安徽省住房建设部官方网站,wordpress主题不显示小工具,使用wordpress编辑,网站设计学什么专业由于老师使用的各引脚分门别类的单片机原理图我没有找到#xff0c;我使用是引脚按顺序摆放的#xff0c;不方便一个模块一个模块截图展示#xff0c;所以这部分使用老师的原理图。
一、电源
1.1电源的介绍
1.1.1数字电源和地#xff08;VDD和VSS#xff09;
数字电源…由于老师使用的各引脚分门别类的单片机原理图我没有找到我使用是引脚按顺序摆放的不方便一个模块一个模块截图展示所以这部分使用老师的原理图。
一、电源
1.1电源的介绍
1.1.1数字电源和地VDD和VSS
数字电源引脚提供电压给所有的数字电路部分。这些数字电路包括
处理器核心: 执行指令、处理数据。存储器: 包括 Flash 和 SRAM用于存储程序和数据。数字外设: 包括 GPIO、UART、SPI、I2C、TIMERS 等用于各种数字通信和控制。内部振荡器: 产生时钟信号以驱动处理器和其他外设。
数字地引脚提供了所有数字电路部分的接地参考点有
所有通过 VDD 供电的电流最终都会返回 VSS以形成一个完整的电流回路。在 PCB 设计中所有的 VSS 引脚通常都连接到一个共同的地平面以减少电噪声和干扰。
1.1.2模拟电源和地VDDA和VSSA
模拟电源引脚提供电压给所有的模拟电路部分。主要包括
ADC模数转换器: 将模拟信号转换为数字信号。DAC数模转换器: 将数字信号转换为模拟信号。内部参考电压源: 提供一个稳定的参考电压给 ADC 和 DAC 确保转换精度。
模拟地引脚提供了所有模拟电路部分的接地参考点有
与 VSS 相同所有通过 VDDA 供电的电流最终都会返回 VSSA以形成一个完整的电流回路。
1.1.3两电源的区别与联系
数字电路通常会产生高频开关噪声这些噪声如果直接干扰到模拟电路会导致模拟信号的不稳定和精度下降。因此使用独立的模拟电源和接地可以减少这种干扰。
模拟电路需要一个非常干净、稳定的电源以确保精确的信号处理因此 VDDA 通常通过额外的滤波电路进行去耦。
为了减少数字电路产生的高频噪声对模拟电路的干扰VSSA 和 VSS 通常在 PCB 设计中被单独处理只有在一个单点连接通常是靠近电源入口的地方。
1.2滤波介绍
将 3.3V 的电源引入供单片机使用。
1120R 磁珠
作用: 磁珠是一种高频阻抗元件串联在电源线上阻止高频噪声沿电源线传播。原理: 磁珠在直流和低频交流信号下表现为低阻抗但在高频下表现为高阻抗从而滤除高频噪声。选择: 120Ω 的磁珠通常用于中等频率范围的噪声抑制。它在高频范围内提供足够的阻抗来衰减噪声。
210µF 电容
作用: 10µF 电容用于低频滤波平滑直流电压消除较低频率的电源波动。原理: 较大电容值在低频下有较小的阻抗可以有效地平滑直流电压和滤除低频噪声。位置: 10µF 电容通常放置在电源入口处以平滑整个电源网络的电压。
30.1µF 电容
作用: 0.1µF 电容用于高频滤波抑制高频噪声和尖峰干扰。原理: 较小电容值在高频下有较小的阻抗可以有效地滤除高频噪声和尖峰干扰。位置: 0.1µF 电容通常放置在每个 VDD/VDDA 引脚附近尽量靠近 IC以提供最有效的高频噪声滤波。
410nF 电容
补充滤波频段: 与其他滤波电容10µF、0.1µF结合使用可以覆盖更宽的频率范围为模拟电源提供全频段的电源噪声抑制上面也说了模拟电源需要非常的纯净。
1.3电路图 1.4陈氏理解可能只有我自己能看懂
数字信号数字电源供电比如信号线上的差分信号1 就是 1 , 0 就是 0 差别还是挺大的不容易混淆但是变化快存在对其他形式信号的干扰此处就是指模拟信号所以将数字信号和模拟信号区分开了。
再其次模拟信号不像数字信号那样 1 就是 1 0 就是 0 它的值是多少会换算成相应的二进制数字所以更要准确滤波也更严格。
二、复位
2.1工作过程
正常工作状态: 当复位按钮未按下时上拉电阻将 RST 引脚维持在高电平。此时微控制器处于正常工作状态。按下复位按钮: 当按下复位按钮时RST 引脚被直接拉低到地。这触发了微控制器的复位过程。释放复位按钮: 当释放复位按钮时RST 引脚通过上拉电阻恢复到高电平。需要去耦电容帮助滤除任何在恢复过程中的瞬态噪声也有按下过程的去耦确保 RST 引脚稳定地返回高电平从而使微控制器从复位状态中正常启动。
2.2特殊情况
外部干扰: 在有较强电磁干扰的环境中复位引脚可能会受到干扰导致误复位。适当的滤波电路如更大的电容或更低的上拉电阻可以进一步增强抗干扰能力。复位时间: 去耦电容的值决定了复位信号的时间常数。较大的电容会导致较长的复位时间但可以更好地滤除低频噪声。需要根据实际应用进行选择。
2.3我有一个愚蠢的问题
问为什么上拉到的电源是数字电源 VDD 而不是模拟电源 VDDA
答
1. 电源稳定性
VDD 稳定性: VDD 是数字电源通常由稳压器直接供电电压相对稳定且开机时能快速达到稳定值。复位电路需要一个稳定的电压源来保证复位信号的可靠性。
VDDA 依赖 VDD: VDDA 是模拟电源虽然也很稳定但它通常依赖于 VDD 的供电在一些设计中VDDA 可能会经过滤波和调节以满足模拟电路的需求启动速度和稳定性可能稍微慢于 VDD。
2. 复位电路对数字电路的作用
复位电路主要针对数字电路: 复位信号主要用于重置 STM32 内部的数字电路包括 CPU 和外设。数字电路的工作电压是 VDD因此复位引脚上拉到 VDD 更为合适。
3. 电源电流负载考虑
VDD 电流能力强: VDD 电源的电流供应能力通常大于 VDDA因为它要供电给整个数字部分包括处理器、内存和外设等。上拉电阻的电流负载对 VDD 的影响微乎其微。
VDDA负载要求高: VDDA 电源主要供电给模拟部分如 ADC、DAC 等这些电路对电源的纹波和噪声要求更高。将上拉电阻连接到 VDDA 可能会引入不必要的负载和噪声影响模拟电路的性能。
2.4电路图 三、BOOT 启动
3.1介绍
BOOT 引脚 BOOT0 和 BOOT1 用于选择微控制器的启动模式。通过不同的引脚电平组合可以选择不同的启动模式如下图所示 3.2电路 将单片机的 BOOT0 和 BOOT1 引脚引出通过 2×3 的公排针可以通过跳线帽向上选择VDD_MCU 1向下选择 GND 0来配置单片机的启动模式。老师选择的启动方式为从内置 SRAM 启动如下图。 四、晶体电路
4.1 为什么STM32需要两个晶振电路
STM32微控制器通常使用两个晶振电路是为了满足不同的时钟需求
主晶振电路8MHz 用于提供主系统时钟HSE, High-Speed External Clock。这个时钟源通常用于微控制器的核心处理单元、高速外设如USB、CAN等以及需要高精度、高速时钟的功能。副晶振电路32.768kHz 用于提供低功耗时钟LSE, Low-Speed External Clock。这个时钟源通常用于实时时钟RTC, Real-Time Clock和低功耗模式下的计时功能。32.768kHz的频率正好适合计时因为它可以方便地用于生成1秒的时钟周期32,768是2的15次方适合二进制计数。
4.2 为什么这两个晶振电路的频率是那样
选择不同频率和规格的晶振主要基于以下原因 8MHz晶振主晶振 频率选择: 8MHz是一个常用的高频率能够满足STM32核心和高速外设的时钟需求。负载电容22pF 确保晶振在该频率下的稳定性和可靠性。22pF是常见的负载电容值用于匹配晶振的负载要求。 32.768kHz晶振副晶振 频率选择: 32.768kHz是标准的RTC晶振频率适用于低功耗时钟应用。负载电容10pF 这种低值电容适合低频率晶振确保其在低频下的稳定振荡。
4.3 晶振电路是怎么运作的更容易理解4.4和4.5的问题
1晶振起振
当电源接通时晶振开始产生微弱的振荡信号。该信号通过OSC_IN引脚进入STM32内部振荡器电路。
2负载电容调节
C1和C2电容与晶振一起工作确保晶振以其标称频率振荡。负载电容值通常选取在10pF到22pF范围内但实际值应根据晶振的规格书和电路板的寄生电容进行调整。
3信号放大
STM32内部的振荡器电路对输入的微弱振荡信号进行放大生成一个稳定的时钟信号。这个稳定的时钟信号通过OSC_OUT引脚输出并作为系统时钟供STM32使用。
4信号反馈
振荡器电路将放大的振荡信号通过OSC_OUT引脚反馈回晶振电路继续维持晶振的振荡。这个反馈环路确保晶振能够持续产生稳定的振荡信号。
现在你就清楚了晶振电路中存在的一个回路了。
4.4 为什么主晶振电路OSC有大电阻有什么作用吗
主晶振电路中包含一个1MΩ的大电阻通常连接在OSC_IN和OSC_OUT之间其主要作用如下
防止启动困难: 大电阻提供了一个初始反馈路径有助于晶振在上电时快速启动避免由于初始状态不稳定导致的启动困难。稳定振荡: 大电阻能够稳定振荡器的启动过程确保振荡器能够在启动后快速进入稳定状态。
说的通俗一点就是快一点形成4.3中说的电流回路。
4.5 为什么副晶振电路OSC32没有大电阻
副晶振电路通常不需要大电阻的原因包括
频率和功率低 32.768kHz的晶振工作在非常低的频率和功率下启动相对容易不需要额外的电阻来帮助启动。低功耗设计: 副晶振电路通常用于RTC和低功耗应用添加大电阻会增加功耗不符合低功耗设计的要求。
4.6电路图 五、RTC 实时时钟
5.1 VBAT 引脚的功能
VBAT 引脚用于为 RTC 和备份寄存器供电以便在主电源断开时RTC 仍能继续运行。
5.2设计原理
主电源供电VDD_MCU: 当主电源VDD_MCU供电时BAT54-C 二极管正向偏置VBAT 引脚通过二极管获得 VDD_MCU 的电压RTC 和备份寄存器正常工作。备用电源供电: 当主电源断开时BAT54-C 二极管防止电流反向流动RTC 和备份寄存器可以通过 ZH1.25-2A 连接器从备用电源如纽扣电池继续供电确保 RTC 的时间和备份数据不会丢失。
5.3原理图 5.3.1BAT54-C二极管的作用
保证供电: 当主电源存在时二极管正向偏置保证 VBAT 引脚获得稳定的电压供电当主电源断开时二极管反向偏置备用电源立即接替供电保证 RTC 持续运行。防止反向电流: 确保在主电源断开时备用电源电流不会流回到主电源电路避免不必要的电能消耗和可能的电路损坏。同时也保证在主电源正常供电时芯片的电流不会回流到备用电池中造成损害。
5.3.2 ZH1.25-2A连接器的作用
备用电源接口: 提供一个连接备用电源的接口可以方便地连接和更换电池或其他备用电源。确保供电路径: 通过 ZH1.25-2A 连接器备用电源可以可靠地提供电压给 VBAT 引脚确保RTC的供电不中断。
六、Flash 芯片
在STM32微控制器中外部Flash存储器如W25Q64JVSSIQ通常用于存储固件、数据日志或其他需要非易失性存储的应用。 电路设计与工作原理
1. CS# (Chip Select):
设计: CS#引脚通过PA15引脚控制。低电平激活芯片高电平关闭芯片。原理: 当CS#为低电平时Flash芯片被选中STM32可以与其通信当CS#为高电平时Flash芯片处于非活动状态多个SPI设备可以共享同一条SPI总线。
2. SO (Serial Output):
设计: SO引脚通过PB4引脚MISOMaster In Slave Out连接到STM32。原理: 用于在SPI通信中将数据从Flash芯片发送到STM32。
3. WP# (Write Protect):
设计: WP#引脚直接连接到3.3V电源。原理: 将WP#连接到高电平3.3V禁用写保护功能使能写操作。
4. GND (Ground):
设计: GND引脚连接到地。原理: 提供芯片的电源回路。
5. SI (Serial Input):
设计: SI引脚通过PB5引脚MOSIMaster Out Slave In连接到STM32。原理: 用于在SPI通信中将数据从STM32发送到Flash芯片。
6. CLK (Clock):
设计: CLK引脚通过PB3引脚连接到STM32。原理: 提供SPI通信的时钟信号由STM32生成并控制。
7. HOLD3#:
设计: HOLD3#引脚连接到3.3V电源。原理: 将HOLD3#连接到高电平3.3V禁用暂停功能使Flash芯片正常工作。
8. VCC (Power Supply):
设计: VCC引脚连接到3.3V电源。原理: 为Flash芯片提供工作电压。
电源滤波电路
设计: 3.3V电源通过0.1uF电容连接到地。原理: 去耦电容用于滤除电源线上的高频噪声稳定供电确保Flash芯片正常工作。
电路运行
上电: 3.3V电源为Flash芯片提供电源电容滤除电源噪声。SPI通信: STM32通过SPI接口PA15, PB3, PB4, PB5引脚与Flash芯片通信 PA15控制CS#选择芯片。PB3提供时钟信号CLK。PB5发送数据到Flash芯片MOSI。PB4接收Flash芯片的数据MISO。
为什么这样设计
标准SPI接口: 这种连接方式符合SPI协议便于STM32与Flash芯片通信。写保护: WP#连接到高电平确保写操作不被禁用方便数据写入。暂停功能: HOLD3#连接到高电平禁用暂停功能确保正常操作。滤波电路: 0.1uF电容滤除电源噪声保障电源稳定避免因噪声导致的通信错误。
其他设计方法
硬件写保护: 如果需要硬件写保护功能可以将WP#引脚连接到STM32的一个GPIO引脚通过软件控制写保护状态。使用较大电容: 在电源滤波电路中可以根据实际情况使用更大容量的电容如1uF或10uF进一步平滑电源电压。增加缓冲电路: 在噪声较大的环境中可以在SPI信号线上增加缓冲电路提高通信可靠性。 疑惑1多个SPI设备共享同一条SPI总线
SPISerial Peripheral Interface是一种全双工的通信协议支持主设备Master与多个从设备Slave之间的通信。你的电路设计中只有一个SPI从设备但为了更全面地解释提到了SPI总线的共享能力。多个SPI设备共享同一条SPI总线的原因和方法如下
为什么共享同一条SPI总线
节省引脚: STM32或其他主控设备的引脚数量有限通过共享SPI总线可以连接多个SPI从设备而不增加额外的引脚需求。硬件资源复用: 共享SPI总线可以最大化利用现有的硬件资源不需要为每个SPI从设备单独配置一条SPI总线。
如何实现多个SPI设备共享同一条SPI总线
共用时钟和数据线: 所有从设备共享主设备的SCK时钟MOSI主输出从输入MISO主输入从输出引脚。独立的芯片选择引脚: 每个从设备都有独立的CS#Chip Select引脚。通过控制不同的CS#引脚可以选择与哪一个从设备进行通信。只有被选择的从设备会响应主设备的SPI指令。
例如
设备A: CS_A 连接到 STM32 的一个 GPIO 引脚。设备B: CS_B 连接到 STM32 的另一个 GPIO 引脚。
在通信时
当需要与设备A通信时将CS_A置低CS_B置高。当需要与设备B通信时将CS_B置低CS_A置高。
疑惑2在SPI信号线上增加缓冲电路
在噪声较大的环境或长距离通信中增加缓冲电路可以提高SPI信号的稳定性和可靠性。
增加缓冲电路的方法
使用缓冲芯片: 选择适合的缓冲芯片如74HC244、74HC541等放置在主设备和从设备之间。串联电阻: 在SPI信号线上串联小阻值电阻如几十欧姆可以减缓信号上升和下降的速率减少反射和噪声。电容滤波: 在信号线上并联小电容如几皮法到几十皮法可以滤除高频噪声。屏蔽电缆: 使用屏蔽电缆来减少电磁干扰。 七、SWD 调试接口 八、STM32
