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ドキュメントセンター › GX-MAT-09S

実験9：カラー認識センサーのデータ取得

実験の目的：

  1. PWM の基本的な動作原理を理解し、PWM によるモーター速度制御を実現します。

  2. STM32 の GPIO ペリフェラルのピン設定方法を習得し、シリアルポートと割り込みの仕組みを理解して活用します。

  3. STM32CubeMX で新規プロジェクトを作成し、MDK_ARM プロジェクトファイルを生成できるようになります。

  4. Keil IDE でユーザーコードを追加し、プロジェクトのテストを行えるようになります。

機能要件：

カラーカード（赤・緑・青など）を識別し、色のデータを取得できるようにします。

ハードウェアの準備：

STM32 メインボード * 1、ST-Link 書き込みケーブル * 1、3S バッテリーボックス * 1、リチウム電池 * 3、カラー認識モジュール * 1

回路接続：

ハードウェアモジュール

ヒント：ハードウェアおよびソフトウェア環境の設定

UNI-STM32 開発ボード【V1.3】の紹介

UNI-STM32 開発環境の設定【V2.0】

バッテリーおよび電源モジュール使用上の注意（必読）

電子モジュールの紹介

ピンの説明

カラー認識センサー STM32 メインボード（UART インターフェース）
5V 5V
T RX2
R TX2
GND GND

実際の配線

上図と表に従ってシリアルポートの配線を行います。

ソフトウェア設計：

プロジェクトのダウンロード

ソースコードのリンク：（HumansX サポートより提供）

プログラムコード

コアコード：main.c

/* USER CODE BEGIN Header */
/**
  ******************************************************************************
  * @file           : main.c
  * @brief          : Main program body
  ******************************************************************************
  * @attention
  *
  * Copyright (c) 2025 STMicroelectronics.
  * All rights reserved.
  *
  * This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file
  * in the root directory of this software component.
  * If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.
  *
  ******************************************************************************
  */
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "color.h"
#include "string.h"
/* USER CODE END Includes */

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */

/* USER CODE END PTD */

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */

/* USER CODE END PD */

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */

/* USER CODE END PM */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN PV */

/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */

/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */

/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{

  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  MX_USART2_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */

  uint8_t RGB_Data[3];
  printf("color sensor test\r\n");
  HAL_Delay(1000);
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    uint8_t *get_color = color_read();
    memcpy(RGB_Data, get_color, sizeof(RGB_Data));
    if( (RGB_Data[0] != 0) && (RGB_Data[1] != 0) && (RGB_Data[2] != 0) ){
        printf("R: %d  G: %d  B: %d \r\n", RGB_Data[0], RGB_Data[1], RGB_Data[2]);
    }

    HAL_Delay(30);
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

/**
  * @brief System Clock Configuration
  * @retval None
  */
void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  /** Configure the main internal regulator output voltage
  */
  __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();
  __HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1);

  /** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
  * in the RCC_OscInitTypeDef structure.
  */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 4;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 84;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV2;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = 4;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
  */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

/* USER CODE BEGIN 4 */

/* USER CODE END 4 */

/**
  * @brief  This function is executed in case of error occurrence.
  * @retval None
  */
void Error_Handler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
  /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
  __disable_irq();
  while (1)
  {
  }
  /* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}

#ifdef  USE_FULL_ASSERT
/**
  * @brief  Reports the name of the source file and the source line number
  *         where the assert_param error has occurred.
  * @param  file: pointer to the source file name
  * @param  line: assert_param error line source number
  * @retval None
  */
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  /* User can add his own implementation to report the file name and line number,
     ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
  /* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */

操作手順：

全体の流れ：

(1) STM32CubeMX でピンの割り当てとペリフェラルの初期化を設定し、設定コードを生成します。

(2) Keil5 で MDK_ARM プロジェクトファイルを開き、コードの編集・コンパイル・デバッグを行います。

基本パラメータ：

本ドキュメントの（ハードウェアモジュール）に従って開発環境を設定した後の基本パラメータは次のとおりです。

ソフトウェアバージョン：STM32CubeMX V6.14.0

ハードウェアプラットフォーム：STM32F407IGT6

コンパイル環境：MDK_ARM V5.3.2

デバッグツール：ST-LINK/V2

1. 新規プロジェクトの作成と MCU の設定

1.1 MCU の選択
  1. STM32CubeMX を開き、File > New Project をクリックします。

2. MCU の絞り込み条件を設定して STM32F407IGT6 を選択し、該当する行をクリックしてから、最後に Start Project をクリックしてプロジェクトの設定を開始します。

  1. プロジェクト設定画面は次のとおりです。

1.2 クロック設定とコア設定
  1. Pinout & Configuration の System Core で RCC（リセット・クロック制御） をクリックします。

  1. HSE クロックソースを Crystal/Ceramic Resonator（水晶またはセラミック発振子）に設定します。

  1. 設定が完了すると、対応するピン（OSC_IN と OSC_OUT）が自動的に設定されます（下図の緑色の部分を参照）。

機能：

  • 外部の高速水晶発振子（HSE）を接続し、システムに高精度なクロック源を供給します。
  • **RCC_OSC_IN**：水晶入力ピン。
  • **RCC_OSC_OUT**：水晶出力ピン（フィードバック信号）。
  • デフォルトの機能：
  • **PH0**：**OSC_IN**（外部水晶入力）。
  • **PH1**：**OSC_OUT**（外部水晶出力）。
  1. デバッグインターフェースのピンを設定します。System Core で SYS をクリックし、Debug モードを Serial Wire に設定します。

設定が完了すると、対応するピン（Pinout）が緑色で表示されます。

緑色の部分をクリックすると、詳細を確認できます。

1.3 クロックツリーの設定

クロックパラメータを順に設定します。1. 入力周波数の値を 8 に変更します。2. HSE を選択します。3. PLLCLK を選択します。4. HCLK のパラメータを 84 に変更します。その他のパラメータはデフォルトのままで構いません。

ヒント：設定時にはエラーが自動で検出されます。周波数の設定が誤っている場合は、赤色で強調表示されます。

2. MCU 初期化パラメータの設定

2.1 USART1 シリアルポートの設定
  1. PA9 と PA10 を USART1_TX と USART1_RX に設定します。GPIO をクリックし、ピンを設定します（この時点では USART1 が未設定のため、ピンに黄色の警告が表示されます）。

  1. Connectivity の USART1 をクリックし、モードを Asynchronous に設定します（USART1 を設定すると関連するピンが緑色で表示され、ピン設定が正常であることを示します）。
2.2 プロジェクト管理の設定
  1. デフォルトの画面は次のとおりです。

  1. プロジェクト名を入力します（任意の名前で構いません）。

  2. プロジェクトの保存先を選択します（C ドライブには保存しないでください）。

  3. コンパイル環境として MDK_ARM を選択します。

  4. バージョン V5.3.2 を選択します。

  5. ファームウェアパッケージ名とバージョンを選択します。

（ヒント：デフォルトでは「Use latest available version」にチェックが入っていますが、ローカルのパソコンに最新バージョンがない場合はエラーになります。その場合はパッケージを自分でダウンロードしてローカルにインストールする必要があります。インストール方法は以下のリンクを参照してください。

（HumansX サポートより提供） singleDoc# 「UNI-STM32 開発環境の設定」の q3）

上記の設定を完了すると、下図のようになります。

2. Project Manager > Code Generator ウィンドウを次のように設定します。

3. Project Manager > Advanced Settings ウィンドウで HAL ライブラリを選択します。

  1. プロジェクトを保存します：File > Save Project をクリックします。

2.3 GPIO の設定 – カラー認識モジュール
  1. RTC クロックを設定します。

(1) Pinout & Configuration の System Core で RCC（リセット・クロック制御） をクリックします。

(2) LSE クロックソースを Crystal/Ceramic Resonator（水晶またはセラミック発振子）に設定します。このとき RCC_OSC32_IN (PC14) と RCC_OSC32_OUT (PC15) が緑色になります。

RCC_OSC32_IN (PC14) と RCC_OSC32_OUT (PC15)：

これらのピンは通常、外部の水晶発振子の接続に使用され、マイコンにクロック信号を供給して正常な動作を確保します。データ取得とは直接関係しませんが、システム全体を正しく動作させるには安定したクロック信号が必要です。

  1. シリアルポートのピンを設定します。

ヒント：USART2 は STM32 メインボードとカラー認識モジュールとの通信インターフェース、USART1 は STM32 メインボードとパソコンとの通信インターフェースです。

​ピン 機能
PD5 USART2_TX
PD6 USART2_RX

(1) GPIO をクリックし、Pinout ビュー下部の検索欄で PD5 を検索すると、該当するピンが点滅します。点滅しているピンを左クリックして USART2_TX を選択します。同様に PD6 を検索し、点滅しているピンを左クリックして USART2_RX を選択します（この時点では USART2 が未設定のため、ピンに黄色の警告が表示されます）。

(2) Connectivity の USART2 をクリックし、モードを Asynchronous に設定します（USART2 を設定すると関連するピンが緑色で表示され、ピン設定が正常であることを示します）。

(3) USART2 の割り込みを Enabled（チェックを入れる）に設定します。

(4) GPIO Settings パネルをクリックし、PD5 の行をダブルクリックして、GPIO Pull-up/Pull-down 欄のドロップダウンリストから Pull-up を選択します。同様に PD6 の行をダブルクリックし、GPIO Pull-up/Pull-down 欄のドロップダウンリストから Pull-up を選択します。

図中の設定の意味

  • Pull-up：該当ピンの内部プルアップ抵抗を有効にし、デフォルトで High レベルになります。
  • Pull-down：内部プルダウン抵抗を有効にし、デフォルトで Low レベルになります。
  • No pull-up/pull-down：プルアップ/プルダウンを無効にします。レベルを安定させるには外部回路が必要です。

設定完了後の状態は下図のとおりです。

  1. USART1 シリアルポートを設定します。

(1) GPIO Settings パネルをクリックします。

Alternate Function Push-Pull（オルタネート機能プッシュプル出力）と Alternate Function Open-Drain（オルタネート機能オープンドレイン出力）は、2 つの重要な GPIO モードです。

PA9 の行をダブルクリックすると詳細設定パネルが表示されます。右側の GPIO mode ドロップダウンから Alternate Function Push-Pull を選択し、GPIO Pull-up/Pull-down 欄のドロップダウンリストから Pull-up を選択します。

PA10 の行をダブルクリックすると詳細設定パネルが表示されます。右側の GPIO mode ドロップダウンから Alternate Function Push-Pull を選択し、GPIO Pull-up/Pull-down 欄のドロップダウンリストから Pull-up を選択します。

設定全体の結果

  1. プロジェクトファイルをもう一度保存します。

ヒント：必ずプロジェクトファイルをもう一度保存してください（主に GPIO 設定を保存するためです）。File > Save Project をクリックします。

3 コードの生成

1. GENERATE CODE をクリックしてコードを生成します。

  1. コードが自動生成されます。

コードの生成に成功しました。

4. ユーザーコードの追加

上記で生成したフレームワークをもとに、Keil エディタでユーザーコードを追加し、コンパイルとデバッグを行います。

ヒント 1：たとえば main.c の /* USER CODE BEGIN xx */ と /* USER CODE END xx */ の間にユーザーコードを追加します。

ヒント 2：独自の .c ファイルを作成することもできます。

ヒント 3：ユーザーコードは自分で記述しても構いませんし、（コードの解説）に掲載している事例を参考にして学習することもできます。

5. コードの書き込みとテスト

(1) ここではデモを用意しています（本ドキュメントの「ソフトウェア設計 – プロジェクトのダウンロード」から直接ダウンロードできます）。

書き込み方法は参考リンク（UNI-STM32 開発環境の設定【V2.0】 の「5 プログラムの書き込み」）を参照してください。

(2) メインボードのスイッチをオンにし、動作を確認します。

実験結果

色（赤・緑・青など）を識別し、シリアルポートに表示されるデータを確認します。

コードの解説

1. ユーザーコードの解説

下図は、プロジェクトファイルに追加したユーザーコードです。

2. ユーザーコードの取り込み方法

まず、ユーザー定義ファイル（.c や .h など）を自分のプロジェクトフォルダに取り込み、Keil5 IDE で .c ファイルを追加してコンパイルします。

既存のユーザーファイルの取り込み方法：Keil で既存のユーザーファイルを取り込む方法 を参照してください。

次に、main.c ファイルにユーザーコードを追加します。

(1) まず参考プロジェクトのコードを開きます。main.c ファイルは主に STM32CubeMX によって自動生成されたものです。このフレームワークをもとに、実現したい機能を補完・改良します。特に /* USER xx で始まり終わるコードを確認してください。以下の赤い部分が記述したユーザーコードです。

(2) 上記の赤枠のコードを自分のプロジェクトファイルの main.c にコピーし、コンパイルして書き込み、動作を確認します。

お問い合わせ

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