Технология PCB - PCB дизайн лекции: как конструировать микросхему микроконтроллера

этот проектирование цепей PCB required for embedded microcontrollers is a huge project. расширенный микроконтроллер, data sheets and technical documents alone can be hundreds of pages long.

перед началом проектирования схемы, it is best to draw a flowchart of the operation of all the main components in the topic, Включить все периферийные устройства, имеющие интерфейс с микроконтроллером.

ARM Cortex - M микроконтроллер

This article will focus on the PCB circuit board design considerations required to import the ARM Cortex - M микроконтроллер. ARM Cortex - M микроконтроллерможно получить различные версии чипсов у различных производителей чипов.

по сравнению с типичными 8 - битными микроконтроллерами, 32 - битная структура ARM Cortex - M особенно пригодна для интенсивной и расчетной работы. 32 микро - контроллера также имеют преимущество, если они нуждаются в большем объеме памяти или могут быть упрощены в плане перемещения платформ системы для удовлетворения будущих потребностей в расширении.

Микроконтроллер ARM Cortex - M, о котором мы говорили, является серией STM32, выпускаемой ST Microelectronics; более конкретно, мы будем уделять внимание серии STM32F4.

Однако, the STM32 family actually includes many models, например, сверхмалое энергопотребление серии STM32L и более высокие и более низкие характеристики по сравнению с версией STM32F4. Наиболее эффективная версия STM32F7, which can execute 1 billion instructions per second. наиболее экономичной модели является STM32L0, which executes only 26 million instructions per second.

проектирование питания

питание цепи является одним из наиболее важных аспектов аппаратного проектирования; не ждите окончания проектирования, чтобы определить расположение питания и заземления.

ток, используемый микроконтроллером, определяется несколькими факторами, такими, как рабочее напряжение, частота часов и нагрузка на входе / выводе на выводе.

этотre should be 1uF and 100nF ceramic capacitors (such as C7 and C8 in Figure 1) arranged as close as possible to each power VDD булавка on the MCU to provide power decoupling. Кроме того, a 4.7uF ceramic capacitor (C1 in Figure 1) should be installed near the IC position on the main circuit wiring that supplies VDD.

Микроконтроллер с аналоговым преобразователем (ADC) обычно также имеет отдельный источник питания (VDDA) и зажим заземления (VSSA), специально предназначенный для имитации сигналов. Эти пальцы должны быть особенно защищены от шума.

Если напряжение питания выше верхнего предела входного напряжения микроконтроллера, то обычно требуется линейный стабилизатор понижения напряжения. например, тпс795xx, производимая компанией Description, обладает особенно низкой шумовой характеристикой и может обеспечивать ток до 500мA.

Если напряжение питания явно выше напряжения, необходимого микроконтроллеру, то лучше выбрать стабилизатор падения напряжения. когда входное напряжение явно превышает выходное напряжение, линейные стабилизаторы будут терять слишком много мощности.

Однако, как правило, лучше использовать линейные регуляторы для вторичной регулировки выходного напряжения переключателя, так как линейные регуляторы обеспечивают гораздо меньший шум напряжения.

часы

STM32F4 может осуществляться с помощью внутренних или внешних систем часы. этот system часы при запуске используется внутренняя часы ((16 МГц)). After the system is initialized, внешний часы source can be selected through the software.

На рисунке 1 X1) или использовать внешние источники часов до 50 МГц.

The configuration of the crystal must strictly follow the instructions on the data sheet. Вообще говоря, the wiring should be short, емкость нагрузки на кристалл должна быть такой же, как и рекомендованные производителем кристалла.

GPIO

The general-purpose input and output (GPIO) pins on the microcontroller are programmable and can be set as input or output through software.

например, S1 на рисунке 1 - Это кнопка подключения к программе ввода GPIO. стм32 обеспечивает встроенные натяжные резисторы, поэтому для установки этой кнопки нет необходимости устанавливать наружные натяжные резисторы. вывод GPIO в этом примере используется для драйвера LED.

Большинство стекол GPIO также выполняет другие функции, связанные с различными периферийными компонентами на чипе, которые связаны с внешним миром через эти многофункциональные кнопки.

не все внутренние функции могут быть использованы с помощью каждой кнопки GPIO, и необходимо соблюдать строгие привязки, поэтому при выборе стежков, которые должны использоваться, необходимо использовать таблицы данных.

для привода различных нагрузок могут использоваться кнопки GPIO, большинство из которых могут обеспечивать или выдерживать ток до 25 мA. Однако, в целом, использование внешних драйверов для уменьшения нагрузки на устройства GPIO микроконтроллера лучше спроектировано. Пример драйвера LED MN1 см. на рис. 1.

Каждая кнопка STM32 имеет верхний предел номинального тока, а также верхний предел общего тока для всех ссылок GPIO.

блок подключения

STM32 обеспечивает последовательное соединение сигналов через UART, I2C, интерфейс SPI и USB.

например, на диаграмме 1 к микроконтроллеру подключен датчик температуры (U2 - LM75BDP) через шину I2C. на шине I2C требуется два верхних натяжных резистора (R2, R3) для подключения к приводу утечки.

для большинства приложений, таких, как низкоскоростные датчики, я предпочитаю использовать I2C как последовательные протоколы, так как для связи используются только две проводки. Кроме того, в отличие от SPI, I2C использует один адрес, и SPI нуждается в дополнительном чипе для выбора рабочего порта для обработки каждого периферийного узла.

шины SPI подключены к датчикам движения на 9 - ой оси MPU - 9250, произведенным Invense. MPU - 9250 содержит трехосный акселерометр, трехосный гироскоп и трёхосный магнитометр.

программный соединитель

STM32F4 provides two in-system program editing (ISP) interfaces: serial line debugging (SWD) and JTAG. низкая версия STM32 обеспечивает лишь интерфейс для социального обеспечения. SWD and JTAG are the two most commonly used programming interfaces for microcontrollers.

словом

в данной статье, we discussed the PCB circuit design проектирование микроконтроллера, and introduced the STM32F4 that can read input buttons, привод LED, and communicate with I2C temperature sensors and SPI motion sensors.