połączone bezpośrednio z wyprowadzeniami:

PA11 — USB DM
PA12 — USB DP

Te same sygnały są dostępne odpowiednio na stykach 8 i 9 złącza P2. Gdy używany jest interfejs USB, nie należy obciążać tych styków innymi układami. Rezystory 5,1 kΩ na liniach CC konfigurują złącze USB-C jako urządzenie pobierające zasilanie. Płytka nie zawiera obwodu zasilania VBUS wymaganego do pracy jako host USB, dlatego jest przeznaczona do pracy w trybie Device.

Funkcja USB zależy od oprogramowania mikrokontrolera. Dołączony projekt przykładowy konfiguruje urządzenie CDC ACM, widoczne w komputerze jako wirtualny port szeregowy.

Interfejs programowania i debugowania SWD

Złącze P3 udostępnia interfejs SWD (Serial Wire Debug), który umożliwia programowanie pamięci Flash oraz debugowanie programu przy użyciu zewnętrznego programatora, np. ST-LINK.

Styk P3	Sygnał	Funkcja
1	`+3.3V`	Napięcie odniesienia interfejsu programatora
2	`PA13`/`SWDIO`	Dane SWD
3	`PA14`/`SWCLK`	Zegar SWD
4	`GND`	Masa

Sygnały należy połączyć z odpowiadającymi im sygnałami programatora. Wyprowadzenie 3,3 V służy programatorowi jako odniesienie poziomów logicznych; płytka powinna mieć własne zasilanie, chyba że używany programator jawnie obsługuje zasilanie układu docelowego.

Programowanie mikrokontrolera

Mikrokontroler można programować przez:

złącze P3 i interfejs SWD,
złącze USB-C i fabryczny bootloader USB DFU,
inne interfejsy obsługiwane przez bootloader STM32H503, jeżeli zostaną odpowiednio dołączone do złączy GPIO.

Programowanie przez SWD

Podłącz programator do złącza P3 zgodnie z tabelą pinów.
Zasil płytkę przez USB-C albo linię +5V.
W STM32CubeProgrammer wybierz interfejs ST-LINK i połącz się z mikrokontrolerem.
Wybierz plik programu, zaprogramuj pamięć Flash i wykonaj weryfikację.

Programowanie przez USB DFU

Fabryczny bootloader znajduje się w pamięci systemowej mikrokontrolera i nie jest kasowany podczas zwykłego programowania pamięci Flash. Aby go uruchomić:

Podłącz płytkę przewodem USB-C do komputera.
Naciśnij i przytrzymaj przycisk BOOT (SW2).
Naciśnij i zwolnij przycisk RST (SW3), nadal trzymając BOOT.
Zwolnij BOOT.
W STM32CubeProgrammer wybierz interfejs USB i połącz się z urządzeniem DFU.

Po zaprogramowaniu upewnij się, że przycisk BOOT jest zwolniony, i zresetuj płytkę. Zamiast opisanej sekwencji można również włączyć zasilanie przy wciśniętym przycisku BOOT.

PA13 i PA14 są zajęte przez SWD podczas programowania i debugowania. PA11 i PA12 są zajęte przez USB podczas programowania DFU lub komunikacji USB.

Dodatkowe elementy - przyciski i diody LED

Element	Połączenie	Funkcja
SW1 / PA0 `USER KEY`	`PA0` - aktywny stan niski	Przycisk użytkownika; rezystor szeregowy 330 Ω
SW2 `BOOT`	`BOOT0` - aktywny stan wysoki	Wybór uruchomienia pamięci systemowej/bootloadera
SW3 `RST`	`NRST` - aktywny stan niski	Reset mikrokontrolera
D2 niebieska	`PC13` - aktywny stan niski	Dioda sterowana przez program użytkownika
D3 czerwona	`+3.3V`	Sygnalizacja obecności zasilania 3,3 V

Przycisk USER zwiera wejście PA0 do masy. Oprogramowanie powinno włączyć rezystor podciągający wejście do 3,3 V; tak skonfigurowano dołączony projekt przykładowy. Niebieska dioda świeci po ustawieniu na PC13 stanu niskiego.

Pamięć SPI Flash

Pamięć SPI NOR Flash nie jest montowana fabrycznie. Płytka ma nieobsadzone pola U3, na których użytkownik może samodzielnie wlutować zgodny układ o wybranej pojemności. W25Q16JVSS o pojemności 16 Mbit (2 MB), umieszczony na schemacie, jest przykładem obsługiwanego układu, a nie elementem wyposażenia standardowego.

Montowana pamięć musi spełniać takie warunki:

zasilanie napięciem 3,3 V,
obudowa SOIC-8 o szerokości 208 mil, wymiarach około 5,3 × 5,3 mm i rastrze 1,27 mm,
pinout zgodny z rodziną W25Qxx w trybie SPI,
obsługa standardowych poleceń SPI NOR używanych przez oprogramowanie.

Sprzęt nie narzuca pojemności pamięci. Dołączony program testowy używa poleceń z adresem 24-bitowym, dlatego bez modyfikacji oprogramowania może bezpośrednio adresować pierwsze 16 MB pamięci. Układy o większej pojemności mogą wymagać obsługi adresowania 4-bajtowego, jeżeli aplikacja ma korzystać z obszaru powyżej tej granicy.

Pola U3 są połączone z SPI1 mikrokontrolera:

Sygnał pamięci	GPIO mikrokontrolera	Złącze P1
`CS`	`PA4`	11
`SCK`	`PA5`	10
`MISO` / `DO`	`PA6`	9
`MOSI` / `DI`	`PA7`	8

Wyprowadzenia PA4...PA7 są również dostępne na złączu P1 i trwale połączone z polami U3. Po zamontowaniu pamięci użycie tych linii przez dodatkowy układ wymaga zachowania poprawnych stanów sygnału CS i uwzględnienia obciążenia magistrali.

Złącza GPIO

Złącza P1 i P2 mają po 20 styków w rastrze 2,54 mm. Poziomy logiczne mikrokontrolera wynoszą 3,3 V. Tylko wyprowadzenia oznaczone w karcie katalogowej mikrokontrolera jako FT tolerują napięcie 5 V; nie dotyczy to wszystkich pinów ani trybu analogowego.

Złącze P1

Styk	Sygnał	Uwagi
1	`+5V`	Linia zasilania 5 V
2	`GND`	Masa
3	`+3.3V`	Linia zasilania 3,3 V
4	`PB10`	GPIO
5	`PB2`	GPIO
6	`PB1`	GPIO
7	`PB0`	GPIO
8	`PA7`	GPIO, SPI1 MOSI pamięci Flash
9	`PA6`	GPIO, SPI1 MISO pamięci Flash
10	`PA5`	GPIO, SPI1 SCK pamięci Flash
11	`PA4`	GPIO, CS pamięci Flash
12	`PA3`	GPIO
13	`PA2`	GPIO
14	`PA1`	GPIO
15	`PA0`	GPIO, przycisk USER
16	`NRST`	Reset, aktywny stan niski
17	`PC15`	GPIO/LSE; połączenie przez SB3
18	`PC14`	GPIO/LSE; połączenie przez SB2
19	`PC13`	GPIO, niebieska dioda LED
20	`VB`	Wejście baterii RTC przez diodę Schottky'ego

Złącze P2

Styk	Sygnał	Uwagi
1	`PB12`	GPIO
2	`PB13`	GPIO
3	`PB14`	GPIO
4	`PB15`	GPIO
5	`PA8`	GPIO
6	`PA9`	GPIO
7	`PA10`	GPIO
8	`PA11`	GPIO, USB DM
9	`PA12`	GPIO, USB DP
10	`PA15`	GPIO/JTAG JTDI
11	`PB3`	GPIO/JTAG JTDO
12	`PB4`	GPIO/JTAG NJTRST
13	`PB5`	GPIO
14	`PB6`	GPIO
15	`PB7`	GPIO
16	`PB8`	GPIO
17	`GND`	Masa
18	`+5V`	Linia zasilania 5 V
19	`GND`	Masa
20	`+3.3V`	Linia zasilania 3,3 V

Pełna lista funkcji alternatywnych oraz informacje o tolerancji napięć znajdują się w karcie katalogowej STM32H503CB.

Zworki SB2 (PC14) i SB3 (PC15)

Wyprowadzenia PC14 i PC15 mikrokontrolera są używane przez rezonator 32,768 kHz. Otwarta zworka SB2 odłącza PC14 od styku 18 złącza P1, a otwarta zworka SB3 odłącza PC15 od styku 17. Zwarcie zworek udostępnia na złączu sygnały oscylatora, ale dodaje do nich pojemność przewodów i dołączonych układów, co może zakłócić pracę rezonatora. W typowym zastosowaniu RTC obie zworki powinny pozostać otwarte.

Wymiary

Wymiary płytki KAmod STM32H503 wynoszą 53 × 20,75 mm.

Program testowy

Katalog KAmod_STM32H503 zawiera przykładowy projekt dla STM32CubeIDE. Projekt korzysta z STM32CubeH5 HAL, systemu ThreadX i stosu USBX. Po uruchomieniu płytka zgłasza się jako urządzenie USB CDC ACM, czyli wirtualny port szeregowy. W systemie Linux jest to zwykle /dev/ttyACM0; w systemie Windows urządzenie otrzymuje numer portu COM. Ustawienie prędkości transmisji jest dla USB CDC umowne — można wybrać 115200 bit/s, 8N1.

Komendy należy wpisywać wielkimi literami i kończyć klawiszem Enter. Polecenie HELP wyświetla ich listę.

Komenda	Działanie
`HELP`	Wyświetla listę komend
`RTC GET`	Odczytuje datę i czas RTC
`RTC SET YYYY-MM-DD HH:MM:SS`	Ustawia datę i czas RTC
`RTC INIT`	Jednorazowo ustawia wartość początkową RTC
`LED ON`, `LED OFF`	Steruje niebieską diodą na PC13
`BTN GET`	Odczytuje stan przycisku USER na PA0
`FLASH ID`	Odczytuje identyfikator JEDEC opcjonalnej pamięci Flash
`FLASH STATUS`	Odczytuje rejestr statusu opcjonalnej pamięci Flash
`FLASH TEST`	Kasuje sektor, zapisuje i weryfikuje 256 bajtów; wymaga zamontowanej pamięci
`REBOOT`	Resetuje mikrokontroler

Uwaga: Polecenia FLASH ... wymagają samodzielnie zamontowanej, zgodnej pamięci SPI NOR. FLASH TEST niszczy wcześniejszą zawartość sektora 4 kB rozpoczynającego się pod adresem 0x010000.

Szczegółowy opis protokołu i odpowiedzi

USB CDC CLI — dokumentacja komend

Interfejs CLI jest dostępny jako USB CDC ACM (wirtualny port szeregowy). W systemie Linux urządzenie zwykle pojawia się jako /dev/ttyACM0. Wartość prędkości ustawiona w terminalu jest dla USB CDC umowna; można pozostawić 115200 8N1.

Komendy należy wpisywać wielkimi literami i kończyć klawiszem Enter (CR, LF albo CR+LF). Po aktywacji połączenia oraz po każdej obsłużonej komendzie urządzenie wysyła:

READY

Lista komend

Komenda	Działanie
`HELP`	Wyświetla pionową listę dostępnych komend jako linie `OK CMD ...`, zakończoną `OK END`.
`RTC GET`	Odczytuje bieżącą datę i czas RTC.
`RTC SET YYYY-MM-DD HH:MM:SS`	Ustawia datę i czas RTC. Dozwolone lata: `2000..2099`.
`RTC INIT`	Inicjalizuje RTC wartością `2026-01-01 00:00:00`, jeśli nie zapisano wcześniej znacznika inicjalizacji.
`LED ON`	Włącza LED na `PC13` (LED jest aktywna stanem niskim).
`LED OFF`	Wyłącza LED na `PC13`.
`BTN GET`	Odczytuje stan wejścia `PA0`.
`FLASH ID`	Odczytuje JEDEC ID opcjonalnej pamięci SPI Flash i rozpoznaje producenta.
`FLASH STATUS`	Odczytuje rejestr statusu SR1 (`BUSY` i `WEL`) opcjonalnej pamięci.
`FLASH TEST`	Kasuje sektor 4 KiB, zapisuje 256 B i weryfikuje dane; wymaga zamontowanej pamięci.
`REBOOT`	Wysyła potwierdzenie i resetuje mikrokontroler.

Format daty i czasu

Polecenie RTC SET wymaga dokładnie formatu:

RTC SET YYYY-MM-DD HH:MM:SS

Przykład:

RTC SET 2026-07-12 14:30:00
RTC GET

Wymagania:

rok: 2000..2099,
miesiąc: 01..12,
dzień zgodny z miesiącem i rokiem przestępnym,
godzina: 00..23,
minuta i sekunda: 00..59,
wszystkie zera wiodące oraz separatory są obowiązkowe.

Przykładowa odpowiedź:

OK RTC 2026-07-12 14:30:00
READY

Test pamięci SPI Flash

Pamięć SPI NOR nie jest montowana fabrycznie. Polecenia FLASH ID, FLASH STATUS i FLASH TEST działają po samodzielnym wlutowaniu zgodnego układu na pola U3. Pola pamięci są podłączone do SPI1, a sygnał CS znajduje się na PA4. Komenda FLASH TEST używa adresu 0x010000.

Test wykonuje kolejno:

odczyt JEDEC ID,
skasowanie sektora 4 KiB,
sprawdzenie, czy skasowane bajty mają wartość 0xFF,
zapis 256-bajtowego wzorca,
ponowny odczyt i porównanie danych.

Uwaga: FLASH TEST wymaga zamontowanej pamięci i niszczy wcześniejszą zawartość sektora rozpoczynającego się pod adresem 0x010000.

Format odpowiedzi

powodzenie zaczyna się od OK,
błąd zaczyna się od ERR,
nieznana komenda: ERR CLI unknown_command: <komenda>,
każda odpowiedź kończy się osobną linią READY,
linia dłuższa niż 127 znaków: ERR LINE_TOO_LONG.

Przykłady:

OK
READY
ERR RTC bad_format use: RTC SET YYYY-MM-DD HH:MM:SS
READY
OK BTN PA0=1
READY
OK FLASH SR1=0x00 BUSY=0 WEL=0
READY

Sprawdzanie i synchronizacja RTC z komputerem

Skrypt rtc_sync.py komunikuje się z programem testowym przez USB CDC. Odczytuje czas mikrokontrolera poleceniem RTC GET, porównuje go z lokalnym czasem komputera i - jeśli różnica przekracza ustawiony próg — wysyła polecenie RTC SET. Po synchronizacji ponownie odczytuje RTC i sprawdza wynik.

Skrypt wymaga Pythona 3 i pakietu pyserial:

python3 -m pip install pyserial

Przykładowe uruchomienie w systemie Linux:

python3 tools/rtc_sync.py --port /dev/ttyACM0

W systemie Windows jako port należy podać nazwę przydzieloną urządzeniu, na przykład:

python tools/rtc_sync.py --port COM5

Domyślnie akceptowana różnica wynosi 2 sekundy. Najważniejsze opcje programu:

Opcja	Znaczenie
`--port PORT`	Port urządzenia; domyślnie `/dev/ttyACM0`
`--baud N`	Umowna prędkość portu CDC; domyślnie `115200`
`--threshold S`	Maksymalna akceptowana różnica czasu w sekundach; domyślnie `2.0`
`--timeout S`	Limit czasu odpowiedzi na jedną komendę; domyślnie `3.0`
`--dry-run`	Tylko porównuje czas, bez zmiany RTC
`--no-initial-drain`	Nie usuwa oczekujących komunikatów po otwarciu portu

Przykład samego sprawdzenia czasu z progiem 0,5 sekundy:

python3 tools/rtc_sync.py --port /dev/ttyACM0 --threshold 0.5 --dry-run

Program zwraca kod 0, gdy różnica mieści się w progu, kod 1, gdy po sprawdzeniu nadal jest zbyt duża, oraz kod 2 w przypadku błędu komunikacji, braku pakietu pyserial albo nieprawidłowej odpowiedzi urządzenia.