راهنمای کاربردی برد توسعه STM32 NUCLEO-F334R8

برد توسعه STM32 NUCLEO-F334R8 یک پلتفرم ارزیابی از خانواده Nucleo شرکت STMicroelectronics است که به‌طور خاص برای پیاده‌سازی سیستم‌های الکترونیک قدرت دیجیتال طراحی شده است. این برد بر پایه میکروکنترلر STM32F334R8T6 ساخته شده و دارای قابلیت‌های منحصربه‌فردی مانند High-Resolution PWM (HRPWM) با دقت 184 پیکوثانیه و ADC با Oversampling سخت‌افزاری است.

مشخصات فنی دقیق بر اساس Datasheet Rev 8 (2024)

این برد از میکروکنترلر STM32F334R8T6 استفاده می‌کند که دارای هسته ARM Cortex-M4 با واحد ممیز شناور (FPU) است. فرکانس کاری ماکزیمم این میکروکنترلر 72 مگاهرتز است. حافظه Flash برابر با 64 کیلوبایت و حافظه SRAM شامل 16 کیلوبایت حافظه اصلی و 6 کیلوبایت حافظه CCM (Core-Coupled Memory) است.

پریفرال‌های کلیدی

• HRTIM: پریفرال اختصاصی High-Resolution Timer با دقت زمانی تا 184ps
• ADC: چهار مبدل آنالوگ به دیجیتال 12 بیتی با سرعت 4 مگا‌نمونه در ثانیه
• DAC: دو خروجی دیجیتال به آنالوگ 12 بیتی
• ارتباطات: USART، I2C، SPI، CAN و USB Full-Speed
• رابط‌های گسترش: Arduino Uno Rev3 و ST Morpho

چرا NUCLEO-F334R8 هنوز مرجع است؟

NUCLEO-F334R8 تنها برد در خانوادهٔ Nucleo است که پریفرال HRTIM را دارد — قابلیتی که حتی در STM32H7 یافت نمی‌شود. این برد برای کنترل سیستم‌های قدرت با فیدبک ولتاژ/جریان طراحی شده و دقت زمانی 184ps را فراهم می‌کند.

 مشخصات فنی دقیق — بر اساس Datasheet Rev 8 (2024)

📌 نکته حیاتی: CCM RAM فقط توسط CPU قابل دسترسی است — برای متغیرهای PID استفاده شود.

معماری HRTIM و پیاده‌سازی HRPWM با دقت 184ps

پریفرال HRTIM (High-Resolution Timer) قلب تپنده این برد است. این پریفرال قادر به تولید PWM با دقت زمانی تا 184 پیکوثانیه است.

// فعال‌سازی کلاک HRTIM
__HAL_RCC_HRTIM1_CLK_ENABLE();

HRTIM_TimeBaseCfgTypeDef TimeBase = {0};
TimeBase.Period = 5555; // ≈13 kHz
HAL_HRTIM_TimeBaseConfig(&hhrtim1, HRTIM_TIMERINDEX_MASTER, &TimeBase);

HRTIM_OutputCfgTypeDef OutCfg = {0};
OutCfg.Polarity = HRTIM_OUTPUTPOLARITY_HIGH;
OutCfg.SetSource = HRTIM_OUTPUTSET_TIMEVEF1;
OutCfg.ResetSource = HRTIM_OUTPUTRESET_TIMEVRF1;
HAL_HRTIM_WaveformOutputConfig(&hhrtim1, HRTIM_TIMERINDEX_TIMER_A, HRTIM_OUTPUT_TA1, &OutCfg);

HAL_HRTIM_WaveformCounterStart(&hhrtim1, HRTIM_TIMERID_MASTER | HRTIM_TIMERID_TIMER_A);

ADC پیشرفته با Oversampling سخت‌افزاری

hadc1.Instance = ADC1;
hadc1.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV2;
hadc1.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;
hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
hadc1.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_DISABLE;
hadc1.Init.ContinuousConvMode = ENABLE;
hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;

hadc1.Init.OversamplingMode = ENABLE;
hadc1.Init.Oversampling.OvsR = ADC_OVERSAMPLING_RATIO_16;
hadc1.Init.Oversampling.OvsShift = ADC_RIGHTBITSHIFT_4;
hadc1.Init.Oversampling.ToBits = ADC_OVS_VPRESERVE_BITS;

HAL_ADC_Init(&hadc1);

10 پروژه کاربردی با برد توسعه STM32 NUCLEO-F334R8

پروژه 1: تنظیم سیستم کلاک (72 MHz با PLL)

void SystemClock_Config(void) {
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSI;
  RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
  RCC_OscInitStruct.HSICalibrationValue = RCC_HSICALIBRATION_DEFAULT;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSI;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9;
  HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct);

  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK | RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
  HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_1);
}

پروژه 2: کنترل دیجیتال Buck Converter

__attribute__((section(".ccmram"))) static float Kp = 0.4f, Ki = 0.02f;
__attribute__((section(".ccmram"))) static float integral = 0.0f;
#define V_REF 2.5f
#define PERIOD 5555

void HAL_HRTIM_PeriodElapsedCallback(HRTIM_HandleTypeDef *hhrtim, uint32_t TimerIdx) {
  if (TimerIdx == HRTIM_TIMERINDEX_TIMER_A) {
    uint32_t adc_val = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
    float v_out = adc_val * (3.3f / 4095.0f);
    
    float error = V_REF - v_out;
    integral += error * 7.7e-5f;
    float duty = Kp * error + Ki * integral;
    if (duty < 0.0f) duty = 0.0f;
    if (duty > 1.0f) duty = 1.0f;
    
    __HAL_HRTIM_SETCOMPARE(&hhrtim1, HRTIM_TIMERINDEX_TIMER_A, HRTIM_COMPAREUNIT_1, (uint16_t)(duty * PERIOD));
  }
}

پروژه 3: درایو موتور DC با H-Bridge

void SetMotor(float duty, int direction) {
  if (direction == 1) {
    __HAL_HRTIM_SETCOMPARE(&hhrtim1, HRTIM_TIMERINDEX_TIMER_A, HRTIM_COMPAREUNIT_1, (uint16_t)(duty * PERIOD));
    __HAL_HRTIM_SETCOMPARE(&hhrtim1, HRTIM_TIMERINDEX_TIMER_A, HRTIM_COMPAREUNIT_2, 0);
  } else {
    __HAL_HRTIM_SETCOMPARE(&hhrtim1, HRTIM_TIMERINDEX_TIMER_A, HRTIM_COMPAREUNIT_1, 0);
    __HAL_HRTIM_SETCOMPARE(&hhrtim1, HRTIM_TIMERINDEX_TIMER_A, HRTIM_COMPAREUNIT_2, (uint16_t)(duty * PERIOD));
  }
}

پروژه 4: اندازه‌گیری جریان با سنسور ACS712

#include "main.h"
ADC_HandleTypeDef hadc1;

void MX_ADC1_Init(void) {
  ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};
  hadc1.Instance = ADC1;
  hadc1.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV2;
  hadc1.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;
  hadc1.Init.ScanConvMode = DISABLE;
  hadc1.Init.ContinuousConvMode = DISABLE;
  hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
  hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;
  hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
  hadc1.Init.NbrOfConversion = 1;
  hadc1.Init.OversamplingMode = ENABLE;
  hadc1.Init.Oversampling.OvsR = ADC_OVERSAMPLING_RATIO_16;
  hadc1.Init.Oversampling.OvsShift = ADC_RIGHTBITSHIFT_4;
  hadc1.Init.Oversampling.ToBits = ADC_OVS_VPRESERVE_BITS;
  HAL_ADC_Init(&hadc1);

  sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_0;
  sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_1;
  sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_28CYCLES_5;
  HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig);
}

float read_current(void) {
  HAL_ADC_Start(&hadc1);
  if (HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 10) == HAL_OK) {
    uint32_t raw = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
    float v = raw * (3.3f / 4095.0f);
    return (v - 1.65f) / 0.185f; // برای ACS712-05B
  }
  return 0.0f;
}

پروژه 5: تولید سیگنال سینوسی با DAC

#include <math.h>
#define PI 3.14159265f

uint16_t sine_lut[100];

void GenerateSineLUT(void) {
  for (int i = 0; i < 100; i++) {
    sine_lut[i] = (uint16_t)(2048 + 2047 * sinf(2 * PI * i / 100));
  }
}

// فراخوانی هر 1ms:
// HAL_DAC_SetValue(&hdac1, DAC_CHANNEL_1, DAC_ALIGN_12B_R, sine_lut[idx++ % 100]);

پروژه 6: مدولاسیون PWM برای LED Dimming

TIM_HandleTypeDef htim2;

void MX_TIM2_Init(void) {
  TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};
  htim2.Instance = TIM2;
  htim2.Init.Prescaler = 72 - 1;
  htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
  htim2.Init.Period = 1000 - 1;
  htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
  HAL_TIM_Base_Init(&htim2);
  HAL_TIM_PWM_Init(&htim2);
  sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
  sConfigOC.Pulse = 0;
  sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
  HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim2, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1);
}

// در main:
// HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_1);
// __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_1, 500); // 50%

پروژه 7: کنترل دمای سیستم با NTC

</pre>
// main.c - خواندن NTC و کنترل فن روی PA1 (PWM)
#include "main.h"
ADC_HandleTypeDef hadc1;
TIM_HandleTypeDef htim2;

void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_ADC1_Init(void);
static void MX_TIM2_Init(void);

// مقاومت NTC در 25°C = 10kΩ
// B = 3950
#define R_BALANCE 10000.0f
#define B_VALUE 3950.0f
#define T0 298.15f // 25°C in Kelvin

float read_temperature(void)
{
HAL_ADC_Start(&hadc1);
if (HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 10) == HAL_OK)
{
uint32_t raw = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
float v_adc = raw * (3.3f / 4095.0f);
float r_ntc = R_BALANCE * (3.3f / v_adc - 1.0f);
float t_inv = (1.0f / T0) + (1.0f / B_VALUE) * logf(r_ntc / 10000.0f);
return (1.0f / t_inv) - 273.15f;
}
return 0.0f;
}

int main(void)
{
HAL_Init();
SystemClock_Config();
MX_GPIO_Init();
MX_ADC1_Init();
MX_TIM2_Init();
HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_1);

while (1)
{
float temp = read_temperature();
uint16_t fan_pwm = 0;
if (temp > 40.0f) fan_pwm = 800;
else if (temp > 30.0f) fan_pwm = 400;
__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_1, fan_pwm);
HAL_Delay(500);
}
}

// --- ADC و Timer Init (مشابه پروژه‌های قبل) ---
static void MX_ADC1_Init(void) { /* ... */ }
static void MX_TIM2_Init(void) { /* ... */ }
<pre>

پروژه 8: ارتباط UART با کامپیوتر

char buffer[32];
float v_out = 3.14f; // مثال
snprintf(buffer, sizeof(buffer), "V=%.3f V\r\n", v_out);
HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t*)buffer, strlen(buffer), 100);

پروژه 9: مبدل فرکانس (Inverter)

// main.c - Inverter ساده با HRTIM (دو خروجی مکمل)
#include "main.h"
HRTIM_HandleTypeDef hhrtim1;

void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_HRTIM1_Init(void);

int main(void)
{
HAL_Init();
SystemClock_Config();
MX_GPIO_Init();
MX_HRTIM1_Init();

// فعال‌سازی Dead-Time: 500ns
HRTIM_DeadTimeCfgTypeDef deadTime = {0};
deadTime.Prescaler = HRTIM_TIMDEADTIME_PRESCALER_DIV1;
deadTime.RisingValue = 72; // 72 / 144MHz = 500ns
deadTime.FallingValue = 72;
deadTime.RisingSign = HRTIM_TIMDEADTIME_RISINGSIGN_POSITIVE;
deadTime.FallingSign = HRTIM_TIMDEADTIME_FALLINGSIGN_POSITIVE;
HAL_HRTIM_DeadTimeConfig(&hhrtim1, HRTIM_TIMERINDEX_TIMER_A, &deadTime);

HAL_HRTIM_WaveformCounterStart(&hhrtim1,
HRTIM_TIMERID_MASTER |
HRTIM_TIMERID_TIMER_A
);

// تنظیم duty cycle = 50%
__HAL_HRTIM_SETCOMPARE(&hhrtim1, HRTIM_TIMERINDEX_TIMER_A, HRTIM_COMPAREUNIT_1, 2777);
__HAL_HRTIM_SETCOMPARE(&hhrtim1, HRTIM_TIMERINDEX_TIMER_A, HRTIM_COMPAREUNIT_2, 2777);

while (1) { }
}

static void MX_HRTIM1_Init(void)
{
hhrtim1.Instance = HRTIM1;
HAL_HRTIM_Init(&hhrtim1);

HRTIM_TimeBaseCfgTypeDef TimeBase = {0};
TimeBase.Period = 5555; // ~13 kHz
HAL_HRTIM_TimeBaseConfig(&hhrtim1, HRTIM_TIMERINDEX_MASTER, &TimeBase);
HAL_HRTIM_TimeBaseConfig(&hhrtim1, HRTIM_TIMERINDEX_TIMER_A, &TimeBase);

HRTIM_OutputCfgTypeDef OutCfg = {0};
OutCfg.Polarity = HRTIM_OUTPUTPOLARITY_HIGH;
OutCfg.SetSource = HRTIM_OUTPUTSET_TIMEVEF1;
OutCfg.ResetSource = HRTIM_OUTPUTRESET_TIMEVRF1;
OutCfg.IdleMode = HRTIM_OUTPUTIDLEMODE_NONE;
OutCfg.IdleLevel = HRTIM_OUTPUTIDLELEVEL_INACTIVE;
OutCfg.FaultLevel = HRTIM_OUTPUTFAULTLEVEL_NONE;
OutCfg.ChopperMode = HRTIM_OUTPUTCHOPPERMODE_DISABLE;
OutCfg.BurstMode = HRTIM_OUTPUTBURSTMODE_NONE;

HAL_HRTIM_WaveformOutputConfig(&hhrtim1, HRTIM_TIMERINDEX_TIMER_A, HRTIM_OUTPUT_TA1, &OutCfg);
HAL_HRTIM_WaveformOutputConfig(&hhrtim1, HRTIM_TIMERINDEX_TIMER_A, HRTIM_OUTPUT_TA2, &OutCfg);
}

پروژه 10: شبیه‌سازی سیستم قدرت

ترکیب پروژه‌های 2 و 8: افزودن ارسال داده سریال به حلقه PID.

// در پروژه 2، این خطوط را در callback اضافه کنید:
char buf[32];
snprintf(buf, sizeof(buf), "V=%.3f,D=%.3f\n", v_out, duty);
HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t*)buf, strlen(buf), 100);

سؤالات متداول

آیا NUCLEO-F334R8 برای پروژه‌های IoT مناسب است؟
خیر. این برد برای کاربردهای الکترونیک قدرت طراحی شده…

چرا این برد از HRTIM استفاده می‌کند؟
پریفرال HRTIM تنها در خانواده‌های STM32F3 و STM32G474/G484 پیاده‌سازی شده است.

آیا نیاز به پروگرمر خارجی دارم؟
خیر. این برد دارای ST-LINK/V2-1 داخلی است.

آیا می‌توان از آن برای BLDC استفاده کرد؟
بله، با افزودن سنسور موقعیت روتور.

آیا کدهای نمونه موجود است؟
بله، در STM32CubeF3 GitHub.

جمع‌بندی

برد NUCLEO-F334R8 بهترین انتخاب برای سیستم‌های قدرت دیجیتال با بودجه محدود است.