Academia STM32H7

Domine os microcontroladores da família H7 da ST, aprenda sobre periféricos, RTOSs e Inteligência Artificial

A Academia ATM está dividida em 5 módulos:

1. Pisca LED - Hello World

Este módulo inicial da Academia STM32H7 fornece uma visão abrangente do que será abordado ao longo do curso. Começando com a abertura, onde o aluno é introduzido ao curso, o conteúdo cobre o roadmap STM32, detalha as características da família STM32H, e explora o hardware e software relacionados ao STM32H7. Além disso, o módulo explica o objetivo da Academia STM32H7, destacando sua estrutura e os resultados esperados.

A segunda parte do módulo foca na preparação do ambiente de desenvolvimento. Os alunos são guiados na instalação e configuração das principais ferramentas da STMicroelectronics: STM32CubeMX, STM32CubeIDE, STM32CubeProgrammer, e STM32CubeMonitor. Cada ferramenta é abordada em detalhes, com tutoriais divididos em etapas claras, permitindo que os alunos configurem seus sistemas de forma eficaz.

Por fim, o módulo proporciona uma introdução prática ao uso dessas ferramentas. Desde o STM32CubeMX até o STM32CubeIDE, o aluno aprende a criar códigos, realizar debug, e atualizar firmware, usando exemplos práticos como o clássico "piscar um LED". Através dessas atividades, os alunos consolidam o conhecimento sobre a estrutura e o fluxo de trabalho com as ferramentas STM32, preparando-os para os módulos mais avançados.

2. Periféricos Básicos

Este módulo do curso da Academia STM32H7 oferece uma abordagem abrangente dos periféricos analógicos e das funções de temporização do microcontrolador STM32H7, começando com uma introdução ao curso e seus objetivos principais. Aqui estão os tópicos cobertos:

Abertura do Curso

• Apresentação do Curso e Tópicos Cobertos: Visão geral do curso, destacando os drivers HAL e LL que serão utilizados ao longo das aulas.

Conversor AD - Teoria

• Características Básicas do ADC: Introdução às funcionalidades do Conversor Analógico-Digital (ADC) no STM32H7.
• Diagrama em Blocos e Domínio de Alimentação: Compreensão dos componentes internos e a importância da alimentação correta para o ADC.
• Funcionamento do ADC: Explicação detalhada do processo de amostragem e conversão de sinais analógicos para digitais, abordando desde a carga do capacitor de amostragem até o funcionamento da máquina de Aproximações Sucessivas (SAR).
• Correlação Entre Resolução, Velocidade e Taxa de Amostragem: Relação entre as especificações do ADC e como elas impactam o desempenho e a precisão das medições.
• Modos de Operação do ADC: Diferentes modos de operação disponíveis no STM32H7, explorando como configurá-los para otimizar o desempenho do sistema.

Conversor AD - Prática

• Configuração e Teste do ADC no CubeMX: Passo a passo para selecionar, configurar e rodar exemplos de ADC usando o CubeMX, incluindo a modificação de exemplos para aplicações personalizadas, como leitura de potenciômetros e medições de tensão.
• Exercícios Práticos: Condução de experimentos para aprofundar o entendimento das operações do ADC, como a utilização de LEDs para indicar conversões e a leitura de canais internos.

Conversor DA - Teoria e Prática

• Fundamentos do DAC: Estudo dos conversores Digital-Analógico (DAC), incluindo a estrutura interna e a geração de sinais, como ondas senoidais.
• Implementação e Exercícios: Aplicação prática do DAC, utilizando o CubeMX para configurar e rodar exemplos, além de criar geradores de funções e ajustar a frequência e amplitude dos sinais.

Comparador Analógico - Teoria e Prática

• Teoria e Funcionamento: Explicação do funcionamento dos comparadores analógicos, incluindo o uso de histerese e interrupções para melhorar a estabilidade.
• Aplicações Práticas: Configuração de exemplos no CubeMX e realização de exercícios para implementar comparadores em projetos reais.

Sensor de Temperatura Interno - Teoria e Prática

• Funcionamento do Sensor: Detalhes sobre como utilizar o sensor de temperatura interno do STM32H7 para medições precisas.
• Projetos Práticos: Desenvolvimento e ajuste de projetos para medir a temperatura usando o ADC, com foco na clonagem e modificação de exemplos existentes no CubeIDE.

Watchdog Timer - Teoria e Prática

• Funcionamento do Watchdog: Explicação de como o Watchdog Timer protege o sistema contra falhas.
• Exemplos e Implementação: Detalhamento de códigos e exercícios práticos para configurar e testar o Watchdog Timer no STM32H7.

PWM - Teoria e Prática

• Fundamentos do PWM: Introdução aos Temporizadores (TIM) e como eles são usados para gerar sinais PWM, incluindo a configuração de clocks e gatilhos.
• Desenvolvimento Prático: Execução de exemplos de PWM com múltiplos canais, culminando em um exercício final que integra todo o aprendizado sobre periféricos.

Este módulo é projetado para fornecer tanto o entendimento teórico quanto a prática intensiva em cada um desses periféricos, permitindo uma aplicação robusta em projetos reais com o STM32H7.

3. Periféricos de Comunicação

O módulo de Comunicações da Academia STM32H7 oferece uma visão abrangente dos diversos métodos de comunicação disponíveis no microcontrolador STM32H7, focando nas interfaces UART, SPI, USB e Ethernet. Aqui está um resumo do que cada seção cobre:

1. Abertura do Curso e Introdução às Comunicações:

• O módulo começa com uma visão geral das diferentes interfaces de comunicação disponíveis no STM32H7, preparando o terreno para um estudo detalhado.

2. UART:

• Teoria: Introduz conceitos fundamentais da UART, como leitura de manuais técnicos, configuração de pinos, e diferenças entre protocolos (RS232 vs. RS485).
• Prática: Exemplos práticos, desde a configuração básica da UART até o desenvolvimento de projetos do zero no CubeMX.

3. SPI:

• Teoria: Explica o funcionamento do protocolo SPI, modos de operação, e estrutura de dados.
• Prática: Inclui exercícios que envolvem a configuração do SPI no CubeMX e a integração com dispositivos externos.

4. USB:

• Teoria: Introduz os conceitos de host, device e hub, destacando a necessidade de middlewares para operação USB.
• Prática: Desenvolvimento de projetos USB, incluindo a criação de uma comunicação CDC (Communication Device Class) do zero no CubeMX.

5. Ethernet:

• Teoria: Aborda a arquitetura de rede e como ela se aplica ao STM32H7, explorando os conceitos de TCP/IP, MAC e PHY.
• Prática: Desenvolvimento de um servidor web usando o STM32H7, com detalhamento do código e configurações necessárias para a implementação.

O módulo é finalizado com exercícios práticos que consolidam o aprendizado, garantindo que os participantes saibam como aplicar os conceitos abordados na comunicação entre dispositivos em projetos reais.

4. RTOS: FreeRTOS e AzureRTOS

O módulo sobre RTOS (Real-Time Operating System) da Academia STM32H7 fornece uma base sólida para entender e implementar sistemas operacionais em tempo real, fundamentais para aplicações críticas em sistemas embarcados. Ele abrange os principais conceitos e práticas com foco em dois RTOS amplamente utilizados: FreeRTOS e AzureRTOS. A seguir, uma descrição mais detalhada dos tópicos abordados:

Introdução ao RTOS e Conceitos Fundamentais

O módulo começa explicando o que é um RTOS, por que ele é necessário e como ele difere de um sistema operacional convencional. São abordados conceitos essenciais como RTOS preemptivo, escalonamento (scheduler), gerenciamento de interrupções, e o papel crucial de tarefas, semáforos, flags, mutexes e filas na comunicação e sincronização entre as tarefas. Também são apresentados os perigos de deadlock e starvation, que podem comprometer a operação de um sistema em tempo real.

FreeRTOS: Teoria e Prática

Teoria: A parte teórica do FreeRTOS explora a documentação, licenciamento e estrutura do sistema. São detalhados os passos para configurar o FreeRTOS no STM32CubeMX, ajustando parâmetros críticos como memória e prioridades de tarefas. O funcionamento do boot no STM32H7 com FreeRTOS também é examinado, junto com a comunicação entre tarefas usando técnicas como inter-task communication.

Prática: A prática envolve o desenvolvimento de aplicações reais, como o clássico exemplo do pisca LED, onde o aluno aprende a criar e gerenciar tarefas no FreeRTOS. A complexidade aumenta com exercícios e exemplos prontos, que ajudam a solidificar o entendimento sobre como aplicar o FreeRTOS em projetos embarcados. Há uma abordagem prática para depuração e otimização de código dentro do ambiente CubeIDE.

AzureRTOS: Teoria e Prática

Teoria: O AzureRTOS é apresentado com uma visão abrangente dos seus componentes e da integração com o ecossistema IoT da Microsoft. São discutidos os diferenciais do AzureRTOS, a parceria entre Microsoft e STMicroelectronics, e como criar projetos que atendam aos padrões de qualidade da Microsoft. O módulo explora a instalação e configuração do AzureRTOS no STM32CubeMX, destacando as principais características que o tornam uma opção robusta para projetos de IoT e sistemas embarcados.

Prática: A prática com AzureRTOS envolve a instalação do ambiente, criação de projetos desde o zero e implementação de threads personalizadas. O aluno aprende a rodar a primeira aplicação na placa NUCLEO-H743ZI, além de realizar exercícios práticos que reforçam o aprendizado. O módulo também apresenta exemplos prontos do AzureRTOS no CubeMX, mostrando como integrá-los em projetos reais.

Comparações e Desafios

Ao longo do módulo, há uma comparação crítica entre os RTOS discutidos (FreeRTOS, AzureRTOS e Zephyr), ajudando o aluno a entender as vantagens e desvantagens de cada um, dependendo do contexto do projeto. São abordados ainda os desafios comuns no desenvolvimento com RTOS, como deadlock e starvation, além de técnicas para mitigá-los.

Este módulo fornece uma visão abrangente e detalhada do uso de RTOS em sistemas embarcados, capacitando o aluno a desenvolver soluções eficientes e robustas com FreeRTOS e AzureRTOS no microcontrolador STM32H7. Desde os fundamentos teóricos até a prática intensiva, o aluno estará preparado para aplicar esses conhecimentos em projetos reais, enfrentando com confiança os desafios típicos do desenvolvimento em tempo real.

5. Machine Learning and Artificial Intelligence

O módulo da Academia STM32H7 cobre desde os fundamentos de Inteligência Artificial (IA), Machine Learning (ML) e Deep Learning (DL) até a aplicação prática dessas tecnologias usando as ferramentas da STM para microcontroladores, como o NanoEdge.AI e o STM32Cube.AI.

Principais tópicos abordados:

1. Fundamentos e Diferenças: Explicação das diferenças entre Inteligência Artificial, Machine Learning e Deep Learning, incluindo conceitos como o Paradoxo de Moravec e o funcionamento de algoritmos como Decision Tree.
2. Criação e Implementação de ML: Orientações práticas sobre como criar, treinar e validar algoritmos de Machine Learning, destacando a importância da qualidade dos dados.
3. Ferramentas STM: Instalação e uso do NanoEdge.AI e STM32Cube.AI, com exemplos práticos, coleta e processamento de dados, e o deploy de modelos nos microcontroladores STM32H7.
4. Integração Prática: Aplicações reais com Machine Learning e Inteligência Artificial em microcontroladores, abordando desde o uso do Model Zoo até o processamento na borda, com exemplos detalhados para aprendizado prático.

Esse módulo é projetado para guiar os alunos desde o entendimento teórico até a implementação prática de soluções baseadas em Machine Learning e Inteligencia Artificial, focadas em microcontroladores da linha STM32H7 da STMicroelectronics.