【开源硬件篇】STM32F103C8T6主控板

STM32F103C8T6主控板

设计目标

• 能够控制9路5V舵机
• 具有3路串口通信接口，其中有一路串口设计为串口转USB，通过一根USB数据线直接进行通信
• 拓展口，除了所用到的功能模块的IO口，其余的IO口都拓展出去
• 一路LED灯5V电源指示灯
• 设计了两组3V3-GND引脚

一、STM32F103C8T6核心板外围引脚电路

1.1 原理图设计

​ 这里我们需要将对应的引脚和我们之前的【开源硬件篇】STM32F103C8T6核心板的外围IO电路对应起来。

​ 具体的引脚的功能我们需要可以建立一个Excel表格查找，便于我们将对应引脚的功能分配到指定电路中：

​ 注：第一列为引脚名称，第二列为引脚复用的功能列表，第三列为复用的功能。

1.2 PCB设计用例

​ 一般来说，核心板的插座都会放置到主控板的中心，便于我们后期的走线以及元器件的摆放。

二、ISP一键下载电路设计

2.1 原理图设计

2.2 原理分析

2.2.1 CH340电路选择

​ 一开始我的原理图设计时，串口转TTL芯片的采用的是CH340G，但是由于其需要额外提供晶振电路，导致物料增多，而CH340C芯片恰好把晶振电路集成到芯片的内部当中，而且价格也便宜，设计方便，所以采用CH340C芯片进行电路设计。

​ 关于CH340电路我们需要考虑以下几点：

1）电压匹配问题

• 芯片供电问题

​ CH340芯片通过USB转换出来的TTL串口输入和输出电压是根据芯片的供电电压自适应的。

​ 如果CH340芯片是5V 供电，那么串口输出和采样都是5V；如果是 3.3V 供电，那么标准就成了 3.3V。若CH340芯片是5V供电，可以兼容3.3V系统；若CH340芯片是3.3V供电，则不能兼容5V系统，若使用5V系统，则可能会损坏芯片。

• 芯片V3引脚接线问题

  5V 供电时芯片 V3 引脚需要接一个 0.01uf电容到地；3.3V 供电时直接将 V3 脚与 3.3V 电源引脚短接
  

2）晶体以及电容的选用（CH340G需要，而CH340C不需要）

​ 在选用晶振时如果选择 12MHz 的石英晶体，那么旁路电容选择 22pF 的独石或高频瓷片电容。如果选用的低成本陶瓷晶体，那么旁路电路的容量必须用该晶体厂家的推荐值，一般情况下是47pF。

​ 对起振困难的晶体，建议电容数值减半。如果仍然无法起振，最好参考一下选用晶振的官方推荐电容值。

3）芯片CH340的V3引脚作用

​ V3 引脚的电容用于内部电源节点退耦，来改善 USB 传输过程中的 EMI，通常容量在 4700pF 到 0.1uF 范围，建议容量为 0.01uF，即 103 电容.

2.2.2 ISP一键下载原理

​ DTR#和RTS#都是 输出类型，MCUISP(一键下载工具)会控制DTR#和RTS#的高低电平状态，从而控制BOOT0和NRST

​ 芯片上电后，DTR#、RST#初始状态的时都是高电平；当开始下载时，DTR#维持高，RST#拉低，此时Q1、Q2都导通，NRST为RTS#电平，即低电平，会发生复位，而BOOT0为RTS#,即高电平

​ 下载完成后，DTR#变低，Q2不导通，复位结束，此时BOOT0为高电平

注：先是DTR#变为高，RST#变为低，等到代码下载结束时 RST#先变为高电平，然后DTR#在变成高电平

所以，在使用FlyMcu的时候一定要选择如下图所示的模式：

2.3 PCB设计示例

​ 注：D+和D-最好为差分走线，这样我们的信号会更加稳定。

​

三、串口通信电路

3.1 原理图设计

3.2 原理分析

​ 串口是一种串行通信，设备之间通过数据信号线、地线、电源线连接，按数据位形式一位一位地传输数据的通讯方式，同一时刻只能传输一位(bit)数据。

​ 串口也是一种全双工通信，如图所示：

​ 串口分为发送方TX和接受方RX，TX用于向外面发送数据，而RX用于接收外面的数据，两者互不干扰，可以同时进行。

​ 串口是一种异步通讯方式，不需要时钟信号进行数据同步，但是要约定好数据的传输速率(波特率)。

​ 原理图中，两个物体之间的GND和VCC要同时连接，为数据提供高低电平的参考。VCC的选择可以选择3.3V或者5V，5V可以兼容3.3V，但是3.3V不能兼容5V。

3.3 PCB设计示例

四、5V转3.3V电路

4.1 原理图设计

4.2 原理分析

4.2.1 AMS1117芯片数据手册分析

1）简介：

​ 通过查阅数据手册，选择了AMS1117-3.3这款芯片，可以提供1A的电流。AMS系列有多种电压输出，包括了1.5V, 1.8V, 2.5V, 2.85V, 3.3V 和 5.0V

2）封装：

​ 选择的封装为：SOT-223

​ 1- Ground/Adjust

​ 2- VOUT

​ 3- VIN

3）最大额定值

​ 最大输入电压为15V，焊接温度最好控制在265℃以下

4）电气特性

4.2.2 AMS1117电路分析

​ 电容起到一个对电源的输入和输出进行一个滤波的操作

4.3 PCB设计示例

​ 电容一定要靠近芯片的对应引脚，这样滤波的效果才明显，否则会导致滤波效果很差，电源纹波比较大。

五、舵机控制电路

5.1 原理图设计

5.2 原理分析

​ 舵机是一种位置（角度）伺服的驱动器

​ 一个舵机由变速齿轮箱，电位器，电路板与直流电机组成.伺服电机由信号线输入的PWM信号控制。信号的频率应为50Hz，周期为20ms，PWM的占空比决定了舵机旋转到的角度。

​ 舵机的控制由一个脉冲宽度调制信号(PWM波）来实现

​ 因此舵机主要有电源线、PWM控制线、GND线。一般的舵机输入电压，从4.8V到7.2V左右，电压越大，舵机达到指定位置的速度越快。舵机的工作电流为100mA~2A,若发生舵机堵转可能会达到3A左右的电流，很容易把舵机烧坏，所以在使用时候要注意舵机的堵转问题。

5.3 PCB设计示例

​ 由于一个舵机的电流大概在1A左右，所以多个舵机驱动的话需要进行电源铺铜的方式，防止有导线不够粗而烧毁。

上述的原理图以及PCB设计已经开源至立创开源平台上，大家可以下载进行参考设计专属自己的STM32F103C8T6主控板，链接为:https://oshwhub.com/panzhongsheng/kai-yuan-ying-jian-STM32F103C8T6

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