Базовая плата STM32F103C8T6 основана на официальном микроконтроллере ST STM32F103C8T6. Эта компактная и универсальная плата была тщательно разработана для создания минимальной конфигурации системы, что делает ее идеальным выбором для различных проектов встроенных систем. Она предлагает ряд важных компонентов, включая схемы для выбора режима BOOT, развязки, кварцевого генератора, загрузки SWD, функции сброса, индикации питания и интерфейса периферийных портов ввода-вывода. Благодаря тщательно продуманной конструкции плата может быть легко интегрирована и расширена для использования с другими базовыми платами. Энергоэффективность и надежные функции делают ее ценным инструментом для разработчиков, позволяя им создавать и экспериментировать с инновационными приложениями на платформе STM32F103C8T6.
Описание проекта STM32F103C8T6
В этом проекте используется официальный чип ST STM32F103C8T6 и разработана минимальная системная плата, которую можно легко расширить и использовать с базовой платой.
- Разработанные схемы включают схему BOOT, схему развязки, схему кварцевого генератора, схему загрузки SWD, схему сброса, схему индикатора питания и схему периферийного порта ввода-вывода.
- Питание платы осуществляется через внешние соединения с выводом +3V3 и выводом GND. Рекомендуется питать плату в диапазоне от 3,3 В до 3,6 В, и лучше не превышать напряжение питания 3,6 В.
- Схема индикатора питания +3V3 предназначена для удобного отображения нормального состояния входного питания.
Распиновка STM32F103C8T6
Схема развязки
Схематическая диаграмма
Установка конденсатора 104 (0,1 мкФ) на выводах питания эффективно подавляет шумы в источнике питания, что называется развязкой шумов источника питания.
Чем ближе расположены точки «Питание — развязывающий конденсатор — заземление», тем лучше эффект развязки.
Для конденсаторов из одного и того же материала, даже если емкость уменьшается до 1/10, эффект развязки не меняется значительно. Для высокочастотной развязки конденсаторы с одинаковым корпусом и емкостью 0,01 мкФ, 0,1 мкФ и 1 мкФ показывают схожие результаты.
Конденсаторы для поверхностного монтажа (SMD) имеют лучший эффект развязки, чем конденсаторы для монтажа в отверстия с такой же емкостью, из-за большей эквивалентной индуктивности конденсаторов для монтажа в отверстия, которая влияет на эффект развязки.
Конденсатор с наименьшей емкостью имеет наибольшую резонансную частоту и наименьший радиус развязки. Поэтому его следует размещать ближе всего к микросхеме.
Конденсаторы с немного большей емкостью можно разместить немного дальше, а конденсаторы с наибольшей емкостью следует размещать на самом внешнем слое. Однако все конденсаторы для развязки этого чипа должны быть размещены как можно ближе к чипу.
Для высокоскоростных конструкций печатных плат лучше размещать конденсаторы на той же стороне, что и чип, для лучшей развязки. Для конденсаторов развязки типа MCU нет существенной разницы между размещением их на передней или задней стороне.
Проектирование печатных плат
Схема кварцевого генератора
Схематическая диаграмма
STM32 имеет три внутренних источника тактовой частоты, но для тактовой структуры 32-разрядного чипа требуется пять источников тактовой частоты. Поэтому на печатной плате необходимо разместить внешние высокоскоростные и низкоскоростные тактовые генераторы.
Высокоскоростной внешний тактовый генератор может быть кварцевым/керамическим резонатором или внешним источником тактовой частоты с диапазоном частот от 4 МГц до 16 МГц. Обычно для основной частоты системы выбирают кварцевый генератор с частотой 8 МГц.
Низкоскоростной внешний тактовый генератор представляет собой кварцевый резонатор с частотой 32,768 кГц, используемый для управления тактовым генератором RTC.
Проектирование печатных плат
Обратите внимание, что область вокруг кварцевого генератора окружена дорожками GND, и рекомендуется добавить переходные отверстия на этих дорожках GND. Это делается для изоляции кварцевого генератора. Кроме того, избегайте прокладки дорожек на верхнем и нижнем слоях области, где расположен кварцевый генератор, так как это может повлиять на целостность сигнала.
Кроме того, два конденсатора рядом с кварцевым генератором должны быть расположены симметрично.
Схема загрузки SWD
Схематическая диаграмма
Введение в JTAG:
Мы обычно используем загрузчик Jlink, который имеет недостаток в виде использования интерфейса Jtag 20PIN. Чрезмерное количество контактов может привести к переполнению небольших печатных плат и увеличить сложность проводки.
Использование интерфейса SWD для загрузки и отладки требует только 4 контакта: GND, RST, SWDIO, SWDCLK. Скорость загрузки может достигать 10 Мбит/с, что дает явные преимущества.
Режим SWD:
Режим SWD более надежен, чем JTAG, в сценариях с высокой скоростью. В ситуациях с большими объемами данных загрузка программ JTAG может чаще завершаться сбоем по сравнению с SWD, который имеет более низкий уровень отказов. Как правило, если ваш эмулятор поддерживает режим симуляции JTAG, вы можете напрямую использовать режим SWD, если он его поддерживает.
Проектирование печатных плат
Цепь индикатора питания
Схематическая диаграмма
Согласно техническому паспорту, максимальное прямое падение напряжения составляет 2,4 В, а типичное значение — 2,1 В. Таким образом, при нормальной работе светодиода максимальное падение напряжения на светодиоде составляет 2,4 В. В этом случае деление напряжения на R3 составляет 0,9 В.
Обычно светодиоды нормально светятся при токах от 3 мА до 10 мА. Максимальный номинальный ток составляет 20 мА. В пределах номинального тока, чем выше ток, протекающий через светодиод, тем ярче он светит.
Здесь мы выбираем I = 10 мА, поэтому R3 = U / I = 0,9 В / 10 мА = 90 Ом. Поскольку в наших материалах чаще встречаются резисторы 100 Ом, мы можем использовать резистор 100 Ом.
Проектирование печатных плат
Конструкция схемы сброса
Схематическая диаграмма
Когда вывод NRST опускается, генерируется сигнал сброса, позволяющий выполнить операцию сброса микроконтроллера.
На схеме:
— При повторном включении микроконтроллера конденсатор C14 заряжается и проводит ток. Напряжение RESET становится низким, что приводит к сбросу системы. Через определенный промежуток времени, когда конденсатор C9 заряжается и отключается, напряжение RESET становится высоким, и микроконтроллер остается стабильным без сброса.
— При нажатии кнопки она остается проводящей в течение 20~50 мс, соединяя nRST с землей, что приводит к низкому напряжению и сбросу системы.
Проектирование печатных плат
Конструкция схемы BOOT
Схематическая диаграмма
BOOT0 и BOOT1 микроконтроллера STM32 управляют режимом загрузки микросхемы, поддерживая загрузку из внутренней флэш-памяти, системной памяти и внутренней SRAM-памяти. В частности:
- Пользовательская Flash: встроенная Flash микросхемы.
- SRAM: встроенная область RAM микросхемы.
- Системная память: специальная область внутри микросхемы, в которую во время производства предварительно загружается загрузчик. Часто ее называют программой ISP.
- Программы ISP обычно обмениваются данными через USART1.
При отладке и загрузке программ с помощью JTAG или SWD программа обычно загружается в Flash. В этом случае вы можете установить выводы BOOT0 и BOOT1 в низкое состояние.
Используется резистор 10 кОм, поскольку BOOT0 и BOOT1 находятся в состоянии высокого сопротивления без внешних устройств. Резисторы подтяжки и понижения 10 кОм служат хорошими ограничителями тока, а также защищают внутренний микросхему IC.
Проектирование печатных плат
Здесь мы размещаем опорные резисторы для BOOT0 и BOOT1 на обратной стороне печатной платы, чтобы избежать помех в наших трассировках.
Периферийный порт ввода-вывода
Схематическая диаграмма
Неиспользуемые контакты обычно выводятся с помощью контактных разъемов. Для повышения стабильности и минимизации изгиба при вставке или извлечении рекомендуется использовать двухрядные контактные разъемы, избегая однорядных.
Кроме того, рекомендуется выводить BOOT0. Это облегчает последующую разработку однокнопочной схемы загрузки ISP, позволяя загружать программы с помощью одного USB-кабеля.
Наконец, рекомендуется вывести как минимум два набора контактов +3V3 и GND, чтобы каждая сторона контактного разъема имела источник питания, что облегчает подключение печатной платы.
Проектирование печатных плат
