• <pre id="rw7vf"></pre>

            1. <strike id="rw7vf"></strike>

            2. <pre id="rw7vf"><small id="rw7vf"></small></pre>
              0
              • 聊天消息
              • 系統消息
              • 評論與回復
              登錄后你可以
              • 下載海量資料
              • 學習在線課程
              • 觀看技術視頻
              • 寫文章/發帖/加入社區
              創作中心

              完善資料讓更多小伙伴認識你,還能領取20積分哦,立即完善>

              3天內不再提示

              單片機最小系統電路和PCB設計案例

              DXP設計 ? 來源:做硬件的許老板 ? 2024-01-02 10:36 ? 次閱讀

              7333c8a2-a6ed-11ee-8b88-92fbcf53809c.png

              寫在前面

              本文以STM32F401RCT6為例,講解單片機最小系統的設計方法,以及一些相關的原理。

              上圖所示即為單片機最小系統電路,我們將其分為三個部分,即電源電路、復位電路、時鐘電路。在了解最小電路之前,我們先看看下面幾個問題

              設計最小系統電路的時候,常常在芯片的VDD和VSS之間連接一個104電容,為什么這些電容要放得離引腳足夠近?

              VDD和AVDD有什么區別?VSS和AVSS又有什么區別?

              同樣是接地,為什么會有AGND和GND?為什么又會有VCC和AVCC?這些不同的電源和地在PCB設計的時候有什么注意事項?

              為什么兩個標上OSC的引腳上都需要接晶振?這兩個引腳有什么不同嗎?晶振的作用是什么?

              復位電路是如何實現復位的?單片機復位的具體原理是什么?

              VCAP引腳為什么需要接2.2uF電容?這跟芯片的供電有什么關系嗎?

              如果這幾個問題難不倒你,那么本文的內容你也已經不需要再看了。如果你看懵了,那我們接下來就一個一個解決這些問題。

              旁路電容和電源濾波

              73506a48-a6ed-11ee-8b88-92fbcf53809c.png

              7363866e-a6ed-11ee-8b88-92fbcf53809c.png

              細心的朋友應該也發現了,放置的100nF電容的數量,正好和VDD、VSS引腳的數量相同。因此,在PCB設計時,需要把這些電容放置得距離芯片引腳足夠近,這些電容也被稱為旁路電容。

              我們都知道,電容很重要的一個作用就是濾波,因此在供電電路中,經常需要放置電容來濾除雜波,使得高電平的電壓值更加穩定。因此,旁路電容的作用就是濾波。如果這些旁路電容距離單片機的VSS、VDD引腳太遠,就有可能導致濾波后的電平在傳輸過程中又產生了雜波,使得單片機的輸入輸出電壓參考出現了不準確的問題。

              同樣的道理,AVCC和AGND之間的電容則需要放置在AVDD和AVSS之間,那么這就需要說到模擬信號數字信號之間電路分割的問題了。

              為了防止串擾,我們在設計PCB的時候常常會將模擬信號的電路和數字信號的電路分開,并在接地處僅僅使用一根銅導線連接。這里也是一樣,理論上AVCC和VCC的電平是一樣的,但是只能分開供電,因為模擬信號是具有連續性的,連在一起會干擾到數字信號的電平參考。

              為什么AGND和GND需要用一根銅線相連?

              因為整個板子需要共地。我們需要理解清楚的是,電流是從高電平流向低電平的,那么最后就必然會流回GND,而模擬信號是以不同大小的電平,數字信號卻只有高電平和低電平之分,因此,如果將整塊板子的GND都連接到一起,就會導致錯誤的回流。比如,我們的外設電路中有一個ADC采樣采集到了2V的電壓,如果這個時候的高電平參考是3.3V,那么就必須防止從這個2V高電平流出來的電流流入VSS引腳,而只能讓其流入AVSS引腳。而實際上,我們又需要保證GND和AGND的電平一致,所以就采取了這種多點接地的方式。

              時鐘電路

              設計單片機的時鐘電路就必須先了解單片機時鐘信號的發生機制?!禨TM32F4xx參考手冊》中有這么一張時鐘樹

              7375c388-a6ed-11ee-8b88-92fbcf53809c.png

              相信用過STM32CubeMX進行工程配置的小伙伴應該不會感到陌生。STM32可以使用三種不同的時鐘源來驅動系統時鐘 (SYSCLK),即HSI振蕩器時鐘、HSE振蕩器時鐘和主PLL時鐘。對于每個時鐘源來說,在未使用時都可單獨打開或者關閉,以降低功耗。

              在這個時鐘樹里面,我們可以看到下圖紅框里的四個引腳,對應的就是我們時鐘電路的引腳??梢钥吹?,在OSC32_IN和OSC32_OUT兩個引腳內部,標注的是LSEOSC 32.768kHz,在OSC_OUT和OSC_IN內部,標注的是4-26MHz HSE OSC。

              73872920-a6ed-11ee-8b88-92fbcf53809c.png

              細心的小伙伴應該發現了,OSC32引腳連接的晶振剛好是32.768kHz,OSC引腳連接的晶振是8MHz,正好介于4-26MHz之間。這里就要說到單片機的HSE時鐘和LSE時鐘了

              HSE時鐘

              HSE為高速外部時鐘信號(High-speed external clock),該信號有兩個時鐘源

              外部用戶時鐘

              外部用戶時鐘是通過外部輸入占空比約為 50% 的外部時鐘信號(方波、 正弦波或三角波)來驅動 OSC_IN 引腳,同時OSC_OUT引腳保持高阻態。該方法適用于有外部時鐘源,或者有其他信號發生器能夠提供信號的情況。

              外部晶振/陶瓷諧振器

              這也是我們設計電路時常常采用的方法,它的特點是精度高。

              738b6512-a6ed-11ee-8b88-92fbcf53809c.png

              外部晶振的頻率范圍為4MHz~26MHz,本系統采用8MHz石英晶體作為系統的外部時鐘源,該高速外部時鐘可以直接作為系統時鐘或者PLL輸入。

              大家可能會好奇,為什么這里的晶振兩端要并聯一個1MΩ電阻呢?

              在無源晶振應用方案中,兩個外接電容能夠微調晶振產生的時鐘頻率。而并聯1MΩ電阻可以幫助晶振起振。因此,當發生程序啟動慢或不運行時,可以給晶振并聯1MΩ的電阻。這個1MΩ電阻可以增加電路中的負性阻抗,縮短了晶振起振時間,達到了晶振起振更容易之目的。

              假設電路中無任何的擾動信號,那么晶振就不可能起振。因為一般的電路都有擾動信號,所以許多反相門電路中都不加這個電阻,但有個別的反相門電路不加這個電阻就不能起振,因為擾動信號強度不夠。同時,并聯1MΩ電阻還能夠增加振蕩電路的穩定性,有時候也給晶振同時串聯一個100Ω的電阻,用以減少晶振的頻率偏移程度。

              這里需要注意的時,給晶振并聯電阻不能太小,串聯電阻不能太大。否則,在溫度較低的情況下不易起振。

              LSE時鐘

              LSE 晶振是 32.768 kHz 低速外部 (Low-speed external clock) 晶振或陶瓷諧振器,可作為實時時鐘外設 (RTC) 的 時鐘源來提供時鐘/日歷或其它定時功能,具有功耗低且精度高的優點。

              與HSE時鐘類似,可以利用方波、三角波等信號驅動OUC32_IN引腳來實現外部時鐘源。同樣,也可以使用32.768 kHz晶振起振來實現時鐘信號的發生,其電路設計方法和HSE類似。

              復位電路

              在STM32中,共有三種類型的復位,分別為系統復位、電源復位備份域復位。關于這三種復位的方式有很多種,比如NRST引腳輸入低電平、窗口看門狗計數結束、獨立看門狗計數結束等。我們這里需要設計的電路就是NRST引腳低電平輸入電路。

              有人可能會有疑惑,NRST輸入低電平的電路有什么好設計的?

              的確沒什么好設計的,我們這里采取的是按鍵復位的方式,只需要讓按鍵按下后,NRST引腳電平拉低即可。唯一需要說的就是按鍵的硬件消抖,我這里放置抖動的方法是電容濾波。同時,NRST引腳需要通過一個上拉電阻,保證其在按鍵松開狀態下處于高電平。

              739ca87c-a6ed-11ee-8b88-92fbcf53809c.png

              由于我采用的芯片封裝是LQFP64,即芯片只有64個外露的引腳,因此沒有電源監視開關控制管腳,即PDR_ON。這里需要注意的是,在有該引腳的芯片中,當PDR_ON接+3.3V時則為開啟電源監視器,當PDR_ON接GND時則為關閉電源監視器。只有當PDR_ON接高電平+3.3V時,系統上電復位電路才會正常工作實現上電復位的功能。

              嵌入式線性調壓器

              嵌入式線性調壓器為備份域待機電路以外的所有數字電路供電。調壓器輸出電壓約為 1.2 V。此調壓器需要將兩個外部電容連接到專用引腳 VCAP_1 和 VCAP_2,所有封裝都配有這兩個引腳。為激活或停用調壓器,必須將特定引腳連接到 VSS 或 VDD。具體引腳與封裝有關,我們這里選的封裝是LQFP64,只有一個VCAP引腳,因此只需要連接一個電容。

              73b6421e-a6ed-11ee-8b88-92fbcf53809c.png

              查閱《STM32F4xx參考手冊》,即可知道VCAP需要連接一個2.2uF電容接地,如圖所示

              73c187dc-a6ed-11ee-8b88-92fbcf53809c.png







              審核編輯:劉清

              聲明:本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用,如有內容侵權或者其他違規問題,請聯系本站處理。 舉報投訴
              • 單片機
                +關注

                關注

                5978

                文章

                43753

                瀏覽量

                617763
              • pcb
                pcb
                +關注

                關注

                4178

                文章

                22160

                瀏覽量

                382503
              • STM32
                +關注

                關注

                2225

                文章

                10618

                瀏覽量

                347133
              • PCB設計
                +關注

                關注

                391

                文章

                4511

                瀏覽量

                82885
              • 電源濾波
                +關注

                關注

                4

                文章

                71

                瀏覽量

                13748
              • GND
                GND
                +關注

                關注

                2

                文章

                490

                瀏覽量

                37866
              • STM32F401
                +關注

                關注

                1

                文章

                16

                瀏覽量

                10370

              原文標題:【電子設計】單片機最小系統電路和PCB設計

              文章出處:【微信號:HGL-DXP2004,微信公眾號:DXP設計】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

              收藏 人收藏

                評論

                相關推薦

                PCB單片機最小系統

                PCB自己畫出來的單片機最小系統 大家感興趣的可以過來看看。。。
                發表于 05-17 08:04

                51單片機最小系統PCB設計

                本帖最后由 mikegody 于 2016-1-2 20:42 編輯 51單片機最小系統PCB設計,又重新發了。查看鏈接:http://www.taishanqishi188.com/soft/22/163/2015/20151228
                發表于 10-03 12:15

                Atmega16A單片機最小系統PCB設計的相關資料分享

                多都沒完成。在這建模剛剛結束的一段時間,我重新溫習了一下AD的操作界面,終于完成了如標題所說的Atmega16A單片機最小系統PCB設計工作。在此,分享給大家!Atmega16A單片機
                發表于 11-10 07:32

                單片機最小系統是指什么

                、復位電路,如圖 2-1 所示:這張最小系統電路圖節選自我們的 KST-51 開發板原理圖,下面我們就照這張電路圖來具體分析最小系統的三要
                發表于 02-23 06:42

                單片機最小系統PCB資料

                單片機最小系統PCB資料
                發表于 12-22 15:21 ?6次下載

                單片機最小系統為載體探究PCB設計開發流程

                單片機最小系統為載體探究PCB設計開發流程,感興趣的小伙伴們可以看看。
                發表于 07-18 15:06 ?0次下載

                PCB單片機最小系統

                這是包含許多功能的單片機最小系統單片機開發板pcb文件
                發表于 11-23 11:11 ?17次下載

                什么是單片機最小系統

                單片機最小系統,或者稱為最小應用系統,是指用最少的元件組成的單片機可以工作的系統。 對51系列
                的頭像 發表于 03-05 09:14 ?7.3w次閱讀
                什么是<b class='flag-5'>單片機</b><b class='flag-5'>最小系統</b>

                單片機最小系統PCB設計

                本文主要介紹了單片機最小系統PCB設計.
                發表于 06-26 08:00 ?0次下載
                <b class='flag-5'>單片機</b><b class='flag-5'>最小系統</b><b class='flag-5'>PCB設計</b>

                51單片機最小系統是什么?51單片機最小系統電路介紹

                單片機最小系統,或者稱為最小應用系統,是指用最少的元件組成的單片機可以工作的系統。 對51系列
                發表于 08-12 17:33 ?40次下載
                51<b class='flag-5'>單片機</b><b class='flag-5'>最小系統</b>是什么?51<b class='flag-5'>單片機</b><b class='flag-5'>最小系統</b>的<b class='flag-5'>電路</b>介紹

                單片機最小系統PCB電路原理圖免費下載

                本文檔的主要內容詳細介紹的是單片機最小系統PCB電路原理圖免費下載。
                發表于 07-03 08:00 ?24次下載
                <b class='flag-5'>單片機</b><b class='flag-5'>最小系統</b>的<b class='flag-5'>PCB</b>和<b class='flag-5'>電路</b>原理圖免費下載

                單片機最小系統PCB板的設計

                單片機最小系統PCB板的設計方法介紹。
                發表于 05-28 14:52 ?0次下載
                <b class='flag-5'>單片機</b><b class='flag-5'>最小系統</b>的<b class='flag-5'>PCB</b>板的設計

                單片機最小系統

                單片機最小系統單片機最小系統來源單片機最小系統為什么稱之為
                發表于 11-17 12:36 ?20次下載
                <b class='flag-5'>單片機</b><b class='flag-5'>最小系統</b>

                單片機最小系統

                單片機最小系統單片機最小系統來源單片機最小系統為什么稱之為
                發表于 11-17 13:06 ?11次下載
                <b class='flag-5'>單片機</b><b class='flag-5'>最小系統</b>

                單片機最小系統

                單片機最小系統單片機最小系統來源單片機最小系統為什么稱之為
                發表于 11-23 16:51 ?32次下載
                <b class='flag-5'>單片機</b><b class='flag-5'>最小系統</b>
                91在线探花成人网站