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单片机最小系统组成:
MCU、电源、晶振电路、复位电路、调试接口(烧录程序必备)、启动(STM32系列) ps:黑色加粗部分为必须,其他部分可选 一、MCU 任意MUC,STM32/8,51单片机等等 (这里以我手头的STM32F103C8T6核心版本为例) 二、电源 2.1 MCU接口 VCC:电源输入,接+3.3V电源 GND:接地线 2.2 补充说明 若用电脑端供电,由于其输出232电平,单片机是TTL电平,需要USB转TTL(CH340)这类的模块对其转换。 原理图中的电容起到滤波的作用。 三、晶振电路 3.1 有源晶振/无源晶振 晶振通常分为无源晶振和有源晶振两种类型,无源晶振一般称之为 crystal(晶体),而有源晶振则叫做 oscillator(振荡器)。 有源晶振是一个完整的谐振振荡器,它是利用石英晶体的压电效应来起振,所以有源晶振需要供电,当我们把有源晶振电路做好后,不需要外接其它器件,只要给它供电,它就可以主动产生振荡频率,并且可以提供高精度的频率基准,信号质量也比无源信号要好。 无源晶振自身无法振荡起来,它需要芯片内部的振荡电路一起工作才能振荡,它允许不同的电压,但是信号质量和精度较有源晶振差一些。相对价格来说,无源晶振要比有源晶振价格便宜很多。无源晶振两侧通常都会有个电容。由于无源晶振便宜,我买的开发板采用的是无源晶振。 3.2 高速外部时钟 3.2.1MCU接口 XTAL1:片内振荡电路的输入端 XTAL2:片内振荡电路的输出端 3.2.2高速外部时钟原理图 3.3 低速外部时钟 3.3.1MCU接口 OSC_IN & OSC_OUT 对于LSE,在STM32F103x8B_DS_CH_V10.pdf中有有以下说明: 低速外部时钟(LSE)可以使用一个32.768kHz的晶体/陶瓷谐振器构成的振荡器产生。本节中所给出的信息是基于使用表23中列出的典型外部元器件,通过综合特性评估得到的结果。在应用中,谐振器和负载电容必须尽可能地靠近振荡器的引脚,以减小输出失真和启动时的稳定时间。有关晶体谐振器的详细参数(频率、封装、精度等),请咨询相应的生产厂商。(译注:这里提到的晶体谐振器就是我们通常说的无源晶振) 注意:对于CL1和CL2,建议使用高质量的5pF~15pF之间的瓷介电容器,并挑选符合要求的晶体或谐振器。 通常CL1和CL2具有相同参数。晶体制造商通常以C负载电容CL 由下式计算: CL = CL1 x CL2/(C L1 + CL2)+Cstray 其中Cstray是引脚的电容和PCB板或PCB相关的电容,它的典型值是介于2pF至7pF之间。 警告:为了避免超出CL1和CL2的最大值(15pF),强烈建议使用负载电容CL≤7pF的谐振器,不能使用负载电容为12.5pF的谐振器。 例如:如果选择了一个负载电容CL =6pF的谐振器并且Cstray =2pF,则CL1 = CL2 = 8pF。 3.4各元器件作用 3.4.1晶振作用 为最小系统提供最基本的时钟信号。 3.4.2 电容得作用 1、使晶振两端的等效电容等于或接近于负载电容; 2、起到一定的滤波的作用,滤除晶振波形中的高频杂波; 起振电容的取值大小一般选择10~40pF,当然根据不同的单片机使用手册可以具体查阅,如果手册上没有说明,一般选择20pF、30pF即可,这是个经验值。 调整电容可微调振荡频率:一般情况下,增大电容会使振荡频率下降,而减小电容会使振荡频率升高。 3.4.3 反馈电阻作用 1、连接晶振的芯片端内部是一个线性运算放大器,将输入进行反向180度输出,晶振处的负载电容电阻组成的网络提供另外180度的相移; 整个环路的相移360度,满足振荡的相位条件。 2、 晶振输入输出连接的电阻作用是产生负反馈,保证放大器工作在高增益的线性区,一般在M欧级。 3、 限流的作用,防止反向器输出对晶振过驱动,损坏晶振,有的晶振不需要是因为把这个电阻已经集成到了晶振里面。 四、复位电路 RST/VPP:复位引脚 复位:有三种复位方式:上电复位、手动复位、程序自动复位 通常低电平复位:(51单片机高电平复位,电容电阻位置调换) 上电复位时,在上电瞬间,根据电容充电曲线图,此时电容相当于短路。RESET出现短暂的低电平。 假设电容两端的初始电压为U0(一般情况下设为0V),T时刻电容两端电压为UT。3.3V电压设为VCC。 由流经电容的电流I和电容两端的电压变化关系式:I=C*dUt/dt 可以得到:I*dt=C*dU t 两边分别积分可以的得到:I*T=∫(0-1)C*dUt;即I*T=C*Ut−C*U0(其中U0=0V), 由VCC=UR+UT 可以得到公式:VCC=R1*(C*UT/T)+UT 假设对电容充电至0.9*VCC时完成复位,此时可以得出T=9*RC,T就是所需要的复位时间。 一般芯片的复位时间是给出的,R,C其中可以自己确定一个值,然后再求出另外一个值。 我们这里是t = 1.1RC(固定计算公式)===》 1.1*10K*0.1uF=1.1ms 需求的复位信号持续时间约在1.1ms以上。 PS:关于复位时间还是没有整明白,有大神来解答一下吗 手动复位:按键按下时,RESET和地导通,从而产生一个低电平,实现复位。 五、调试接口 STM32有两种调试接口,JTAG为5针, SWD为2线串行(一共四线) 此外还有采用USB进行程序烧写和数据输出:和电脑USB口连接也可以进行小负载驱动供电。 通常采用CH340G的芯片:实现USB转串口。需要单独的振荡电路 12MHZ 。使用该芯片将电脑的USB映射为串口使用, 注意电脑上应安装串口驱动程序,否则不能正常识别。 当烧写程序时,我们希望BOOT0=1,BOOT1=0。当烧写完成后我们希望BOOT0=0,BOOT1=0(这个模式BOOT1可以是0可以是1,这里我们让BOOT1拉低,即整个过程BOOT1都为L接地,简化电路设计)。 六、启动模式(BOOT) 烧录时BOOT1 --- 3.3V 烧录完成后,我们需要BOOT1 --- GND |
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