开发板硬件结构

1、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卡电路，spi方式接口的128*

2、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1-1-2图1-1-31.2 原理图说明1.2.1 电源电路 stm32系列的工作电压(vdd)为2.03.6v。通过内置的电压调节器提供

3、所需的1.8v电源。当主电源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。图 1-2-21.2.2 系统复位电路 在stm32系列

4、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1.2.3 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4mhz16mhz，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时钟源，连接到芯片的pc14、pc15脚。具体电路见

5、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rs232电平。通过一个跳线组j5，可以把这些端口与串口部分电路

6、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io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 键盘电路 openm3v开发板有独立的7个按键，分别为k1k7，如图1-2-7所示所示。由于stm3

7、2f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

8、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io口来控制，分别是使用pd0控制led1，pd1控制led2pd7控制led8。当io口为高电平时，led灯灭，当io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。 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

9、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

10、1-2-10 24c02接口电路图1.2.9 adc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1000khz。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1-2-10 图 1-2-11 adc参考跳线图openm3v开发板提供一路直流电压测量电路，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

11、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。 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开发板通过usb接口提供电源，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。 图 1-2-13

12、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。 stm32f103vb芯片有一路硬件can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驱动的连接，使用65hvd230驱动芯片连接到can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

13、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

14、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，863mhz925mhz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

15、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2830mhz925mhz无线模块接口，其电路如图1-2-17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3 128*64点阵lcd模块接口，其电路如

16、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sd_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

17、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、t

18、3_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。 图 1-2-21 电机驱动板接口1.3 开发板元器件布局图openm3v开发板原件布局如图1-3-1所示。图1-3-1 开发板元器件图1.3.1 跳线器说明openm3v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

19、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。j5pa9tx1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24c

20、02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sck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

21、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，j10pb12flash_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

22、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

23、，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io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

24、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usbd

25、m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20

26、0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

27、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pd10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。 图 1-3-6j8 2.4g无线模块接口通过跳线

28、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。 图 1-3-7 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pa0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

29、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1-3-8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。 图 1-3-9 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