STM32外围电路硬件解析

最新更新时间:2022-09-30来源: csdn关键字:STM32  外围电路  硬件 手机看文章 扫描二维码
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复位电路:

复位 :让MCU回到最开始的状态。并且从头开始,重新执行程序

        

我们什么时候需要复位?

1.烧录的时候   


2.程序跑飞了的时候


3.上电复位(上电的时候需要复位)

            

复位方式:

1.上电复位: --- 一定要有

MCU的Reset是复位引脚,当这个引脚为低电平时,单片机会产生复位。              


2. 按键复位:--- 可有可无(看需求)

K10按下,产生复位动作

 

这是阻容复位电路。当复位引脚低电平的时候复位。当上电的瞬间,C13电容开始充电,电容处于短路状态,电容上面的电压为低电平,此时MCU复位引脚被拉低,MCU执行复位,这样就实现了上电的时候复位功能了。


实际上,单片机内部也有上电复位电路,那么我们之所以还要在单片机外部加上复位电路的原因是:因为外部上电复位电路复位时间较长,较长的复位时间,可以使得等电源、系统充分稳定后,MCU再来启动并执行程序,保证了MCU、系统正常运行。


注意:由于电容的精度不够,而且电容还会受到温度的影响,存在温漂,所以阻容复位电路的延时并不精确。但是,阻容复位电路可以满足绝大部分的需要了。


上电复位的目的:

1.等待供电电源、系统稳定后,再来启动MCU,执行程序,否则MCU、系统无法正常运行。


2.复位会初始化部分寄存器


注意R21和C13的选择(一般选择10k电阻,104电容就可以,即:延时大约10uS)。其中,电容不能选择太小,否则C13电容很快就充满电了,那么此时电容上面就不是低电平了,但是,很有可能此时电源、系统还没有到达稳定状态。那么芯片供电电源、系统不稳定,就会导致MCU和整个系统工作有问题,有可能MCU时而启动成功,时而启动失败。


晶振电路:


        

单片机内部集成的HSI时钟源是就是RC振荡器。


 


晶振电路在布线的时候,尽量靠近单片机,因为晶振引脚,PCB走线也有电容电阻效应。

晶体振荡器分为无源晶振和有源晶振两种类型。


无源晶振:

无源晶振与有源晶振的英文名称不同,无源晶振为 crystal(晶体),而有源晶振则叫做 oscillator(振荡器)。


无源晶振是有2个引脚的无极性元件,需要借助于时钟电路才能产生振荡信号,自身无法振荡起来,所以“无源晶振”这个说法并不准确;有源晶振有 4只引脚,是一个完整的振荡器,其中除了石英晶体外,还有晶体管和阻容元件,因此体积较大。


无源晶振和有源晶振的区别很多时候是大家直接通过观察了解到的 。尤其是针对 2520贴片晶振,3225贴片晶振, 5032贴片晶振 ,并且是四脚封装的石英晶振来说, 包括有源晶振,也包括无源晶振。


有源晶振

有源晶振通常的用法:一脚悬空,二脚接地,三脚接输出,四脚接电压。


有源晶振不需要DSP的内部振荡器,信号质量好,比较稳定,而且连接方式相对简单(主要是做好电源滤波,通常使用一个电容和电感构成的 PI 型滤波网络,输出 端用一个小阻值的电阻过滤信号即可),不需要复杂的配置电路。相对于无源晶体,有源晶振的缺陷是其信号电平是固定的,需要选择好合适输出电平,灵活性较 差,而且价格高。


有源晶振是由石英晶体组成的,石英晶片之所以能当为振荡器使用,是基于它的压电效应:在晶片的两个极上加一电场,会使晶体产生机械变形;在石英晶片上加上 交 变电压,晶体就会产生机械振动,同时机械变形振动又会产生交变电场,虽然这种交变电场的电压极其微弱,但其振动频率是十分稳定的。

当外加交变电压的频率与 晶片的固有频率(由晶片的尺寸和形状决定)相等时,机械振动的幅度将急剧增加,这种现象称为“压电谐振”。


压电谐振状态的建立和维持都必须借助于振荡器电路才能实现。图 3 是一个串联型振荡器,晶体管 T1 和 T2 构成的两级放大器,石英晶体 XT 与电容 C2 构成 LC 电 路。在这个电路中,石英晶体相当于一个电感,C2 为可变电容器,调节其容量即可使电路进入谐振状态。该振荡器供电电压为 5V,输出波形为方波。



晶振的起振原理:

模拟器件搭建正弦波震荡电路_电路设计_乌云踏雪


ESP8266物联网开发板设计3 ---晶振起振原理_物联网_乌云踏雪


UART、RS232、RS485它们之间的区别:

UART,是通用异步收发传输器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter),既然是“器”,显然,它就是个设备而已,要完成一个特定的功能的硬件,它本身并不是协议。那么它要完成什么功能呢?它的最基本功能,是串行数据和并行数据之间的转换。


这就是UART做的最基本工作,进一步的,它还要控制“发车的班次”,比如确认一个Byte的这8个bit是什么时候开始的,又是什么时候结束的,两个班次之间至少要隔多长时间的缓冲,等等。这一部分,也具有协议的特征,但是相对于道路上的协议,更具有一般性,或曰,是与车在什么道路上开,相对独立的。

RS232/RS485,是两种不同的电气协议,也就是说,是对电气特性以及物理特性的规定,作用于数据的传输通路上,它并不内含对数据的处理方式。比如,最显著的特征是:RS232使用3-15v有效电平,而UART,因为对电气特性并没有规定,所以直接使用CPU使用的电平,就是所谓的TTL电平(可能在0~3.3V之间)。更具体的,电气的特性也决定了线路的连接方式,比如RS232,规定用电平表示数据,因此线路就是单线路的,用两根线才能达到全双工的目的;而RS485, 使用差分电平表示数据,因此,必须用两根线才能达到传输数据的基本要求,要实现全双工,必需用4根线。但是,无论使用RS232还是RS485,它们与UART是相对独立的,但是由于电气特性的差别,必须要有专用的器件和UART接驳,才能完成数据在线路和UART之间的正常流动。


UART、RS232、RS485它们实际上都是串口上面的属性,只不过它们的功能不一样。UART的功能是将串行转并行,而RS232、RS485是一种电平标准


UART和RS232/RS485的关系是什么?_hututu_404的博客-CSDN博客_uart和485的区别 串口通讯是电子工程师和嵌入式开发工程师面对的最基本问题,RS232则是其中最简单最常用的通讯方式。但是初学者往往搞不清有关的名词如UART和RS232或RS485之间是什么关系,因为它们经常被放到语句中同等的位置使用。在百度搜索二者的区别,可以看到排在最前面的答案充斥着混淆的概念。就此,谈谈我对这几个概念的理解,希望能帮初学者厘清它们之间的关系。~~       通讯问题,和交通是一样的...https://blog.csdn.net/u013178472/article/details/81226780


TTL电平信号:


TTL电平标准:


输出 L: <0.8V ;


输出 H:>2.4V。


输入 L: <1.2V ;


输入H: >2.0V。


TTL电平信号之所以被广泛使用,原因是:通常我们采用二进制来表示数据。而且规定,+5V等价于逻辑“1”,0V等价于逻辑“0”。这样的数据通信及电平规定方式,被称做TTL(晶体管-晶体管逻辑电平)信号系统。


TTL电平长距离传输不了,抗干扰不行,衰减也大。长距离传输过程只能用RS232电平或者485电平,后者更远,在发送部分将TTL转换后,传输,接收部分再将传输电平转换为TTL电平。TTL作为逻辑电平很好,但是长距离传输确实能力有限。


RS232串口

RS232是计算机与通信工业应用中最广泛一种串行接口。它以全双工方式工作,需要地线、发送线和接收线三条线。RS232只能实现点对点的通信方式。

   RS232串口缺点

    ●接口信号电平值较高,接口电路芯片容易损坏。

    ●传输速率低,最高波特率19200bps。

    ●抗干扰能力较差。

    ●传输距离有限,一般在15m以内。

    ●只能实现点对点的通讯方式。

   RS232串口接口定义

    RXD:接收数据,TXD:发送数据,GND/SG:信号地。


逻辑1(MARK)=-3V~-15V


逻辑0(SPACE)=+3~+15V


 RS485串口

      RS485串口特点

    ●RS485采用平衡发送和差分接收,具有良好的抗干扰能力,信号能传输上千米。

    ●RS485有两线制和四线制两种接线。采用四线制时,只能实现点对多的通讯(即只能有一个主设备,其余为从设备)。四线制现在很少采用,现在多采用两线制接线方式。

    ●两线制RS485只能以半双式方式工作,收发不能同时进行。

    ●RS485在同一总线上最多可以接32个结点,可实现真正的多点通讯,但一般采用的是主从通信方式,即一个主机带多个从机。

    ●因RS485接口具有良好的抗干扰能力,长的传输距离和多站能力等优点使其成为首选的串行接口。    


通常情况下,发送驱动器A、B之间的正电平在+2~+6V,负电平在-2~6V,另有一个信号地C。


USB电平:


电源线是5V,为USB设备提供最大500mA的电流,它与数据线上的电平无关,数据线是差分信号,通常D+和D-在+400mV~-400mV间变化,在传统的单端(Single-ended)通信中,一条线路来传输一个比特位。高电平表示1,低电平表示0。倘若在数据传输过程中受到干扰,高低电平信号完全可能因此产生突破临界值的大幅度扰动,一旦高电平或低电平信号超出临界值,信号就会出错。在差分传输电路中,输出电平为正电压时表示逻辑“1”,输出负电压时表示逻辑“0”,而输出“0”电压是没有意义的,它既不代表“1”,也不代表“0”。


CMOS电平


COMS集成电路是互补对称金属氧化物半导体(Compiementary symmetry metal oxide semicoductor)集成电路的英文缩写,电路的许多基本逻辑单元都是用增强型PMOS晶体管和增强型NMOS管按照互补对称形式连接的,静态功耗很小。


COMS电路的供电电压VDD范围比较广在+5~+15V均能正常工作,电压波动允许±10,当输出电压高于VDD-0.5V时为逻辑1,输出电压低于VSS+0.5V(VSS为数字地)为逻辑0。CMOS电路输出高电平约为0.9Vcc,而输出低电平约为0.1Vcc当输入电压高于VDD-1.5V时为逻辑1,输入电压低于VSS+1.5V(VSS为数字地)为逻辑0。CMOS电路中不适用的输入端不能悬空,否则逻辑混乱。


USB转串口电路:

这是一个USB接口电路,连接电脑。

      

CH340是一个usb转串口的芯片(USB电路为5V,所以CH340芯片也是5V供电)。当然,串口的电平标准有很多,这里我们可以看到,我们是将USB转换为TTL电平,通过UART来与CPU进行通信。


CH340的接收端RXD与CPU的发送端UART1 TX  相连接,即CPU通过TX发送消息给CH340的RXD接收,然后CH340又通过UD+将信息发送给USB接口。


同理,CH340的接收端TXD与CPU的发送端UART1 RX  相连接。CH340通过UD-接收来自USB接口发送的信息,而CPU则通过RX来接收由CH340的TXD发送的信息。


注意:CH340也需要用外部晶振电路来驱动。因为它需要在时钟的基础上面来发送/接收数据。


那为什么红框处要加一个二极管D4?


我们可以看到,CH340芯片是5V供电,而cpu是3.3V供电。当cpu的UART1 RX接收来自CH340的TXD发送的数据的时候,此时D4二极管截止,D4二极管的阳极就为上拉电阻提供的3.3V,而不是CH340芯片的5V。那么此时,cpu识别到的电平就是TTL电平3.3V,而不是5V电平。

        

注意:有的芯片供电是3.3V,它是不需要加这个二极管和上拉电阻的。

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