Papan inti STM32F103C8T6 didasarkan pada chip mikrokontroler ST STM32F103C8T6 resmi. Papan yang ringkas dan serbaguna ini telah dirancang dengan cermat untuk menciptakan konfigurasi sistem yang minimal, menjadikannya pilihan ideal untuk berbagai proyek sistem tertanam. Papan ini menawarkan berbagai komponen penting, termasuk sirkuit untuk pemilihan mode BOOT, decoupling, osilator kristal, pengunduhan SWD, fungsi reset, indikasi daya, dan antarmuka port IO periferal. Dengan desain yang dirancang dengan cermat, papan ini dapat dengan mudah diintegrasikan dan diperluas untuk digunakan dengan papan dasar lainnya. Efisiensi daya dan fitur-fiturnya yang tangguh menjadikannya alat yang berharga bagi para pengembang, memungkinkan mereka untuk membangun dan bereksperimen dengan aplikasi inovatif pada platform STM32F103C8T6.
Deskripsi Proyek STM32F103C8T6
Proyek ini menggunakan chip resmi ST STM32F103C8T6 dan merancang papan sistem minimalis, yang dapat dengan mudah diperluas dan digunakan bersama papan dasar.
- Sirkuit yang dirancang meliputi sirkuit BOOT, sirkuit decoupling, sirkuit osilator kristal, sirkuit pengunduhan SWD, sirkuit reset, sirkuit indikator daya, dan sirkuit port IO periferal.
- Papan ini diberi daya melalui koneksi eksternal ke pin +3V3 dan pin GND. Disarankan untuk memberi daya pada papan dalam rentang 3,3V hingga 3,6V, dan sebaiknya tidak melebihi catu daya 3,6V.
- Sirkuit indikator daya +3V3 dirancang untuk menunjukkan dengan mudah apakah input daya dalam kondisi normal.
Konfigurasi Pin STM32F103C8T6
Sirkuit Pemisah
Diagram Skematik
Menempatkan kapasitor 104 (0,1 μF) pada pin catu daya secara efektif menekan gangguan pada catu daya, yang dikenal sebagai pemisahan gangguan catu daya.
Semakin dekat jarak antara titik "Catu Daya – Kapasitor Pemisah – Ground", semakin baik efek pemisahannya.
Untuk kapasitor dengan bahan yang sama, meskipun kapasitansi berkurang hingga 1/10, efek decoupling tidak berubah secara signifikan. Untuk decoupling frekuensi tinggi, kapasitor dengan kemasan yang sama, nilai kapasitansi 0,01μF, 0,1μF, dan 1μF menunjukkan hasil yang serupa.
Kapasitor permukaan (SMD) memiliki efek decoupling yang lebih baik daripada kapasitor lubang tembus dengan kapasitansi yang sama karena induktansi ekivalen yang lebih besar pada kapasitor lubang tembus, yang memengaruhi efek decoupling.
Kapasitor dengan kapasitansi terkecil memiliki frekuensi resonansi tertinggi dan radius pemisahan terpendek. Oleh karena itu, kapasitor tersebut harus ditempatkan sedekat mungkin dengan chip.
Kapasitor dengan kapasitansi sedikit lebih besar dapat ditempatkan sedikit lebih jauh, dan kapasitor dengan kapasitansi terbesar sebaiknya ditempatkan pada lapisan terluar. Namun, semua kapasitor untuk pemisahan (decoupling) chip ini sebaiknya ditempatkan sedekat mungkin dengan chip.
Untuk desain PCB berkecepatan tinggi, lebih baik menempatkan kapasitor di sisi yang sama dengan chip untuk dekopling yang lebih baik. Untuk kapasitor dekopling tipe MCU, tidak ada perbedaan signifikan antara menempatkannya di sisi depan atau belakang.
Desain PCB
Sirkuit Osilator Kristal
Diagram Skematik
STM32 memiliki tiga sumber clock internal, namun pohon clock pada chip 32-bit ini memerlukan lima sumber clock. Oleh karena itu, PCB perlu dilengkapi dengan clock eksternal berkecepatan tinggi dan rendah.
Sumber clock eksternal berkecepatan tinggi dapat berupa resonator kuarsa/keramik atau sumber clock eksternal, dengan rentang frekuensi 4 MHz hingga 16 MHz. Pilihan umum adalah osilator kristal 8 MHz untuk frekuensi sistem utama.
Sumber jam eksternal kecepatan rendah adalah kristal kuarsa dengan frekuensi 32,768 kHz, yang digunakan untuk menggerakkan jam RTC.
Desain PCB
Perhatikan bahwa area di sekitar osilator kristal dikelilingi oleh jalur GND, dan disarankan untuk menambahkan via pada jalur GND tersebut. Hal ini dilakukan untuk mengisolasi osilator kristal. Selain itu, hindari meletakkan jalur pada lapisan atas dan bawah di area tempat osilator kristal berada, karena hal ini dapat memengaruhi integritas sinyal.
Selain itu, kedua kapasitor yang berada di dekat osilator kristal sebaiknya ditempatkan secara simetris.
Unduh Skema SWD
Diagram Skematik
Pengantar JTAG:
Kita umumnya menggunakan Jlink downloader, yang memiliki kelemahan karena menggunakan antarmuka JTAG 20-pin. Jumlah pin yang berlebihan dapat menyebabkan kepadatan pada papan PCB berukuran kecil dan meningkatkan kompleksitas pemasangan kabel.
Penggunaan antarmuka SWD untuk pengunduhan dan debugging hanya memerlukan 4 pin: GND, RST, SWDIO, SWDCLK. Kecepatan pengunduhan dapat mencapai hingga 10 M/s, memberikan keuntungan yang jelas.
Mode SWD:
Mode SWD lebih andal daripada JTAG dalam skenario kecepatan tinggi. Dalam situasi dengan jumlah data yang besar, pengunduhan program JTAG dapat lebih sering gagal dibandingkan dengan SWD, yang memiliki tingkat kegagalan lebih rendah. Umumnya, jika emulator Anda mendukung mode simulasi JTAG, Anda dapat langsung menggunakan mode SWD, selama emulator tersebut mendukungnya.
Desain PCB
Sirkuit Indikator Daya
Diagram Skematik
Menurut lembar data, penurunan tegangan maju maksimum adalah 2,4 V, dengan nilai tipikal 2,1 V. Jadi, saat LED beroperasi secara normal, penurunan tegangan maksimum pada LED adalah 2,4 V. Dalam hal ini, pembagian tegangan pada R3 adalah 0,9 V.
Biasanya, LED menyala secara normal pada arus berkisar antara 3mA hingga 10mA. Arus pengenal maksimum adalah 20mA. Dalam batas arus pengenal, semakin tinggi arus yang mengalir melalui LED, semakin terang cahayanya.
Di sini kita memilih I = 10mA, sehingga R3 = U / I = 0,9V / 10mA = 90Ω. Karena resistor 100Ω lebih umum tersedia dalam bahan-bahan kita, kita dapat menggunakan resistor 100Ω sebagai gantinya.
Desain PCB
Desain Sirkuit Reset
Diagram Skematik
Ketika pin NRST ditarik ke level rendah, sinyal reset dihasilkan, sehingga kita dapat melakukan operasi reset pada mikrokontroler kita.
Pada diagram rangkaian:
– Ketika mikrokontroler dinyalakan kembali, kapasitor C14 mengisi daya dan menjadi konduktif. Tegangan RESET rendah, sehingga menyebabkan sistem reset. Setelah beberapa saat, ketika kapasitor C9 selesai mengisi daya dan terputus, tegangan RESET menjadi tinggi, dan mikrokontroler tetap stabil tanpa melakukan reset.
– Ketika tombol ditekan, tombol tersebut tetap konduktif selama 20–50 ms, menghubungkan nRST ke ground, yang mengakibatkan tegangan rendah dan reset sistem.
Desain PCB
Desain Sirkuit BOOT
Diagram Skematik
BOOT0 dan BOOT1 pada STM32 mengontrol mode boot chip, yang mendukung booting dari FLASH internal, booting dari memori sistem, dan booting dari SRAM internal. Secara spesifik:
- User Flash: Memori Flash bawaan chip.
- SRAM: Area RAM bawaan chip.
- Memori sistem: Area tertentu di dalam chip tempat bootloader dimuat sebelumnya selama proses produksi. Ini sering disebut sebagai program ISP.
- Program ISP biasanya berkomunikasi melalui USART1.
Saat melakukan debugging dan mengunduh program menggunakan JTAG atau SWD, program biasanya diunduh ke memori Flash. Dalam hal ini, Anda dapat mengatur pin BOOT0 dan BOOT1 ke level rendah.
Resistor 10K digunakan karena BOOT0 dan BOOT1 berada dalam keadaan impedansi tinggi tanpa perangkat eksternal. Resistor pull-up dan pull-down 10K berfungsi sebagai pembatas arus yang baik dan juga melindungi chip IC internal.
Desain PCB
Di sini, kami menempatkan resistor pull-down untuk BOOT0 dan BOOT1 di bagian belakang PCB agar tidak mengganggu jalur sirkuit kami.
Sirkuit Port I/O Periferal
Diagram Skematik
Pin yang tidak terpakai biasanya dihubungkan ke luar menggunakan konektor pin. Disarankan untuk menggunakan konektor pin dua baris guna meningkatkan stabilitas dan meminimalkan risiko bengkok saat pemasangan atau pelepasan, serta menghindari penggunaan konektor pin satu baris.
Selain itu, disarankan untuk mengeluarkan pin BOOT0. Hal ini memudahkan desain sirkuit unduhan ISP satu tombol di kemudian hari, sehingga memungkinkan pengunduhan program hanya dengan satu kabel USB.
Terakhir, disarankan untuk mengeluarkan setidaknya dua set pin +3V3 dan GND, sehingga setiap sisi header pin memiliki catu daya, memudahkan pemasangan kabel PCB.
Desain PCB
