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STM32 控制器

STM32 是意法半导体公司基于 Arm Cortex-M 核心的 32 位微控制器系列。它不是单个电路板或芯片：在 STM32 名称下有数十个系列和数百个型号。

在 3D 打印机世界中，STM32 非常普遍。许多现成的打印机电路板、扩展板、CAN 板和控制器都使用 STM32。对于 Klipper 和打印机外围设备，如果您准备与特定电路板合作，它是最实用的选项之一。

STM32 何时有用

STM32 适用于：

  • 主 3D 打印机电路板；
  • Klipper 中的附加 MCU；
  • 风扇、传感器和输出控制板；
  • CAN 板或工具头板；
  • 更严肃的自定义电路板；
  • 需要计时器、PWM、ADC、UART、SPI、I2C、CAN 或 USB 的任务；
  • 需要现成工业生态系统和文档的项目。

如果 RP2040 是简单而清晰的起点，STM32 是一个广阔的控制器世界，您可以为几乎任何任务选择芯片。但灵活性是以复杂性为代价的。

STM32 是一个系列

您不能说"我得到了 STM32"并停止选择。您需要知道确切的型号。

系列示例：

  • STM32F0 / STM32C0 / STM32G0 — 预算和大众市场系列；
  • STM32F1 — 老但非常著名的系列，经常在 Blue Pill 和旧电路板上发现；
  • STM32F4 — 更强大的系列，在控制器中很受欢迎；
  • STM32G4 — 对于控制、计时器和模拟外围设备任务很有趣；
  • STM32H7 — 强大的高端控制器；
  • STM32L / STM32U — 专注于低功耗的系列。

对于典型用户，重要的不是系列的营销，而是具体的事情：

  • 需要的固件中是否有支持；
  • 电路板上实际暴露了多少 GPIO；
  • 它是否具有 USB、CAN、UART、I2C、SPI；
  • 闪存和 RAM 的数量；
  • 如何刷新它；
  • 是否有适当的引脚图和原理图。

电路板比芯片名称更重要

相同的 STM32 可能在非常不同的电路板上。

常见变体：

  • Blue Pill / Black Pill — 便宜的小型电路板，通常采用 STM32F103 或 STM32F4 级别，但克隆品质不同；
  • STM32 Nucleo — 具有内置 ST-LINK 的官方 ST 开发电路板；
  • 现成的 3D 打印机电路板 — 已经具有驱动程序、连接器、MOSFET 输出、热敏电阻输入、保险丝和电源连接器；
  • 工具头/CAN 板 — 用于打印机头或远程模块的专用板；
  • 自定义电路板 — 需要完整的电源、USB、SWD、保护和布线设计。

对于第一个实际项目，通常更容易获得带有文档的现成电路板，而不是裸露的 STM32 或没有原理图的随机克隆。

STM32 和 Klipper

STM32 是 Klipper MCU 的主要路径之一。

典型架构：

STMicroelectronics 的 STM8 和 STM32 Nucleo 板

来源：Wikimedia Commons, Avandalen, CC BY-SA 4.0

Klipper 主机在 Linux 设备上运行，STM32 电路板物理控制引脚：切换 MOSFET 输出、读取热敏电阻、控制风扇、接收限位开关信号并通过 USB、UART 或 CAN 与主机通信。

对于类似 iDryer 的外围设备，STM32 有意义如果：

  • 设备应该是 Klipper 配置的一部分；
  • 您需要一个具有电力输出的现成打印机电路板；
  • 您需要 CAN；
  • 您需要更多的工业板方法；
  • 您已经有一个 STM32 电路板和已知的配置。

如果您需要快速添加几个引脚和传感器，RP2040 通常更简单。如果您需要一个带有连接器和驱动程序的现成强大电路板，STM32 电路板可能会更好。

STM32 没有一个适用于所有电路板的通用刷新方法。

选项：

  • USB 引导加载程序 / DFU — 如果电路板和芯片支持，通过内置 USB 引导加载程序刷新；
  • UART 引导加载程序 — 以正确的 BOOT 模式通过串行引脚刷新；
  • SWD via ST-LINK — 通过编程器刷新和调试的可靠方式；
  • Nucleo 上的内置 ST-LINK — 便于开发；
  • 打印机电路板上的引导加载程序 — 有时刷新通过 SD 卡、USB 或制造商的特殊引导加载程序进行。

因此，在购买电路板之前，您不仅需要查找芯片数据表，还需要查找该特定电路板的说明。对于 Klipper，特别重要的是阅读现成电路板配置中的评论和制造商的说明。

Nucleo、Blue Pill 和打印机电路板

STM32 Nucleo 电路板便于学习和原型制作。它们通常具有内置 ST-LINK、Arduino Uno V3 连接器和提供对更多信号访问的 ST morpho 引脚。如果您想学习 STM32 并有官方刷新工具，这是一个不错的选择。

Blue Pill / Black Pill 在价格和尺寸上很有吸引力，但克隆品往往有问题：错误的芯片、弱弱的调节器、糟糕的 USB、没有适当的原理图、奇怪的引导加载程序。对于实验，它们是有用的，对于可靠的设备——只有在验证之后。

**现成的 3D 打印机电路板**对于加热器、风扇和传感器通常更实用，因为电源部分已经布线：有端子、MOSFET 输出、热敏电阻输入、电源、保险丝或它们的空间。但即使是现成的电路板也需要检查电流、连接器、冷却和安全性。

3.3V 逻辑和 GPIO

大多数 STM32 使用 3.3V 逻辑工作。

重要：

  • 除非芯片数据表明确指出该引脚接受 5V，否则不要向引脚施加 5V；
  • Nucleo 上的 Arduino 屏蔽兼容性并不意味着所有信号都像在 5V Arduino Uno 上一样安全；
  • I2C 上拉通常是 3.3V；
  • GPIO 不应直接为负载供电；
  • 风扇、LED 条、加热器、继电器和伺服通过驱动器和单独的电源连接。

即使某些 STM32 引脚接受 5V，这也不是连接所有东西的许可。您需要检查特定芯片的引脚图表和电气特性。

为什么 STM32 经常被选择用于打印机

STM32 对 3D 打印机电路板很好，因为它有许多有用的外围设备：

  • 用于风扇、加热器和信号的计时器和 PWM；
  • 用于热敏电阻和传感器的 ADC；
  • 用于步进驱动程序和模块的 UART/SPI；
  • 用于显示器和传感器的 I2C；
  • 与主机通信的 USB；
  • 某些系列和电路板中的 CAN；
  • 足够的实时 MCU 任务性能。

但微控制器本身不会使电路板安全。加热器、电源 MOSFET、SSR、保险丝、连接器和热保护仍然是单独的工程任务。

购买前要检查的事项

购买 STM32 电路板之前，请检查：

  • 确切的微控制器型号；
  • Klipper 或需要的固件中是否有支持；
  • 闪存和 RAM 的数量；
  • 电路板如何刷新；
  • 它是否具有 USB、CAN、UART 或其他需要的接口；
  • 是否有官方引脚图和原理图；
  • LED、USB、振荡器、启动模式或 SWD 占用的引脚；
  • 哪些引脚是 5V 容限的，哪些不是；
  • 电路板上的电源输出以及它们的额定电流；
  • 是否有保险丝、端子和适当的电源；
  • 制造商的文档有多容易理解。

如果电路板只用漂亮的照片出售，没有原理图，那么它不是带加热器的设备的良好基础。

常见错误

  • 认为 STM32 是一个特定的电路板；
  • 购买 Blue Pill 克隆并期望官方电路板行为；
  • 不检查确切的芯片型号；
  • 不了解如何刷新电路板；
  • 混淆 DFU、BOOT0、UART 和 ST-LINK；
  • 将 5V 模块连接到 5V 不容限的引脚；
  • 将 SWD 引脚用作常规 GPIO 并失去闪新/调试的能力；
  • 认为 GPIO 是电源输出；
  • 为加热器选择没有原理图的电路板；
  • 在购买前不检查现成的 Klipper 配置。

要点

STM32 是一个强大而实用的微控制器系列，特别是对于 3D 打印机电路板和 Klipper MCU。但您需要选择不是"一般 STM32"，而是特定的电路板、特定的芯片、引脚图、刷新方法和文档。

对于第一个简单的控制器，RP2040 通常更容易。对于现成的打印机电子产品、CAN 板和更严肃的外围设备，STM32 通常是正确的选择。

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