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  • 利用STM32制作红外测温仪之硬件设计

    千次阅读 热门讨论 2020-03-08 13:56:39
    这篇教程里我们来制作红外测温仪需要用到的硬件,关于PCB的工程文件,后文会给出。 (一)系统分析 由于我们的功能比较单一,所以对单片机的要求并不高,这里采用STM32F103C8T6作为主芯片,首先我们来设计一个...

    最近受疫情的影响详细大家都在家里没事干,这里利用stm32最小系统做一个红外测温仪
    这篇教程里我们来制作红外测温仪需要用到的硬件,关于PCB的工程文件,后文会给出。

    (一)系统分析

    由于我们的功能比较单一,所以对单片机的要求并不高,这里采用STM32F103C8T6作为主芯片,首先我们来设计一个单片机的最小系统,并留出相应的模块接口,方便我们使用。
    单片机的最小系统由电源电路、复位电路、晶振电路、下载电路这几部分组成,但是为了实现相应的功能我们还会添加一些额外的模块,本教程利用stm32最小系统开发一个红外测温仪,所以我在电路板上留了相应的接口,同时留下了OLED 屏幕的接口等等

    (二)软件的安装

    • Altium Designer 15(32/64位)下载地址:pan.baidu.com/s/1boDUPwN 提取码:dfyf

    (三)电路设计

    如果没有画板经验的可以参考我的另一篇文章:新手如何在Altium Designer中绘制电路板,这里我直接给出我的设计电路,电路图的设计一定要注意每个芯片的连接是否正确,以及芯片的封装是否是我们想要的。
    图一
    这里图片太大看得不太清楚,下面分模块介绍:

    (1)电源模块

    电源模块

    (2)cpu模块

    cpu

    (3)复位电路

    复位

    (4)下载电路

    xiazia

    (四)PCB布局设计

    关于PCB的布局、布线这里有相当多的门道,如果你没有涉及到高频一般你的电路出问题的概率会大大降低,如果你的需求比较高,就要严格遵守设计规则,因为规则实在太多,这里不做说明,有需要了解的可以关注我后面发的教程,或者网上搜教程学习。
    正面:
    正面
    反面:
    反面
    大家可以照着我的原理图自己布局,或者按照我的也行,一定要动手!!

    (五)效果预览图

    我们最终的效果应该这样
    效果图1
    tu

    (六)打板焊接

    等到上面都做完了,就可以把你的PCB文件拿去打板了,这是我的成品展示:
    展示
    上面的工程文件在这里可以下载红外测温仪硬件实现


    本文章仅供学习交流用禁止用作商业用途,文中所有内容均为原创未经授权不得转载

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    千次阅读 2019-11-07 09:23:39
    NFC硬件设计一般采用NFC控制器芯片,控制器芯片一般包括4个部分: 电源部分 主控接口 时钟接口 天线匹配电路 其中电源部分、主控接口、时钟晶振部分比较简单,可以参照芯片手册进行设计。本篇文章重点介绍下NFC...

    NFC硬件设计一般采用NFC控制器芯片,控制器芯片一般包括4个部分:

    • 电源部分
    • 主控接口
    • 时钟接口
    • 天线匹配电路

    在这里插入图片描述

    其中电源部分、主控接口、时钟晶振部分比较简单,可以参照芯片手册进行设计。本篇文章重点介绍下NFC天线的设计。

    天线设计包括天线部分和匹配电路部分。

    ISO/IEC14443定义了六类天线,对每个NFC设备,需认真设计天线部分保证最佳性能。

    在这里插入图片描述

    其中天线部分的串联等效电路如下所示:

    在这里插入图片描述

    其中LaL_a表示线圈的电感量,RaR_a表示线圈的电阻,CaC_a表示等效电容。

    典型推荐值:
    LaL_a=0.3…3uH
    RaR_a=0.3…2Ω
    CaC_a=3…30pF

    要使得天线工作于13.56MHz,可以在天线外部并联或串联一个电容,电容与电感组成LC谐振电路,调整串联/并联电容的大小使得谐振频率为工作频率13.56MHz。

    NXP公司的NFC天线电路如下:

    在这里插入图片描述

    其中L0、C0是低通滤波器,滤除晶振的高次谐波。C1、C2是匹配电路用于工作频率和输入阻抗。RsR_s是串联电阻,用于调整天线的Q值与带宽。关于匹配电路的器件值具体选定,推荐NXP的NFC Antenna Design Tool。只需要把天线参数输入进去,匹配值就自动计算出来,使用非常方便,如下示意:

    在这里插入图片描述

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  • 嵌入式软硬件设计流程

    千次阅读 2015-03-02 21:52:55
    从图书馆看到一经典国外嵌入式设计书籍,其中关于“软硬件设计流程”画得精彩,特列出如下:

    从图书馆看到一经典国外嵌入式设计书籍,其中关于“软硬件设计流程”画得精彩,特列出如下:

    欢迎交流:EMail: jiangjunjie_2005@126.com QQ群:35212129

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  • 嵌入式硬件设计(第二版)

    热门讨论 2010-05-28 11:43:02
    嵌入式硬件设计(第二版)嵌入式硬件设计(第二版)
  • 单板硬件设计

    千次阅读 2014-09-05 10:54:57
    1、电源滤波  1.1、输入侧电源的滤波:  对于单板的电源输入侧,出于

    1、电源滤波

       1.1、输入侧电源的滤波:

              对于单板的电源输入侧,出于上电特性及热插拔的需要,需要加π型滤波电路,基本电路形式为图1所示。


           其中,C1为输入侧的输入电容,L为输入电感,C2为π型滤波电路的输出侧电容;C1的主要目的是为了限制上电瞬间的电压上升率,并滤除输入侧电路由电源引入的纹波,因此,C1一般是由直流电容及交流电容组成的并联电容组,其中直流电容的主要作用是去除电容中的纹波,而交流电容的主要作用是为了去耦。

         从参数及器件选择上,输入侧一般选取胆电容,去耦电容的值为0.01uf-1uf之间,针式或贴片均可,但从生产工艺的角度,则以选取贴片为佳,推荐的参数为直流电容10uf,交流电容0.1uf。

        电感的作用为抑制电流变化率,电感越大,抑制效果越好,但同时电感太大时的上电特性不好,上电及下电时,电感两端会产生反电势,这样会对后面的负载产生影响,故参数不宜过大,因而推荐的参数为10uH。

        输出侧的电容不仅要完成去耦及滤纹波的作用,而且还须维持滤波后电平不受电感反电势的影响,兼顾考虑板内负载大小及其他去耦电容的数量,推荐参数为直流电容10uf,直流电容0.01-1uf。

        1.2、IC的电容去耦:

          经过π型滤波电路的瞬态电压特性会有较大改善,但由于负载及非线性器件的影响,使得电源纹波不可能完全消除,且分布特性对于电源的特性影响较大,因此,在器件两端应加上去耦电容,以改善板内IC侧的电源特性。器件选择同1.1所述,推荐的参数为直流电容10uf,交流电容推荐0.01-1uf。

    2、带电插拔座:

        带电插拔座的特性是先使地线连接,然后电源部分再上电,这样使得热插拔的上电过程有序,避免了电源上电不均衡所带来的冲击。
        而在系统调试中,一些单板的热插拔成为了一种经常且必要的行为,而热插拔所带来的电流及电压冲击是及其巨大的,这时对单板的损伤是由电流及电压变化率过快所造成的,因此,遏制电流电压变化率,减轻负载突变是热插拔的先决条件,但单靠π型滤波电路是不够的,这样需要有热插拔的单板必须加带电插拔座。

    3、上下拉电阻:

        3.1、上拉电阻的选取原则:

        A. 提高灌电流的能力:
        单板内部的器件功耗及驱动能力各不相同,这样在器件连接时的灌电流能力不尽相同,连接上会有驱动问题,此时需要加上拉电阻。
        B.电平兼容:
        板内或板间器件选取各不相同,信号电平特性各不相同,出于兼容性考虑,须加上拉电阻仪保证兼容性。
        C.电平稳态的特性:
        个别器件在上电时要求莫些管脚的初始电平固定为高,此时必须加上拉电阻以保证器件能够正常工作。
        D.器件及参数选取:
        对于A,B,一般的上拉电阻选取2K-1M欧姆,视负载情况而定,重负载时电阻应选取靠近下限,轻负载是选取上限,这里的负载以器件功耗指标来确定;对于上述C的情况,则以该种器件的数据特性来决定。器件一般以金属膜的电阻或排阻为准。

        3.2、下拉电阻的选取原则:

    A.电平兼容:
        板内或板间器件选取各不相同,信号电平特性各不相同,出于兼容性的考虑,需加下拉电阻以保证兼容性。
    B.端接:
        板内或板间的信号频率较高或信号上升沿较陡时,需要加端接电阻下拉到地,一般此时经常性的会再串入一个适当的电容。
    C.电平稳定特性:
        个别器件在上电时要求某些管脚的初始电平为低,此时必须加下拉电阻以保证器件能够正常工作。
    D.器件及参数选取:
        对于A,下拉电阻一般选取1K-100K欧姆,视负载电平情况而定,CMOS电平的负载,电阻应选取下限,TTL电平时选取上限,这里的电平以负载指标来确定;对于B的情况,一般选取75-150Ω的电阻;对于C的情况,则以该器件的数据特性来决定;器件一般以金属膜的电阻或阻排为准。

    4、ID的标准电路

        ID即为单板的板位信号,一般用来作邮箱地址译码选择,ID信号在母板上接VCC或GND,所以在单板上需作处理,典型电路如下:

    5、 高速时钟设计

    在PCB布线中对高速时钟信号线,应少打过孔,减少线径变化层次,维持线宽一致性,不用T型接头分支,增加时钟线与其他线的间距,减少平行走线,条件允许的情况下,在时钟线两侧加上地线隔离。另外可采用终端匹配技术消除反射。
        (1) 始端电阻
    在驱动端,加一个小电阻值串阻,反射将发生在负载端,目的是确保反射波不会从源端再反射回来、串阻的值须满足下列等式:

        Rs--串阻ZT--线的特性阻抗Rout--源端输出阻抗
      串阻方式对每根时钟线只需一个电阻,几乎没有直流功耗,而且电阻还起着限流的作用,减小地线反冲。但是反射仍然有可能发生,沿线也将存在中间电压,因此,这种方式不适合分布式负载。另外,高的电阻值还会减少时钟波形的幅度和增加上升时间(在驱动端的接口芯片应为74AC16244系列芯片)。
    (2)终端并联AC方式

    负载端并联一个RC,电容值的选取一定要非常小心,它的值必须大的能够吸收传输波的能量,但又一定要小的不会损害信号的上升时间,通常用小于50PF的电容。电阻值RL大约等于ZT(几十欧姆左右)。
    并接RL方式对时钟线来说很少采用,对信号的上升时间损害较大,但它没有DC功耗,能够消除长线的反射。
    总的来说,终端匹配技术,常用来防止电压反射,减小上冲和下冲,防止时钟错误和损害片子。对一个系统来说,可选的终端匹配技术有很多,弹药确保终端远见尽量靠近源端(串阻)或靠近负载端(并接RC),这样可以减少诱导电感,使匹配有效。

    6、接口驱动及支持芯片

    这里所说的接口主要是指总线(地址总线,数据总线等),从驱动能力和速度上综合考虑,对地址总线,控制总线和时钟信号等统一采用TI的74AC16244;对双向的数据总线采用TI的74AC16245。禁止选用74FCT16244或74FCT16245系列芯片。

    7、复位电路

    复位电路采用AD公司的复位芯片ADM708,常用电路如下:

    /MR为复位信号输入端,低电平有效。它可以直接和手动复位开关相连,也可以接由逻辑电路产生的软复位信号,或二者的组合。

    8、 Watchdog电路

    根据清除Watchdog方法的不同,常用到两种Watchdog电路。
    1)、利用并行口某一位对Watchdog进行清除,电路原理如下:
    这种电路的特点是对Watchdog不能进行开关,CTL脚为高电平或低电平超过一定的时间就会引起Watchdog触发,避免了因CPU死机,Watchdog造成被长期清除的现象。
    2)、Watchdog占用CPU的地址空间,电路原理如下:

    这种电路的特点是对Watchdog可以灵活地进行开关。并且只要Watchdog打开,如果没有定时清Watchdog,就一定会出现Watchdog无法触发的现象。




        


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