La placa base STM32F103C8T6 se basa en el chip microcontrolador oficial ST STM32F103C8T6. Esta placa compacta y versátil ha sido meticulosamente diseñada para crear una configuración de sistema mínima, lo que la convierte en una opción ideal para diversos proyectos de sistemas integrados. Ofrece una gama de componentes esenciales, incluidos circuitos para la selección del modo BOOT, desacoplamiento, oscilador de cristal, descarga SWD, función de reinicio, indicación de alimentación e interfaz de puerto IO periférico. Gracias a su diseño cuidadosamente pensado, la placa se puede integrar y ampliar fácilmente para su uso con otras placas base. Su eficiencia energética y sus robustas características la convierten en una herramienta valiosa para los desarrolladores, ya que les permite crear y experimentar con aplicaciones innovadoras en la plataforma STM32F103C8T6.
Descripción del proyecto STM32F103C8T6
Este proyecto utiliza el chip oficial ST STM32F103C8T6 y diseña una placa base mínima, que se puede ampliar fácilmente y utilizar con la placa base.
- Los circuitos diseñados incluyen el circuito BOOT, el circuito de desacoplamiento, el circuito oscilador de cristal, el circuito de descarga SWD, el circuito de reinicio, el circuito indicador de alimentación y el circuito del puerto IO periférico.
- La placa se alimenta a través de conexiones externas al pin +3V3 y al pin GND. Se recomienda alimentar la placa dentro del rango de 3,3 V a 3,6 V, y es mejor no superar los 3,6 V de alimentación.
- Se ha diseñado un circuito indicador de alimentación de +3V3 para indicar cómodamente si la entrada de alimentación es normal.
Pinout del STM32F103C8T6
Circuito de desacoplamiento
Diagrama esquemático
Colocar un condensador de 104 (0,1 μF) en los pines de alimentación suprime eficazmente el ruido en la fuente de alimentación, lo que se conoce como desacoplamiento del ruido de la fuente de alimentación.
Cuanto más cerca estén los puntos «Alimentación – Condensador de desacoplamiento – Tierra», mejor será el efecto de desacoplamiento.
En el caso de condensadores del mismo material, aunque la capacitancia disminuya a 1/10, el efecto de desacoplamiento no cambia significativamente. Para el desacoplamiento de alta frecuencia, los condensadores con el mismo encapsulado y valores de capacitancia de 0,01 μF, 0,1 μF y 1 μF muestran resultados similares.
Los condensadores de montaje superficial (SMD) tienen mejores efectos de desacoplamiento que los condensadores de orificio pasante con la misma capacitancia debido a la mayor inductancia equivalente de los condensadores de orificio pasante, lo que afecta al efecto de desacoplamiento.
El condensador con la menor capacitancia tiene la frecuencia de resonancia más alta y el radio de desacoplamiento más pequeño. Por lo tanto, debe colocarse lo más cerca posible del chip.
Los condensadores con una capacitancia ligeramente mayor pueden colocarse un poco más lejos, y la capacitancia más grande debe colocarse en la capa más externa. Sin embargo, todos los condensadores para desacoplar este chip deben colocarse lo más cerca posible del chip.
Para diseños de PCB de alta velocidad, es mejor colocar los condensadores en el mismo lado que el chip para obtener un mejor desacoplamiento. En el caso de los condensadores de desacoplamiento de tipo MCU, no hay una diferencia significativa entre colocarlos en la parte delantera o trasera.
Diseño de PCB
Circuito oscilador de cristal
Diagrama esquemático
El STM32 tiene tres fuentes de reloj internas, pero el árbol de reloj del chip de 32 bits requiere cinco fuentes de reloj. Por lo tanto, la PCB debe admitir relojes externos de alta y baja velocidad.
El reloj externo de alta velocidad puede ser un resonador de cuarzo/cerámica o una fuente de reloj externa, con un rango de frecuencia de 4 MHz a 16 MHz. Una opción habitual es un oscilador de cristal de 8 MHz para la frecuencia principal del sistema.
El reloj externo de baja velocidad es un cristal de cuarzo con una frecuencia de 32,768 kHz, que se utiliza para accionar el reloj RTC.
Diseño de PCB
Tenga en cuenta que el área alrededor del oscilador de cristal está rodeada por trazas GND, y es recomendable añadir vías en estas trazas GND. Esto se hace para aislar el oscilador de cristal. Además, evite pasar trazas por las capas superior e inferior del área donde se encuentra el oscilador de cristal, ya que puede afectar a la integridad de la señal.
Además, los dos condensadores cercanos al oscilador de cristal deben colocarse simétricamente.
Circuito de descarga SWD
Diagrama esquemático
Introducción a JTAG:
Normalmente utilizamos el descargador Jlink, que tiene la desventaja de utilizar la interfaz Jtag 20PIN. El número excesivo de pines puede provocar aglomeraciones en placas PCB pequeñas y aumentar la complejidad del cableado.
El uso de la interfaz SWD para la descarga y la depuración solo requiere 4 pines: GND, RST, SWDIO y SWDCLK. La velocidad de descarga puede alcanzar hasta 10 M/s, lo que ofrece claras ventajas.
Modo SWD:
El modo SWD es más fiable que JTAG en escenarios de alta velocidad. En situaciones con grandes cantidades de datos, la descarga de programas JTAG puede fallar con más frecuencia en comparación con SWD, que tiene una tasa de fallo menor. Por lo general, si su emulador es compatible con el modo de simulación JTAG, puede utilizar directamente el modo SWD, siempre que lo admita.
Diseño de PCB
Circuito indicador de potencia
Diagrama esquemático
Según la hoja de datos, la caída de tensión directa máxima es de 2,4 V, con un valor típico de 2,1 V. Por lo tanto, cuando el LED funciona normalmente, la caída de tensión máxima a través del LED es de 2,4 V. En este caso, la división de tensión a través de R3 es de 0,9 V.
Por lo general, los LED se iluminan normalmente con corrientes que oscilan entre 3 mA y 10 mA. La corriente nominal máxima es de 20 mA. Dentro de la corriente nominal, cuanto mayor es la corriente que fluye a través del LED, más brillante es su luz.
Aquí elegimos I = 10 mA, por lo que R3 = U / I = 0,9 V / 10 mA = 90 Ω. Dado que las resistencias de 100 Ω son más comunes en nuestros materiales, podemos utilizar una resistencia de 100 Ω en su lugar.
Diseño de PCB
Diseño del circuito de reinicio
Diagrama esquemático
Cuando el pin NRST se pone en bajo, se genera una señal de reinicio, lo que nos permite realizar una operación de reinicio en nuestro microcontrolador.
En el diagrama del circuito:
– Cuando se vuelve a encender el microcontrolador, el condensador C14 se carga y conduce. El voltaje RESET es bajo, lo que provoca un reinicio del sistema. Después de un cierto período, cuando el condensador C9 termina de cargarse y se desconecta, el voltaje RESET se vuelve alto y el microcontrolador permanece estable sin reiniciarse.
– Cuando se pulsa el botón, permanece conductivo durante 20~50 ms, conectando nRST a tierra, lo que da como resultado un voltaje bajo y un reinicio del sistema.
Diseño de PCB
Diseño del circuito BOOT
Diagrama esquemático
BOOT0 y BOOT1 del STM32 controlan el modo de arranque del chip, admitiendo el arranque desde la memoria FLASH interna, desde la memoria del sistema y desde la SRAM interna. En concreto:
- Flash de usuario: la memoria Flash integrada en el chip.
- SRAM: el área RAM integrada en el chip.
- Memoria del sistema: un área específica dentro del chip donde se precarga un gestor de arranque durante la fabricación. A menudo se denomina programa ISP.
- Los programas ISP suelen comunicarse a través de USART1.
Al depurar y descargar programas utilizando JTAG o SWD, el programa se descarga normalmente en la memoria Flash. En este caso, puede configurar los pines BOOT0 y BOOT1 en bajo.
Se utiliza una resistencia de 10 K porque BOOT0 y BOOT1 se encuentran en un estado de alta impedancia sin dispositivos externos. Las resistencias pull-up y pull-down de 10 K sirven como buenos limitadores de corriente y también protegen el chip IC interno.
Diseño de PCB
Aquí colocamos las resistencias pull-down para BOOT0 y BOOT1 en la parte posterior de la PCB para evitar interferencias con nuestras trazas.
Circuito de puerto de E/S periférico
Diagrama esquemático
Los pines no utilizados suelen conectarse mediante conectores de pines. Se recomienda utilizar conectores de pines de doble fila para mejorar la estabilidad y minimizar la flexión durante la inserción o extracción, evitando los conectores de pines de una sola fila.
Además, es aconsejable sacar el BOOT0. Esto facilita el diseño posterior de un circuito de descarga ISP de un solo botón, lo que permite la descarga del programa con un solo cable USB.
Por último, se recomienda sacar al menos dos conjuntos de pines +3V3 y GND, de modo que cada lado del conector de pines tenga una fuente de alimentación, lo que facilita el cableado de la placa de circuito impreso.
Diseño de PCB
