开发板硬件结构.docx

1、开发板硬件结构第一章 开发板硬件结构OpenM3V开发板，是作者专门为本书设计的硬件原型， 采用了 ST公司基于M3核的STM32F103VB ,可通过ISP下载及JTAG方式调试和下载。开发板上提供了众多的功能部件，都是工程师在实际应用中常用和必需要使用的模块，充分使用这 些模块能尽可能的发挥 STM32系列的性能。这些功能模块包括有键盘和 LED灯功能部件；I2C方式接口的EEPROM储存器电路；两个 RS232串口电路；简单AD采集电路，语音AD采集电路；CAN接口电路；USB 接口电路；JTAG接口电路；后备供电电路； SPI方式接口的FLASH储存器接口电路模块，SPI方式接口的SD

2、卡电路，SPI方式接口的128*64点阵液晶接口电路，SPI方式接口 2.4G无线通信模块接口电路， SPI方式接口的779 MHz至928MHz频段无线模块接口电路； PWM方式调光电路，PWM方式语音输出电路，连接直流无刷电机驱动板的接口电路等众多功能模块电路，同时结合灵活的跳线，所有的 IO口都可以单独引出，极大的方便读者进行嵌入式开发实验。1.1电路原理图OpenM3V 开发板硬件原理图如图 1-1-1，1-1-2，1-1-3，1-1-4，1-1-5所示。图1-1-1 芯片最小系统部分图 1-1-31.2 原理图说明1.8V电源。当主1.2.1 电源电路STM32系列的工作电压（VDD

3、）为2.03.6V。通过内置的电压调节器提供所需的电源VDD掉电后，通过VBAT脚为实时时钟（RTC）和备份寄存器提供电源。 OpenM3V开发板电源电路如 图1-2-1所示，使用USB 口输入5V电源，通过电容滤波和电感对瞬态电流的限制，使用 LM1117为系统提供稳定的3.3V电源。当系统供电后，有一指示灯被点亮，提示系统处于供电状态。图1-2-1 电源电路STM32F103V系列具有独立的模拟电源引脚，为了提高模拟系统的抗噪性，模拟部分应该与数字部分分开供电，如图1-2-2所示。在电路上，使用 L1，L2 ，C5, C6用于模拟电路部分隔离来自数字电路部分的噪声。L2VCC5.0图 1-

4、2-21.2.2系统复位电路在STM32系列芯片中，由于有完善的内部复位电路， 外部复位电路就特别简单， 只需要使用阻容复位方式就可以，图1-2-3是系统的复位电路。图1-2-3 复位电路图123时钟电路STM32系列的控制器可以使用外部晶振或外部时钟源，经过内部 PLL或不经过内部 PLL为系统提供参考时钟，也可以使用内部 RC振荡器经过或不经过内部 PLL为系统提供时钟源。当使用外部晶振作为系统时钟源时，外部晶振的频率在 4MHz 16MHz，可以为系统提供精确的系统参考源。OpenM3V开发板使用8MHz外接晶振为系统提供精确的系统时钟参考，使用 32.768kHz低速外部晶体作为RTC

5、时钟源，连接到芯片的 PC14 PC15脚。具体电路见图1-2-4所示图1-2-4晶振电路图1.2.4 JTAG 接口电路OpenM3V开发板采用标准14脚JTAG仿真调试接口。14脚JTAG仿真调试接口信号定义 与STM32F103VB连接如图1-2-5所示。注意，当用户不使用JTAG 口，而是作为普通IO 口使用 时，要注意其口线上的上拉和下拉电阻的影响，当然也可以焊下这些电阻不用。图1-2-5 JTAG接口电路1.2.5 串口电路STM32系列芯片有2-5个不等异步串口，STM32F103VB拥有3个异步串口。开发板通过一片 MAX3232 把串口 1和串口 2的3.3V电平转换为RS2

6、32电平。通过一个跳线组 J5,可以把这些端口与串口部分电路断开 或相连接。当跳线帽短接时，连接芯片引脚的到串口电平转换电路，当跳线帽断开时，这些脚可以作为通用10 口用。开发板上，STM32F103VB 的 PA10 （ 69脚）对应 RX1 , PA9 （68脚）对应 TX1 , PA3 （26脚）对应 RX2 , PA2 （25脚）对应TX2。这两个串口的数据发送端连接到 DB9母头的2号脚，数据接收端连接到 DB9母头的3号脚，DB9接头与PC机串口相接时，使用直连串口线相连接。同时串口 1可以作为程序ISP下载的接口。具体电路见图1-2-6所示图1-2-6 串口电路图1.2.6键盘电

7、路OpenM3V开发板有独立的7个按键，分别为K1 K7,如图1-2-7所示所示。由于STM32F系列芯片的 每一个引脚都可以定义为中断脚，也可以定义这些按键作为外部中断输入口，或用作唤醒在睡眠或停机 状态的CPU。开发板上，PE0连接K1,PE1连接K2PE6连接K7。虽然所有的STM32F系列芯片内部都有上拉和下 拉选项，在此处加上上拉电阻只是更好的说明这个上拉电阻的作用。在对功耗要求很严的应用中，按键 的上拉电阻阻值应相应取大一点，以减少这一部分的电流消耗。在按键的两端，加上一个电容，它能旁 路掉一定量的键盘按下和松开时的抖动，其值在 0.1uF到1.0uF间，此处采用0.1uF电容。按

8、键按下时，采集到的电压值为低，按键松开时，采集到的电压值为高。通过判断连接到芯片 IO 口电压的高低来判断按键的状态。图1-2-7按键电路图1.2.7 LED灯电路OpenM3V开发板有独立的8个LED灯，使用10 口来控制，分别是使用 PD0控制LED1 , PD1控制LED2PD7控制LED8。当10 口为高电平时，LED灯灭，当10 口为低电平时，LED灯亮。具体电路如图1-2-8 所示。图1-2-8 LED电路图同时还有一路使用PWM来模拟DAC输出可以调光输出的LED灯，电路如图1-2-9所示。PWM_V连接 芯片的PD14脚，也即重映射TIM4的CH3脚。R5 I VCC3.0IK

9、图1-2-9 PWM驱动电路图1.2.8 I2C接口电路STM32F103VB具有2路均支持400KHZ高速通信模式的硬件I2C电路接口。在开发板上使用一片具有I2C接口的EEPROM储存器芯片24C02，可以通过I2C接口实现数据的读写等操作。 电路图如图1-2-10所示,24C02连接到STM32F103VB的I2C_2接口，使用跳线J6与系统相接。只有到跳线帽短接时， I2C_2接口的连接到24C02芯片上，当断开时，I2C_2接口可以用作普通的IO 口。I2C总线上拉电阻的值与总线速度有关，当总线速度高达 400KHZ时，应使用1K的电阻，可以实现快速的总线上升和下降变化。当使用标志的

10、 100KHZ总线速度时，可以选用 5.6K或10K总线上拉电阻，以降 低总线操作时的功率消耗。为了兼容高速总线，此处选用 1K总线上拉电阻。图1-2-10 24C02接口电路图1.2.9ADC电路STM32F103VB具有2个12位模数转换器，共有17个通道，转换速率高达lOOOKHz。具有独立的参考 电源引脚。开发板通过跳线 J12可以选择经过隔离的3.3V或语音采集电压参考，也可以直接从需要的地方 引入参考电压。注意J12跳线最多只能选择一个，开发板初始状态时参考源选择 VREF_3.3。具体跳线电路如图1-2-10J12图1-2-11 ADC参考跳线图OpenM3V开发板提供一路直流电

11、压测量电路，一路语音采集电路。直流电压采集电路如图 1-2-12所示，直流电压连接到 ADC_13脚。可调电阻调节输入到 ADC的电压，在VIN点可以通过万用表测出电压 值。开发板上直接使用电源作为参考源，不能满足高精度的电压测量，也没有发挥出 12位ADC的性能，如果需要完全发挥 STM32F103VB芯片ADC的性能，需要使用精密参考源引入 VREF+脚。 prS ADC3 TNR46WC3 0| 4/K图1-2-12直流电压采集电路1.2.10 USB 电路USB外设实现了 USB2.0全速总线接口。 USB外设支持USB挂起/恢复操作，可以停止设备时钟 实现低功耗。ST-EasyM3开

12、发板通过US醱口提供电源，接口电路如图 1-2-13所示。通过J2跳线可以断开和接通 USB电路，通过J1可以选择通过CPU控制上拉还是始终选择上拉。 如果选择CPU来控制上拉，则通过 PC11来控制。USE B图1-2-13 USB接口电路1.2.11 CAN 电路bxCAN是基本扩展 CAN(Basic Extended CAN)的缩写，它支持 CAN协议2.0A和2.0B。它的设计 目标是，以最小的CPU负荷来高效处理大量收到的报文。 它也支持报文发送的优先级要求(优先级特性可 软件配置)。CAN主要用于对安全紧要的应用， bxCAN提供所有支持时间触发通信模式所需的硬件功能。STM32

13、F103VB芯片有一路硬件CAF接口，电路图1-2-14所示。通过跳线J3来连接和断开芯片与 CAN区动 的连接，使用65HVD23驱动芯片连接到CAt总线上。使用J4跳线来选择使用使用终端 200欧网络电阻。图1-2-14 CAN 接口电路图1.2.12语音采集和语音播放电路STM32F103VB芯片拥有性能优越的 ADC和高效的PWM输出，可以充分使用芯片的资源来进行语音 的采集和语音输出。图1-2-15是语音采集和语音输出的电路图。语音采集使用ADC_1，使用语音采集时，ADC参考源要选择（J12）VREF_MIC。语音采样使用18KHz/S 的采样频率，使用12位数据。语音输出PWM频

14、率为18K，与语音采样速率一样。我们可以通过PC机或MP3等设备输入音频信号，通过 STM32采集，然后通过PWM方式输出来，通过 扬声器或耳机复现，实现语音采集和语音播放。图1-2-15语音采集和播放电路1.2.13 SPI接口电路串行外设接口 （SPI）允许芯片与外部设备以半 /全双工、同步、串行方式通信。此接口可以被配置成主 模式，并为外部从设备提供通信时钟 （SCK）。接口还能以多主配置方式工作。它可用于多种用途，包括使用一条双向数据线的双线单工同步传输。STM32F103VB具有2路SPI接口，最高速度可以达到 18MHz。ST-EasyM3开发板上拥有众多的 SPI 接口设备，通过

15、 SPI可以很容易的连接众多设备，实现与这些设备的高速通信。开发板上的SPI接口设备非常丰富， 有2.4G无线模块接口，863MHz 925MHz频率无线模块接口， SD卡接口，128*64点阵液晶接口， FLASH储存器接口和 TF/SD卡接口。12.4G无线接口，其电路如图 1-2-16所示。通过J8跳线来连接和断开与 2.4G无线模块控制口线 与芯片的连接。L4和C22及C23为无线模块电源进行滤波， 保证无线模块电源的干净度。 STM32F103VB芯片的SPI2接口与无线模块的 SPI接口相连。图1-2-16 2.4G无线模块2830MHz 925MHz无线模块接口，其电路如图 1-

16、2-17所示。通过J11来接通和断开芯片与模块的连接。L5、C56和C57为无线模块电源进行滤波，以保证无线模块电源的干净度。 STM32F103VB芯片的SPI1与无线模块的SPI接口相连。图 1-2-17 ISM工业频段无线模块3128*64点阵LCD模块接口，其电路如图 1-2-18所示。通过J7跳线来连通和断开芯片与 LCD点阵模块的连接。在开发板上，相应的放置了点阵液晶模块所必须的元器件。当要使用点阵液晶模块时，J7跳线必须全部短接。图1-2-18 128*64点阵模块接口电路4SD/TF卡接口，其电路如图1-2-19所示。通过跳线J9来选通和断开芯片与 SD/TF卡的连接。通 过S

17、D_POWER 口线来控制 SD/TF卡的供电，可以重新复位 SD/TF卡。通过对SD_FIND 口线电平的判断， 来识别SD/TF卡是否插入。当 SD/TF卡供电时，LED11灯将被点亮。图1-2-19 TF/SD卡接口电路5FLASH储存器接口，其具体电路如图 1-2-20所示。通过J10跳线来接通和断开芯片与 FLASH 储存器的连接。在开发板上有一片具有 SPI接口的FLASH储存器芯片SST25V016B，可以通过SPI接口 高速的实现数据的读和写操作， SST25V016B连接到芯片的SPI2接口。图1-2-20 FLASH接口电路1.2.14电机驱动板接口电路STM32F系列芯片

18、中，至少有一个高级定时器，这个定时器的许多功能是为方便控制电机设立的。开发板上的电机驱动板接口，其具体电路如图 1-2-21所示。在J13接口中引入了 T1_CH1、T1_CH1N、T1_CH2、T1_CH2N、T1_CH2、T1_CH2N 用于控制电机的三相六极； T3_1_H1、T3_2_H2、T3_3_H3 用 于连接霍尔传感器， T4_1_B1、T4_2_B2用于连接编码器；ADC_1、ADC_2、ADC_3、ADC_T用于采集 三相电流和驱动板上的温度； T1_BKIN用作紧急按钮用。同时可以为开发板提供 3.3V和5.0V电源。JP13图1-2-21电机驱动板接口1.3开发板兀器件

19、布局图OpenM3V开发板原件布局如图1-3-1所示。1.3.1跳线器说明Ope nM 3V开发板跳线器说明一览表见表 1-3-1 。表1-3-1跳线器说明表跳线器IO 口跳线选择功能说明J1PC11USB_ABLE此为三端跳线，短接 USB_ABLE端时，由PC11控制上拉，短接 地时，联通上拉电阻。J2PA12USBDP短接时，PA12连接USBDPPA11USBDM短接时，PA11连接USBDM，使用USB时，两个都需短接。J3PB9CANTX短接时，PB9连接CANTXPB8CANRX短接时，PB8连接CANRX，使用CAN时，两个都需短接。J4短接时，连接200欧电阻。J5PA9TX

20、1短接时，PA9连接RS232电平转换芯片PA10RX1短接时，PA12连接RS232电平转换芯片PA2TX2短接时，PA12连接RS232电平转换芯片PA3RX2短接时，PA12连接RS232电平转换芯片J6PB10SCL2短接时，连接24C02的SCL脚PB11SDA2短接时，连接24C02的SDA脚J7PD8LCD A0短接时，PD8连接点阵液晶模块的控制口线PD9LCD REST短接时，PD9连接点阵液晶模块的复位口线PD10LCD SS短接时，PD10连接点阵液晶模块的片选口线PB15MOSI 2短接时，连接点阵液晶模块的 MOSI脚PB13SCK_2短接时，连接点阵液晶模块的 SC

21、K脚，J8 与 2.4G 模块有 关PD11PD短接时，PD11连接2.4G无线模块掉电控制脚PC9IRQ短接时，PC9连接2.4G无线模块中断输出脚PA8RF_SS短接时，PA8连接2.4G无线模块片选脚PD15RSET短接时，PD15连接2.4G无线模块复位脚J9PA0SD POWER短接时，PA0连接SD卡电源电控制脚，PC2SD_FIND短接时，PC2连接SD卡插入判断脚，PA4SD SS短接时，PA4连接SD卡片选脚，PA5SCK1短接时，PA5连接SD卡SCK脚，PA6MISO1短接时，PA6连接SD卡MISO脚，PA7MOSI1短接时，PA7连接SD卡MOSI脚，J10PB12F

22、LASH SS短接时，PB12连接25P80的片选脚，PB13SCK2短接时，PB13连接25P80的SCK脚，PB14MISO2短接时，PB14连接25P80的MISO选脚，PB15MOSI2短接时，PB15连接25P80的MOSI选脚，J11PB7IRQ短接时，PB7连接工业ISM频段无线模块中断输出脚PC0SLP短接时，PB7连接工业ISM频段无线模块功能脚PC1RSET短接时，PB7连接工业ISM频段无线模块复位脚PC13SEL短接时，PB7连接工业ISM频段无线模块片选脚PA5SCK1短接时，PB7连接工业ISM频段无线模块SCK脚PA6MISO1短接时，PB7连接工业ISM频段无线

23、模块MISO脚PA7MOSI1短接时，PB7连接工业ISM频段无线模块MOSI脚J12VREF+VREF MIC短接时，参考电源连接语音转换参考电源点VREF+VREF 3.3短接时，参考电源连接到经过隔离的 3.3V电源上开发板上的众多功能模块，可以通过跳线与芯片连接或断开。开发板上绝大部分采用 2针跳线，跳线器的两边均标记有其相应的功能符号，当跳线短接时， CPU连接功能模块，当跳线断开时，CPU和功能模块断开，可以作为普通的10 口用。在这12个跳线块中，J1,为三端跳线，可以选择跳接GND和USB_ABLE， J12为参考电源跳线块，当使用 ADC模块时，必须选择一个参考源。一般测试可

24、以选用 VREF_3.3，当使用 语音采集电路时，可以选择 VREF_MIC 。切记，参考源只能跳接一个，跳接 VREF_3.3时，就不能接VREF_MIC，反之一样。J5跳线块为接通 UART1和UART2用，当使用UART1时，必须跳接TX1和RX1这两个跳线，当使用UART2时，必须跳接TX2 和RX2。其他的跳线块在使用器功能部件时必须全部跳接上。下面对每一个跳线器做详细 的说明：J1 USB上拉电阻控制J1跳线器，其在开发板上位置见图 1-3-2所示，是惟一的三端跳线器，跳线器的中间引脚连接上拉电阻控制端。当跳线帽跳接到 GND端时，中间引脚连接到 GND，这时控制端口接入低电平，电

25、路导通，使 能上拉电阻。当跳线帽端口跳接到 USB_ABLE端口时，上拉电阻控制端与芯片的 PC11端口相连，当PC11输出高电平时，电路截止，失能上拉电阻，当 PC11输出低电平时，电路导通，使能上拉电阻。这时可以在程序中来控制上拉电阻是否有效。J2 USB 接口通过跳线器J2的选择，STM32F103VB的USB数据引脚USBDP和USBDM连接到USB接口电路和USB 插座上，可以通过 USB进行数据通信。J2跳线器和USB接口在开发板上位置见图1-3-2所示。图1-3-2 USB和CAN功能模块在PCB电路板上的位置图J3 CAN 接口通过跳线J3的选择，STM32F103VB的CAN

26、总线CANRX和CANTX链接到CAN总线驱动器上，可以实 现CAN总线通信。开发板上的CAN总线驱动器没有采用隔离电源和实行电气隔离， 在真正的实际应用中，隔离是必不可少的，由于需要隔离，增加了 CAN总线的使用成本。J3跳线器及CAN接口在开发板上的位置见图1-3-3所示。J4终端网络电阻当此设备处在CAN总线的终端是，通过J4跳线选择接入200欧的终端电阻。当此设备不是CAN总线终 端设备时，去掉J4跳线帽，断开终端电阻。 J4跳线器在开发板上的位置见图 1-3-3所示。J5 UART 串口通过J5跳线器的选择，STM32F103VB的UART1和UART2引脚连接到MAX3232转换芯

27、片上，进而连 通道DB9插座上，从而可以进行串口通信。当短接 RX1和TX1跳线帽时，UART1串口被连接，当短接 RX2和TX2时，UART2串口被连接。UART1和UART2可以独立被连接使用。J5跳线器及串口在开发板上的位 置见图1-3-4所示。图 1-3-4J6 I2C 接口通过跳线器J6的选择，STM32F103VB芯片的I2C总线SCL2和SDA2将与开发板上的24C02相连，芯片 可以通过I2C总线对24C02进行读或写操作。J6和24C02在开发板上具体位置见图1-3-5所示。图 1-3-5J7点阵液晶接口通过跳线器J7的选择，STM32F103VB芯片可以连接到128*64点

28、阵液晶模块上，以驱动液晶模块。芯片通过PD8脚控制液晶模块A0 口，以实现数据和指令的转换，通过 PD9脚来控制液晶模块的复位脚， 通过PD1O脚来作为SPI选择液晶模块的片选脚。液晶模块连接到芯片的 SPI2接口。J7跳线器和128*64液晶模块接口在开发板上的具体位置见图 1-3-6所示。开发板标准配置没有此液晶模块。I ii a J A ill B :c b (1 C O n -j 孕iiiiiiiiinniiiiiiiiiu图 1-3-6J8 2.4G无线模块接口通过跳线器J8的选择，STM32F103VB芯片可以连接到2.4G无线模块上，以驱动无线模块实现数据的 无线通讯完成。开发板

29、上标准配置没有 2.4G无线模块，其具体位置见图 1-3-7所示。J9 SD/TF 卡通过跳线器可以选择， STM32F103VB芯片的SPI1可以连接到SD/TF卡接口上。由于TF卡广泛应用于 手机和数码设备中，在通用的容量下，有更小的体积，在市场中的占有量大大超过 SD卡，具有更大的通用性，在开发板上没有选用大多数开发板选用的 SD卡座，而是选用了更加通用的 TF卡座。短接跳线器J9,芯片通过PAO脚，可以控制SD/TF卡的电源开关；芯片通过对 PC2脚电平的读取，可 以获知TF卡是否插入到卡座中；PA4为SP1是否选择TF卡通讯的片选脚。J9跳线器和TF卡座在开发板上具 体位置如图1-3

30、-8所示。J10 FLASH存储器通过跳线器J10可以选择，芯片的SPI2接口可以连接到FLASH存储器SST25VF016B芯片上，通过SPI 对SST25VF016B进行读写操作。J10跳线器在板上的具体位置见图 1-3-5所示。J11工业ISM频段模块通过跳线器J11的选择，STM32F103VB芯片可以连接到工业ISM频段无线模块上，以驱动无线模块 实现数据的无线通讯完成。开发板上标准配置没有工业 ISM频段无线模块，J11跳线器和工业ISM频段无线模块在开发板上的具体位置见图 1-3-9所示。J12 ADC参考电源通过跳线J12可以选择不用的ADC转换标准源。J12跳线只能选择一个，或者不选择。 J12跳线器绝对不可以同时选择，这是和其他跳线器要区别的地方。当使用 ADC采集语音数据时，需要把 J12跳线器的VREF_MIC短接，VREF_3.3要断开；当进行一般ADC转换测试时，短接VREF_3.3，断开VREF_MIC跳线。 也可以从别处引入标准电压源到 VREF+端，这时，不能跳接任何一个跳线帽在 J12上。J12跳线器在开发板上具体位置见图1-3-9所示。1.3.2硬件资