完整版第1章开发板硬件结构Word格式.docx
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OpenM3V开发板使用8MHz外接晶振为系统提供精确的系统时钟参考,使用32.768kHz低速外部晶体作为RTC时钟源,连接到芯片的PC14、PC15脚,具体电路如图1-2-4所示。
图1-2-4晶振电路图
1.2.4JTAG接口电路
OpenM3V开发板采用标准14引脚JTAG仿真调试接口,该接口信号定义与STM32F103VB连接,如图1-2-5所示。
注意,当不作为JTAG口使用,而是作为普通I/O口使用时,要注意其口线上的上拉和下拉电阻的影响,当然也可以焊下,不使用这些电阻。
图1-2-5JTAG接口电路
1.2.5串口电路
STM32系列芯片有2~5个不等异步串口,STM32F103VB拥有3个异步串口。
开发板通过一片MAX3232把串口1和串口2的3.3V电平转换为RS-232电平。
通过一个跳线组J5,可以把这些端口与串口部分电路断开或相连接。
当跳线帽短接时,连接芯片引脚到串口电平转换电路;
当跳线帽断开时,这些引脚可以作为通用I/O口使用。
开发板上,STM32F103VB的PA10(69引脚)对应RX1,PA9(68引脚)对应TX1,PA3(26引脚)对应RX2,PA2(25引脚)对应TX2。
这两个串口的数据发送端连接到DB9阴(母)插头的2引脚,数据接收端连接到DB9阴头的3引脚,DB9接头与PC串口相接时,使用直连串口线相连接,同时,串口1可以作为程序ISP下载的接口,具体电路如图1-2-6所示。
图1-2-6串口电路图
1.2.6键盘电路
OpenM3V开发板有独立的7个按键,分别为K1~K7,如图1-2-7所示。
由于STM32F系列芯片的每一个引脚都可以定义为中断脚,所以也可以定义这些按键作为外部中断输入口,或用来唤醒在睡眠或停机状态的CPU。
图1-2-7按键电路图
开发板上,PE0连接K1,PE1连接K2,…,PE6连接K7。
虽然所有的STM32F系列芯片内部都有上拉和下拉选项,在此处加上上拉电阻只是为了更好地说明这个上拉电阻的作用。
在对功耗要求很严的应用中,按键的上拉电阻阻值应相应取大一点,以减少这一部分的电流消耗。
在按键的两端加上一个电容,能旁路掉一定量的键盘按下和松开时的抖动,其值在0.1~1.0μF之间,此处采用0.1μF电容。
按键按下时,采集到的电压值为低;
按键松开时,采集到的电压值为高,通过判断连接到芯片I/O口电压的高低来判断按键的状态。
1.2.7LED灯电路
OpenM3V开发板有独立的8个LED灯,使用I/O口来控制,PD0控制LED1,PD1控制LED2,…,PD7控制LED8。
当I/O口为高电平时,LED灯灭;
当I/O口为低电平时,LED灯亮,具体电路如图1-2-8所示。
图1-2-8LED电路图
同时,还有一路使用PWM来模拟DAC输出可以调光输出的LED灯,电路如图1-2-9所示。
PWM_V连接芯片的PD14引脚,也即重映射TIM4的CH3引脚。
图1-2-9PWM驱动电路图
1.2.8I2C接口电路
STM32F103VB具有两路均支持400kHz高速通信模式的硬件I2C电路接口。
在开发板上使用一片具有I2C接口的EEPROM储存器芯片24C02,可以通过I2C接口实现数据的读写等操作。
电路图如图1-2-10所示,24C02连接到STM32F103VB的I2C_2接口,使用跳线J6与系统相接。
只有跳线帽短接时,I2C_2接口连接到24C02芯片上;
当断开时,I2C_2接口可以用作普通的I/O口。
图1-2-1024C02接口电路图
I2C总线上拉电阻的值与总线速度有关,当总线速度高达400kHz时,应使用1kΩ的电阻,可以实现快速的总线上升和下降变化。
当使用标志的100kHz总线速度时,可以选用5.6kΩ或10kΩ总线上拉电阻,以降低总线操作时的功率消耗。
为了兼容高速总线,此处选用1kΩ总线上拉电阻。
1.2.9ADC电路
STM32F103VB具有两个12位模数转换器,共有17个通道,转换速率高达1000kHz,具有独立的参考电源引脚。
开发板通过跳线J12可以选择经过隔离的3.3V或语音采集电压参考,也可以直接从需要的地方引入参考电压。
注意,J12跳线最多只能选择一个,开发板初始状态时参考源选择VREF_3.3,具体跳线电路如图1-2-11所示。
图1-2-11ADC参考跳线图
OpenM3V开发板提供一路直流电压测量电路和一路语音采集电路。
直流电压采集电路如图1-2-12所示,直流电压连接到ADC_13引脚。
可调电阻调节输入到ADC的电压,在VIN点可以通过万用表测出电压值。
开发板上直接使用电源作为参考源,不能满足高精度的电压测量,也没有发挥出12位ADC的性能,如果需要完全发挥STM32F103VB芯片ADC的性能,需要使用精密参考源引入VREF+引脚。
图1-2-12直流电压采集电路
1.2.10USB电路
USB外设实现了USB2.0全速总线接口,并支持USB挂起/恢复操作,可以停止设备时钟,实现低功耗。
ST-EasyM3开发板通过USB接口提供电源,接口电路如图1-2-13所示。
通过J2跳线可以断开和接通USB电路,通过J1可以选择通过是CPU控制上拉还是始终选择上拉。
如果选择CPU来控制上拉,则通过PC11来控制。
图1-2-13USB接口电路
1.2.11CAN电路
bxCAN是基本扩展BasicExtendedCAN的缩写,它支持CAN协议2.0A和2.0B。
它的设计目标是:
以最小的CPU负荷来高效处理大量收到的报文。
它也支持报文发送的优先级要求(优先级特性可用软件配置)。
CAN主要应用于需要快速响应的系统中,bxCAN提供所有支持时间触发通信模式所需的硬件功能。
STM32F103VB芯片有一路硬件CAN接口,电路图如图1-2-14所示。
通过跳线J3来连接和断开芯片与CAN驱动的连接,使用65HVD230驱动芯片连接到CAN总线上,使用J4跳线来选择使用终端200Ω网络电阻。
图1-2-14CAN接口电路图
1.2.12语音采集和播放电路
STM32F103VB芯片拥有性能优越的ADC和高效的PWM输出,可以充分使用芯片的资源来进行语音的采集和语音输出。
图1-2-15是语音采集和语音输出的电路图。
语音采集使用ADC_1,使用语音采集时,ADC参考源要选择(J12)VREF_MIC。
语音采样使用18kHz/s的采样频率,使用12位数据。
语音输出PWM频率为18kHz,与语音采样速率一样。
图1-2-15语音采集和播放电路
可以通过PC机或MP3等设备输入音频信号,通过STM32采集,然后通过PWM方式输出来,再通过扬声器或耳机复现,实现语音采集和语音播放。
1.2.13SPI接口电路
串行外设接口(SPI)允许芯片与外部设备以半/全双工、同步、串行方式通信。
此接口可以被配置成主模式,并为外部从设备提供通信时钟(SCK)。
接口还能以多主配置方式工作,可用于多种用途,包括使用一条双向数据线的双线单工同步传输。
STM32F103VB具有两路SPI接口,最高速度可以达到18MHz。
ST-EasyM3开发板上拥有众多的SPI接口设备,通过SPI可以很容易地连接众多设备,实现与这些设备的高速通信。
开发板上的SPI接口设备非常丰富,有2.4G无线模块接口、863~925MHz频率无线模块接口,SD卡接口、128×
64点阵液晶接口、Flash储存器接口和TF/SD卡接口。
(1)2.4G无线接口。
其电路如图1-2-16所示。
通过J8跳线来接通和断开与2.4G无线模块控制口线与芯片的连接;
L4、C22和C23为无线模块电源进行滤波,保证无线模块电源的干净度;
STM32F103VB芯片的SPI2接口与无线模块的SPI接口相连。
图1-2-162.4G无线模块
(2)830~925MHz无线模块接口。
其电路如图1-2-17所示。
通过J11来接通和断开芯片与模块的连接;
L5、C56和C57为无线模块电源进行滤波,以保证无线模块电源的干净度;
STM32F103VB芯片的SPI1与无线模块的SPI接口相连。
图1-2-17ISM工业频段无线模块
(3)128×
64点阵LCD模块接口。
其电路如图1-2-18所示。
通过J7跳线来接通和断开芯片与LCD点阵模块的连接。
在开发板上,相应地放置了点阵液晶模块所必需的元器件。
当要使用点阵液晶模块时,J7跳线必须全部短接。
图1-2-18128×
64点阵模块接口电路
(4)SD/TF卡接口。
其电路如图1-2-19所示。
通过跳线J9来接通和断开芯片与SD/TF卡的连接。
通过SD_POWER口线来控制SD/TF卡的供电,可以重新复位SD/TF卡。
通过对SD_FIND口线电平的判断,来识别SD/TF卡是否插入。
当SD/TF卡供电时,LED11将被点亮。
图1-2-19TF/SD卡接口电路
(5)Flash储存器接口。
其具体电路如图1-2-20所示。
通过J10跳线来接通和断开芯片与Flash储存器的连接。
在开发板上有一片具有SPI接口的Flash储存器芯片SST25VF016B,可以通过SPI接口高速地实现数据的读和写操作,SST25VF016B连接到芯片的SPI2接口。
图1-2-20Flash接口电路
1.2.14电动机驱动板接口电路
STM32F系列芯片中,至少有一个高级定时器,这个定时器的主要功能是为方便控制电动机而设立的。
开发板上的电动机驱动板接口电路如图1-2-21所示。
在J13接口中引入了T1_CH1、T1_CH1N、T1_CH2、T1_CH2N、T1_CH3、T1_CH3N用于控制电动机的三相六极;
T3_1_H1、T3_2_H2、T3_3_H3用于连接霍尔传感器,T4_1_B1、T4_2_B2用于连接编码器;
ADC_1、ADC_2、ADC_3、ADC_T用于采集三相电流和驱动板上的温度;
T1_BKIN用作紧急按钮。
同时可以为开发板提供3.3V和5.0V电源。
图1-2-21电动机驱动板接口电路
1.3开发板元器件布局图
OpenM3V开发板元器件布局如图1-3-1所示。
图1-3-1开发板元器件布局图
1.3.1跳线器说明
OpenM3V开发板跳线器说明表如表1-3-1所示。
表1-3-1跳线器说明表
跳线器
I/O口
跳线选择
功能说明
J1
PC11
USB_ABLE
此为三端跳线,短接USB_ABLE端时,由PC11控制上拉,短接地时,连通上拉电阻
J2
PA12
USBDP
短接时,PA12连接USBDP
PA11
USBDM
短接时,PA11连接USBDM,使用USB时,两个都需短接
J3
PB9
CANTX
短接时,PB9连接CANTX
PB8
CANRX
短接时,PB8连接CANRX,使用CAN时,两个都需短接
J4
短接时,连接200Ω电阻
J5
PA9
TX1
短接时,PA9连接RS-232电平转换芯片
PA10
RX1
短接时,PA12连接RS-232电平转换芯片
PA2
TX2
PA3
RX2
J6
PB10
SCL2
短接时,连接24C02的SCL引脚
PB11
SDA2
短接时,连接24C02的SDA引脚
J7
PD8
LCD_A0
短接时,PD8连接点阵液晶模块的控制口线
PD9
LCD_RSET
短接时,PD9连接点阵液晶模块的复位口线
PD10
LCD_SS
短接时,PD10连接点阵液晶模块的片选口线
PB15
MOSI_2
短接时,连接点阵液晶模块的MOSI引脚
PB13
SCK_2
短接时,连接点阵液晶模块的SCK引脚
J8与2.4G模块有关
PD11
PD
短接时,PD11连接2.4G无线模块掉电控制引脚
PC9
IRQ
短接时,PC9连接2.4G无线模块中断输出引脚
PA8
RF_SS
短接时,PA8连接2.4G无线模块片选引脚
PD15
RSET
短接时,PD15连接2.4G无线模块复位引脚
J9
PA0
SD_POWER
短接时,PA0连接SD卡电源控制引脚
PC2
SD_FIND
短接时,PC2连接SD卡插入判断引脚
PA4
SD_SS
短接时,PA4连接SD卡片选引脚
PA5
SCK1
短接时,PA5连接SD卡SCK引脚
PA6
MISO1
短接时,PA6连接SD卡MISO引脚
PA7
MOSI1
短接时,PA7连接SD卡MOSI引脚
J10
PB12
FLASH_SS
短接时,PB12连接25P80的片选引脚
SCK2
短接时,PB13连接25P80的SCK引脚
PB14
MISO2
短接时,PB14连接25P80的MISO选引脚
MOSI2
短接时,PB15连接25P80的MOSI选引脚
J11
PB7
短接时,PB7连接工业ISM频段无线模块中断输出引脚
PC0
SLP
短接时,PB7连接工业ISM频段无线模块功能引脚
PC1
短接时,PB7连接工业ISM频段无线模块复位引脚
PC13
SEL
短接时,PB7连接工业ISM频段无线模块片选引脚
短接时,PB7连接工业ISM频段无线模块SCK引脚
短接时,PB7连接工业ISM频段无线模块MISO引脚
短接时,PB7连接工业ISM频段无线模块MOSI引脚
续表
J12
VREF+
VREF_MIC
短接时,参考电源连接语音转换参考电源点
VREF_3.3
短接时,参考电源连接到经过隔离的3.3V电源上
开发板上的众多功能模块可以通过跳线与芯片连接或断开。
开发板上绝大部分采用两针跳线,跳线器的两边均标记有其相应的功能符号。
当跳线短接时,CPU连接功能模块;
当跳线断开时,CPU和功能模块断开,可以作为普通的I/O口用。
在这12个跳线块中,J1为三端跳线,可以选择跳接GND和USB_ABLE,J12为参考电源跳线块,当使用ADC模块时,必须选择一个参考源。
一般测试可以选用VREF_3.3,当使用语音采集电路时,可以选择VREF_MIC。
注意,参考源只能跳接一个,跳接VREF_3.3时,就不能接VREF_MIC,反之一样。
接通UART1和UART2时使用J5跳线块;
当使用UART1时,必须跳接TX1和RX1两个跳线;
当使用UART2时,必须跳接TX2和RX2。
其他的跳线块在使用器功能部件时必须全部跳接上。
下面对每一个跳线器做详细的说明。
1.J1——USB上拉电阻控制
J1跳线器在开发板上的位置如图1-3-2所示,是唯一的三端跳线器,跳线器的中间引脚连接上拉电阻控制端。
当跳线帽跳接到GND端时,中间引脚连接到GND,这时控制端口接入低电平,电路导通,使能上拉电阻。
当跳线帽端口跳接到USB_ABLE端口时,上拉电阻控制端与芯片的PC11端口相连,当PC11输出高电平时,电路截止,使能上拉电阻;
当PC11输出低电平时,电路导通,使能上拉电阻,这时可以在程序中控制上拉电阻是否有效。
2.J2——USB接口
通过跳线器J2的选择,STM32F103VB的USB数据引脚USBDP和USBDM连接到USB接口电路和USB插座上,可以通过USB进行数据通信。
J2跳线器和USB接口在开发板上的位置如图1-3-2所示。
图1-3-2USB和CAN功能模块在PCB电路板上的位置图
3.J3——CAN接口
通过跳线J3的选择,STM32F103VB的CAN总线CANRX和CANTX连接到CAN总线驱动器上,可以实现CAN总线通信。
开发板上的CAN总线驱动器没有采用隔离电源和实行电气隔离,在实际应用中,隔离是必不可少的,这就增加了CAN总线的使用成本。
J3跳线器及CAN接口在开发板上的位置如图1-3-2所示。
4.J4——终端电阻跳线
当此设备处在CAN总线的终端时,通过J4跳线选择接入200Ω的终端电阻。
当此设备不是CAN总线终端设备时,去掉J4跳线帽,断开终端电阻。
J4跳线器在开发板上的位置如图1-3-2所示。
5.J5——UART串口
通过J5跳线器的选择,STM32F103VB的UART1和UART2引脚连接到MAX3232转换芯片上,然后连到通道DB9插座上,从而可以进行串口通信。
当短接RX1和TX1跳线帽时,UART1串口被连接;
当短接RX2和TX2时,UART2串口被连接。
UART1和UART2可以独立被连接使用。
J5跳线器及串口在开发板上的位置如图1-3-3所示。
图1-3-3J5跳线器及串口在开发板上的位置
6.J6——I2C接口
通过跳线器J6的选择,STM32F103VB芯片的I2C总线SCL2和SDA2将与开发板上的24C02相连,芯片可以通过I2C总线对24C02进行读或写操作。
J6和24C02在开发板上具体位置如图1-3-4所示。
图1-3-4J6和24C02在开发板上的具体位置
7.J7——点阵液晶接口
通过跳线器J7的选择,STM32F103VB芯片可以连接到128×
64点阵液晶模块上,以驱动液晶模块。
芯片通过PD8引脚控制液晶模块A0口,以实现数据和指令的转换;
通过PD9引脚来控制液晶模块的复位脚;
通过PD10引脚来作为SPI选择液晶模块的片选脚。
液晶模块连接到芯片的SPI2接口。
J7跳线器和128×
64液晶模块接口在开发板上的具体位置如图1-3-5所示。
开发板标准配置没有此液晶模块。
图1-3-5J7跳线器和128×
64液晶模块接口在开发板上的具体位置
8.J8——2.4G无线模块接口
通过跳线器J8的选择,STM32F103VB芯片可以连接到2.4G无线模块上,以驱动无线模块实现数据的无线通信。
开发板上标准配置没有2.4G无线模块,其具体位置如图1-3-6所示。
图1-3-6J8跳线器和2.4G模块接口在开发板上的具体位置
9.J9——SD/TF卡
通过跳线器J9的选择,STM32F103VB芯片的SPI1可以连接到SD/TF卡接口上。
由于TF卡广泛应用于手机和数码设备中,在通用的容量下有更小的体积,所以在市场中的占有量大大超过SD卡,具有更大的通用性。
在开发板上没有选用大多数开发板选用的SD卡座,而是选用了更加通用的TF卡座。
短接跳线器J9,芯片通过PA0引脚,可以控制SD/TF卡的电源开关;
芯片通过对PC2引脚电平的读取,可以判断TF卡是否插入到卡座中;
PA4为SP1是否选择TF卡通信的片选脚。
J9跳线器和TF卡座在开发板上的具体位置如图1-3-7所示。
10.J10——Flash存储器
通过跳线器J10的选择,芯片的SPI2接口可以连接到Flash存储器SST25VF016B芯片上,通过SPI对SST25VF016B进行读写操作。
J10跳线器在开发板上的具体位置如图1-3-4所示。
11.J11——工业ISM频段模块
通过跳线器J11的选择,STM32F103VB芯片可以连接到工业ISM频段无线模块上,以驱动无线模块实现数据的无线通信。
开发板上标准配置没有工业ISM频段无线模块,J11跳线器和工业ISM频段无线模块在开发板上的具体位置如图1-3-8所示。
12.J12——ADC参考电源
通过跳线器J12可以选择不同的ADC转换标准源。
J12跳线只能选择一个或者不选择,绝对不可以同时选择,这是和其他跳线器有区别的地方。
当使用ADC采集语音数据时,需要把J12跳线器的VREF_MIC短接,VREF_3.3要断开;
当进行一般ADC转换测试时,短接VREF_3.3,断开VREF_MIC跳线。
也可以从别处引入标准电压源到VREF+端,这时不能跳接任何一个跳线帽在J12上。
J12跳线器在开发板上的具体位置如图1-3-8所示。
图1-3-7J9跳线器和TF卡座在图1-3-8J11、J12跳线器和工业ISM频段
开发板上的具体位置无线模块在开发板上的具体位置
1.3.2硬件资源使用
表1-3-2为开发板芯片资源使用情况表。
表1-3-2开发板芯片使用情况表
引脚号
I/O号
实现功能
1
PE2
K3
14
NRST
复位
2
PE3
K4
15
3
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