Description

NUCLEO-F401RE Development Board – STM32 Nucleo-64 with ARM Cortex-M4 MCU

Build and prototype advanced embedded applications with the NUCLEO-F401RE Development Board, a powerful and flexible evaluation platform from STMicroelectronics. Part of the popular STM32 Nucleo-64 family, this board provides an affordable and user-friendly way to develop applications using the STM32F401RE microcontroller, featuring a high-performance ARM Cortex-M4 core with floating point unit . Whether you’re a professional embedded engineer, a student learning ARM development, or a hobbyist creating sophisticated projects, this board delivers the performance and features you need .

The board is built around the STM32F401RET6 microcontroller, a 32-bit ARM Cortex-M4 processor with FPU running at up to 84 MHz . It offers 512 KB of flash memory for program storage and 96 KB of SRAM for data, providing ample resources for complex applications . The microcontroller integrates a comprehensive set of peripherals including multiple USART, I2C, SPI interfaces, a 12-bit ADC, and USB OTG full-speed support .

A key feature of the NUCLEO-F401RE is its integrated ST-LINK/V2-1 debugger/programmer, which eliminates the need for external debugging hardware . Simply connect the board to your computer via USB to program, debug, and power the board all through a single cable . The board supports multiple IDE options including IAR EWARM, Keil MDK, and STM32CubeIDE, with extensive software libraries and examples available through the STM32Cube software package .

The board features two types of expansion connectors: Arduino Uno V3 compatible headers allow you to use the vast ecosystem of Arduino shields, while ST Morpho headers provide full access to all STM32 I/O pins for maximum flexibility . Whether you’re prototyping industrial control systems, developing IoT devices, or learning embedded programming, the NUCLEO-F401RE provides a versatile and cost-effective platform for your projects .

Key Features

STM32F401RE 32-bit ARM Cortex-M4 Core

Powered by the STM32F401RET6 microcontroller featuring a 32-bit ARM Cortex-M4 processor with floating point unit (FPU), running at up to 84 MHz for efficient mathematical operations and signal processing .

Ample Memory Resources

Provides 512 KB of flash memory for program storage and 96 KB of SRAM for data, offering substantial capacity for complex applications, data logging, and rich firmware features .

Integrated ST-LINK/V2-1 Debugger/Programmer

Onboard debugger/programmer with SWD connector eliminates the need for external debugging hardware. Supports USB re-enumeration for virtual COM port, mass storage, and debug port functionality .

Flexible Power Supply Options

Can be powered via USB VBUS or external sources including 3.3V, 5V, or 7-12V through the Arduino or Morpho connectors, with flexible power management access points .

Arduino Uno V3 Compatibility

Features Arduino Uno Revision 3 compatible headers, allowing you to use thousands of existing Arduino shields, sensors, and modules for rapid prototyping and expansion .

ST Morpho Extension Headers

Includes ST Morpho extension pin headers that provide full access to all STM32 I/O pins, enabling custom expansion and connection to specialized peripherals .

User and Reset Buttons

Provides two push buttons: a user-programmable button for application control and a reset button for system restart .

Three Onboard LEDs

Includes three LEDs: USB communication LED (LD1), user LED (LD2) for application status, and power LED (LD3) for board power indication .

Comprehensive Peripheral Support

Offers multiple USART, I2C, SPI interfaces, 12-bit ADC with 16 channels, 11 timers (including advanced-control and general-purpose timers), and USB OTG full-speed connectivity .

Wide IDE Support

Compatible with IAR Embedded Workbench, Keil MDK, STM32CubeIDE, and GCC-based IDEs, with comprehensive software libraries and examples provided in the STM32Cube MCU software package .

Specifications

Pin Configuration

Arduino Uno V3 Headers

The board includes Arduino Uno V3 compatible headers for easy shield compatibility:

ST Morpho Headers

The ST Morpho headers (CN7, CN10) provide full access to all STM32F401RE I/O pins, including additional GPIO, ADC channels, and peripheral interfaces not available on Arduino headers .

Wiring Diagram

Basic Power and Programming

USB Cable (USB-A to Micro-B) -----> Board USB Port
(Provides 5V power and programming/debugging)

Connecting an I2C Sensor via Arduino Headers

NUCLEO-F401RE              I2C Sensor
---------------            ----------
3.3V or 5V    -----------> VCC
GND           -----------> GND
A4 (SDA)      -----------> SDA
A5 (SCL)      -----------> SCL

Connecting an SPI Device via Morpho Headers

NUCLEO-F401RE              SPI Device
---------------            ----------
3.3V           -----------> VCC
GND            -----------> GND
PA5 (SCK)      -----------> SCK
PA6 (MISO)     -----------> MISO
PA7 (MOSI)     -----------> MOSI
PA4 (CS)       -----------> CS

STM32CubeIDE Setup

1. Download and install STM32CubeIDE from STMicroelectronics website

2. Launch STM32CubeIDE and create a new STM32 project

3. Select the NUCLEO-F401RE board from the board selector

4. Configure project settings and peripherals using the graphical pinout and clock configuration tools

5. Write your application code using HAL or LL libraries

6. Build and flash directly to the board via the integrated ST-LINK

Arduino Code Example (Using Arduino IDE)

// Example: Blink User LED (LD2) and Read Analog Input

const int ledPin = LED_BUILTIN;  // LD2 is connected to PA5
const int analogPin = A0;         // Analog input on Arduino header

void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  Serial.begin(115200);
  Serial.println("NUCLEO-F401RE Ready");
}

void loop() {
  // Blink LED
  digitalWrite(ledPin, HIGH);
  delay(500);
  digitalWrite(ledPin, LOW);
  delay(500);
  
  // Read analog sensor value
  int sensorValue = analogRead(analogPin);
  float voltage = (sensorValue / 4095.0) * 3.3;
  
  Serial.print("Analog Value: ");
  Serial.print(sensorValue);
  Serial.print("  Voltage: ");
  Serial.println(voltage, 3);
}

STM32CubeIDE Code Example (HAL Library)

/* USER CODE BEGIN 0 */
#define LED_PIN GPIO_PIN_5
#define LED_PORT GPIOA

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin) {
  if (GPIO_Pin == USER_BUTTON_PIN) {
    HAL_GPIO_TogglePin(LED_PORT, LED_PIN);
  }
}
/* USER CODE END 0 */

int main(void) {
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART2_UART_Init();
  
  char msg[] = "NUCLEO-F401RE Running\r\n";
  HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t*)msg, strlen(msg), 100);
  
  while (1) {
    HAL_GPIO_TogglePin(LED_PORT, LED_PIN);
    HAL_Delay(500);
  }
}

Common Applications

• Industrial control and automation systems

• IoT gateway and sensor node development

• Robotics and motor control applications

• Data logging and environmental monitoring

• Audio processing and signal generation

• Educational embedded systems training

• Prototyping and product development

• USB device and host applications

Package Contents

• 1 x NUCLEO-F401RE Development Board

لوحة تطوير NUCLEO-F401RE – STM32 Nucleo-64 مع معالج ARM Cortex-M4

ابنِ وطوّر تطبيقات مدمجة متقدمة باستخدام لوحة تطوير NUCLEO-F401RE، وهي منصة تقييم قوية ومرنة من STMicroelectronics. كجزء من عائلة STM32 Nucleo-64 الشهيرة، توفر هذه اللوحة طريقة ميسورة التكلفة وسهلة الاستخدام لتطوير التطبيقات باستخدام متحكم STM32F401RE، الذي يتميز بمعالج ARM Cortex-M4 عالي الأداء مع وحدة فاصلة عائمة . سواء كنت مهندسًا محترفًا في الأنظمة المدمجة، أو طالبًا تتعلم تطوير ARM، أو هاويًا تصنع مشاريع متطورة، فإن هذه اللوحة تقدم الأداء والميزات التي تحتاجها .

تم بناء اللوحة حول متحكم STM32F401RET6، وهو معالج ARM Cortex-M4 32 بت مع FPU يعمل بتردد يصل إلى 84 ميجاهرتز . يوفر 512 كيلوبايت من ذاكرة الفلاش لتخزين البرامج و 96 كيلوبايت من ذاكرة الوصول العشوائي للبيانات، مما يوفر موارد وفيرة للتطبيقات المعقدة . يدمج المتحكم مجموعة شاملة من المحيطات بما في ذلك واجهات USART و I2C و SPI متعددة، ومحول ADC 12 بت، ودعم USB OTG كامل السرعة .

الميزة الرئيسية للوحة NUCLEO-F401RE هي مبرمج/مصحح ST-LINK/V2-1 المدمج، مما يلغي الحاجة إلى أجهزة تصحيح خارجية . ما عليك سوى توصيل اللوحة بجهاز الكمبيوتر الخاص بك عبر USB لبرمجة وتصحيح وتشغيل اللوحة كل ذلك من خلال كابل واحد . تدعم اللوحة خيارات IDE متعددة بما في ذلك IAR EWARM و Keil MDK و STM32CubeIDE، مع مكتبات برمجية وأمثلة واسعة متوفرة عبر حزمة برامج STM32Cube .

تتميز اللوحة بنوعين من موصلات التوسعة: رؤوس متوافقة مع Arduino Uno V3 تسمح لك باستخدام النظام البيئي الواسع لدروع Arduino، بينما توفر رؤوس ST Morpho وصولاً كاملاً لجميع دبابيس الإدخال/الإخراج STM32 لأقصى مرونة . سواء كنت تصمم أنظمة تحكم صناعية أو تطور أجهزة إنترنت الأشياء أو تتعلم البرمجة المضمنة، فإن NUCLEO-F401RE توفر منصة متعددة الاستخدامات وفعالة من حيث التكلفة لمشاريعك .

المميزات الرئيسية

معالج STM32F401RE ARM Cortex-M4 32 بت

مدعوم بمتحكم STM32F401RET6 الذي يتميز بمعالج ARM Cortex-M4 32 بت مع وحدة فاصلة عائمة، يعمل بتردد يصل إلى 84 ميجاهرتز للعمليات الحسابية ومعالجة الإشارات الفعالة .

موارد ذاكرة وفيرة

يوفر 512 كيلوبايت من ذاكرة الفلاش لتخزين البرامج و 96 كيلوبايت من ذاكرة الوصول العشوائي للبيانات، مما يوفر سعة كبيرة للتطبيقات المعقدة وتسجيل البيانات والميزات الغنية .

مبرمج/مصحح ST-LINK/V2-1 مدمج

مبرمج/مصحح مدمج مع موصل SWD يلغي الحاجة إلى أجهزة تصحيح خارجية. يدعم إعادة تعداد USB لمنفذ COM افتراضي وتخزين كبير ومنفذ تصحيح .

خيارات طاقة مرنة

يمكن تشغيلها عبر USB VBUS أو مصادر خارجية بما في ذلك 3.3V أو 5V أو 7-12V من خلال موصلات Arduino أو Morpho، مع نقاط وصول لإدارة الطاقة المرنة .

توافق مع Arduino Uno V3

تتميز برؤوس متوافقة مع Arduino Uno Revision 3، مما يسمح لك باستخدام آلاف الدروع وأجهزة الاستشعار والوحدات الحالية للنمذجة الأولية السريعة والتوسع .

رؤوس توسعة ST Morpho

تتضمن رؤوس توسعة ST Morpho التي توفر وصولاً كاملاً لجميع دبابيس الإدخال/الإخراج STM32، مما يتيح توسعة مخصصة والتوصيل بمحيطات متخصصة .

أزرار مستخدم وإعادة ضبط

توفر زرين ضغط: زر قابل للبرمجة للمستخدم للتحكم في التطبيق وزر إعادة ضبط لإعادة تشغيل النظام .

ثلاثة مصابيح LED مدمجة

تتضمن ثلاثة مصابيح LED: مصباح اتصال USB (LD1)، مصباح مستخدم (LD2) لحالة التطبيق، ومصباح طاقة (LD3) لتشغيل اللوحة .

دعم محيطي شامل

يقدم واجهات USART و I2C و SPI متعددة، ومحول ADC 12 بت مع 16 قناة، و 11 مؤقتًا، واتصال USB OTG كامل السرعة .

دعم واسع لبيئات التطوير

متوافق مع IAR Embedded Workbench و Keil MDK و STM32CubeIDE وبيئات التطوير القائمة على GCC، مع مكتبات برمجية وأمثلة شاملة مقدمة في حزمة برامج STM32Cube .

المواصفات الفنية

التطبيقات الشائعة

• التحكم الصناعي وأنظمة الأتمتة

• تطوير بوابات إنترنت الأشياء وعقد الاستشعار

• الروبوتات والتحكم في المحركات

• تسجيل البيانات والمراقبة البيئية

• معالجة الصوت وتوليد الإشارات

• التدريب على الأنظمة المضمنة التعليمية

• النمذجة الأولية وتطوير المنتجات

• تطبيقات USB للأجهزة والمضيف

محتويات العلبة

• 1 × لوحة تطوير NUCLEO-F401RE