智能小车系统设计（STM32版） - 第02章 -课前简介：智能小车硬件电路设计

第2章课前简介——智能小车硬件电路设计2022Circuitdesign

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容Experimentcontent“硬件系统与软件系统是互相配合，互相工作，缺一不可的。硬件系统是基础，硬件需要通过软件系统控制实现启动，并让各个硬件之间相互协同工作。同时，对硬件系统的深入理解，有助于软件系统的设计更优化。本章介绍智能小车核心板上的各个电路模块，并将这些电路分为电源电路、STM32微控制器电路和功能模块电路。One

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原理“电源电路BAT转5V电路

该电路用于电池电源转换，为智能小车工作供电。芯片MP1584EN-LF-Z是一个高频降压型开关稳压器，它的电压输入范围为4.5V～28V，输出电压范围为0.8V～25V，可输出3A电流，使用该芯片将电池输入电压转换为5V输出电压。芯片U5输入端（VIN）的电压为电池电压，一般为7.4V～8.2V。经过电源芯片的降压，会在芯片U5的输出端（SW）产生一个5V的电压。为了方便调试，在该电路上设计了3个测试点，分别是BAT、5V和GND，可使用万用表测量电压。电源电路5V转3.3V电路

该电路用于将5V输入电压转换为3.3V输出电压。二极管SS210用于防止反向供电，二极管上会产生大约0.4V的正向电压差，因此低压差线性稳压电源U2（AMS1117-3.3的）输入端（Vin）的电压并非5V，而是4.6V左右。经过低压差线性稳压电源的降压，会在U2的输出端（Vout）产生一个3.3V的电压。为了调试方便，在电源转换电路上设计了3V3测试点。为了检验5V转3.3V电路是否正常工作，设计了VD5作为电源指示灯。电源电路电池电压测量电路

该电路用于测量电池电压。因为STM32微控制器的ADC测量范围是0V～3.3V，而电池电压BAT（7.4V～8.2V）远高于3.3V，所以通过51kΩ和10kΩ电阻对BAT进行分压，这样POWERC检测到的电压范围为1.2V～1.4V，随着电池电量的减少，检测到的电压值也会逐渐降低。STM32微控制器电路主控芯片电路

该电路是智能小车核心板的核心部分，由滤波电路、STM32微控制器、复位电路、启动模式选择电路组成。STM32微控制器电路通信-下载模块接口电路

通信-下载模块用于连接计算机和智能小车核心板，通过计算机上的程序下载工具（如MCUISP），就可以将程序下载到STM32微控制器中。通信-下载模块除了具备程序下载功能外，还担任着“通信员”的角色，即可以通过通信-下载模块实现计算机与STM32微控制器之间的通信。STM32微控制器电路JTAG/SWD调试接口电路

除了可以使用通信-下载模块下载程序，还可以使用JLINK或ST-Link进行程序下载。JLINK和ST-Link不仅可以下载程序，还可以对STM32微控制器进行在线调试。智能小车核心板上的JTAG/SWD调试接口电路采用了标准的JTAG接法，这种接法兼容SWD接口，因为SWD接口只需要4根线（SWCLK、SWDIO、VCC和GND）。注意：该接口电路为JLINK或ST-Link提供3.3V的电源，因此，不能通过JLINK或ST-Link对智能小车核心板进行供电，而是智能小车核心板向JLINK或ST-Link供电。STM32微控制器电路OLED显示屏接口电路

智能小车核心板除了可以通过通信-下载模块在计算机上显示数据外，还可以通过板载OLED显示屏接口电路外接一个OLED模块进行数据显示，右图即为OLED显示屏接口电路，该接口电路为OLED显示屏提供3.3V的电源。STM32微控制器电路独立按键电路

智能小车核心板上有3个独立按键，分别是KEY1、KEY2和KEY3，如右图所示。每个按键都与一个电容并联，且通过一个10kΩ电阻连接到3.3V电源网络。按键未按下时，输入到STM32微控制的电压为高电平；按键按下时，输入到STM32微控制的电压为低电平。网络KEY1、KEY2和KEY3分别连接到STM32F103RCT6芯片的PC1、PC2和PA0引脚上。STM32微控制器电路晶振电路STM32微控制器具有非常强大时钟系统，除了内置高速和低速的时钟系统外，还可以通过外接晶振为STM32微控制器提供高精度的高速和低速时钟系统。右图即为外接晶振电路，其中Y1为8MHz无源晶振，连接到时钟系统的HSE（外部高速时钟），Y2为32.768kHz无源晶振，连接到时钟系统的LSE（外部低速时钟）。STM32微控制器电路LED电路

除了3.3V和5V电源指示LED外，智能小车核心板上还有两个LED，如右图所示，两个LED均为绿色，每个LED分别与一个330Ω电阻串联连接到STM32F103RCT6芯片的引脚上，在LED电路中，电阻起着分压限流的作用。网络LED1和LED2分别连接STM32F103RCT6芯片的PA7和PA5引脚。STM32微控制器电路蜂鸣器电路蜂鸣器电路如右图所示，网络FM连接到STM32F103RCT6芯片的PD2引脚上。当FM处于高电平时，三极管Q1的c级和e级之间将会导通，使得电阻R42两端存在一个较大的压差，驱动蜂鸣器响起。功能模块电路电机驱动电路电机驱动电路分为驱动电路和电机接口电路两个模块。其中每块电机驱动芯片控制一侧电机，因此左右电机驱动电路相似，此处以介绍左电机驱动电路为例。左电机电路如右图所示。网络PWM_L连接STM32F103RCT6芯片的PB7引脚，且同时输入电机驱动芯片U6（L293DD013TR）的引脚1（12EN）和引脚11（34EN），因此PB7同时控制同侧的两个电机，理论上同侧电机转动速度相同。功能模块电路电机驱动电路左电机接口电路如右图所示，每个接口控制一个电机，注意接口控制电机前后转动的方向（MOTORx_F和MOTORx_B）。因STM32F103RCT6芯片的单个引脚仅控制同侧驱动，故电机接口无前后之分。功能模块电路舵机模块接口电路

舵机模块接口电路如右图所示，网络SG1连接STM32F103RCT6芯片的PC6引脚，控制超声测距模块的舵机转动。除此之外，智能小车核心板上还有2个一样的舵机接口电路，还可以连接其他2个舵机，3个舵机接口电路相似。功能模块电路避障模块接口电路

避障模块接口用于外接避障模块，避障模块根据红外感应灯返回有无灯光信号，来判断左右两侧是否有障碍物。两个接口电路相似，此处以左侧避障模块接口电路为例说明，如右图所示。功能模块电路寻迹模块接口电路

寻迹模块接口用于外接寻迹模块，智能小车车头下方的四个寻迹感应灯以红外感应为原理，返回四个位置的正下方的路面信息。寻迹模块接口电路如右图所