Вступление


На рынке представлено огромное количество отладочных плат на любой цвет и вкус. Поэтому для начинающих разработчиков электроники самым быстрым способом освоения программирования микроконтроллеров является покупка готовой отладочной платы, поскольку на разработку и изготовление собственной платы необходимо затратить значительные материальные и временные ресурсы.


Автор данной статьи разработал и изготовил собственную плату.


Вашему вниманию предлагается проект отладочной платы на базе микроконтроллера STM32F107.
Данная плата является плодом труда автора, схемотехнические решения заимствованы из технической доку��ентации других аналогичных плат. Разводка платы, возможно, требует корректировки, в частности разводка микросхемы RT8201BL для Ethernet. Соединение платы с сетью по Ethernet было протестировано с использованием готового проекта.


Плата модуля контроллера является универсальным средством на базе микроконтроллера STM32F107VCT6, предназначенным для встраивания в различные системы в качестве узла управления.


Характеристики отладочной платы:


  • микроконтроллер STM32F107VCT6: 72 МГц Cortex-M3, 256 Кбайт флэш-памяти программ, 64Кбайта ОЗУ, два 12-разрядных АЦП (16 внешних каналов), двухканальный 12-разрядный ЦАП, Ethernet MAC 10/100, USB OTG, 2xCAN, 5х USART, 3х SPI, I2C, SDIO, корпус LQFP100;
  • порт USB OTG с разъемом mini USB;
  • 2 CAN интерфейса;
  • Мост USB — USART на FT232RL;
  • 2 RS-232-интерфейса или 2 RS-422/485-интерфейса с гальванической изоляцией;
  • 10/100МБод RMII PHY с разъемом Ethernet RJ-45;
  • слоты карт памяти SD/MMC и microSD;
  • 16 линий порта PE микроконтроллера выведено на разъем;
  • 3 разъема интерфейса SPI для подключения внешних устройств;
  • 25 МГц кварцевый резонатор;
  • часовой кварцевый резонатор 32768 Гц;
  • кнопка сброса Reset;
  • разъем JTAG для подключения JTAG-программатора или отладчика;
  • напряжение питания +9 В или +5 В;
  • питание ядра контроллера от батарейки 3 В;
  • габаритные размеры: 160х125 мм; посадочные размеры: 150х115 мм.

Структурная схема модуля контроллера показана на рисунке 1.


image


3D-модель платы модуля контроллера показана на рисунке 2.


image


1. Питание модуля контроллера


Напряжение питания подается через разъемы питания XT1 или XT2. К разъему XT1 подается напряжение от +7,5 до +9 В. К разъему XT2 подается напряжение + 5 В. Для подачи питания +9 В необходимо установить перемычку на X4. Для питания ядра микроконтроллера от батарейки CR2032 необходимо установить перемычку на X10.


Установка перемычек на X10


Питание ядра от 3,3 В:


image


Питание ядра от батарейки:


image


2. Адрес старта микроконтроллера


Кнопка Reset предназначена для сброса микроконтроллера. Установка перемычек на X7 и X9 определяет адрес старта микроконтроллера.


Программа стартует из основной флэш-памяти, если перемычка X7, установлена так, как показано на рисунке.


image


Если X7 установлена так, как показано на рисунке:


image


а перемычка X9 установлена:


image


программа стартует из системной памяти,


а если перемычка X9 установлена:


image


программа стартует из внутреннего ОЗУ


1.3 CAN интерфейс


Установленные на плате микросхемы SN65HVD230 отвечают за преобразование уровней встроенного в микроконтроллер приемопередатчика шины CAN. Структурная схема подключения CAN интерфейса отображена на рисунке ниже. Для подключения согласующего резистора R устанавливается перемычка S.


image


На рисунке ниже показано направление нумерации выводов разъема XT3 и XT4. Для подключения согласующих резисторов устанавливаются перемычки на штыри X15, X16.



Установкой перемычек на штыри X13 и X14 определяет режим работы микросхемы CAN – трансивера.


Если перемычка установлена так, как показано на рисунке:


image


используется высокоскоростной режим работы.


Если установлена:


image


микросхема работает в режиме хранения.


1.4 RS232 интерфейс


Установленные на плате микросхемы приемопередатчики ADM3202 отвечают за преобразование уровней встроенного в микроконтроллер приемопередатчика USART в уровни сигналов интерфейса RS232.


Технические характеристики ADM3202:


  • Скорость передачи данных 460 кбит/с;
  • Замещение MAX3222/32 и LTC1385;
  • Защита от электростатического разряда в соответствии с IEC1000-4-2 (801.2) по выводам RS-232:
  • ±8 кВ: Контактный разряд
  • ±15 кВ: Бесконтактный разряд
    Назначение выводов разъемов XP8, XP9:
    3 — RS232_RXD
    4 — RS232_RTS
    5 — RS232_TXD
    6 — RS232_CTS
    9, 10 — GND

1.5 RS422/485 интерфейс


Установленные на плате микросхемы приемопередатчики ADM2682E отвечают за преобразование уровней встроенного в микроконтроллер приемопередатчика USART в уровни сигналов интерфейса RS422/485.


Изделия ADM2682E/ADM2687E фирмы Analog Devices представляют собой полностью интегральные приёмопередатчики данных с эффективным 5 кВ сигналом и изолированным питанием, имеющие ±15 кВ ESD защиту и пригодные для сверхскоростной связи на многопунктовых линиях передачи.
Каждое из изделий ADM2682E/ADM2687E содержит интегральный изолированный DC-DC преобразователь. В приборах интегрирована технология iCoupler фирмы Analog Devices, Inc., сочетающая в одном корпусе 3-канальный вентиль, трёхступенчатый дифференциальный драйвер линии, дифференциальный входной приёмник и разработанный фирмой Analog Devices преобразователь постоянного напряжения isoPower. Микросхема питаются от одиночного источника питания 5 В или 3.3 В, производящего полностью интегральный сигнал, представляя собой RS-422/485 решение с развязкой по цепям питания.


Характерные особенности и преимущества


  • Изолированный RS-485/RS-422 приёмопередатчик с эффективным 5 кВ сигналом, с конфигурацией в виде полудуплексной или дуплексной связи;
  • Интегральный изолированный преобразователь постоянного напряжения isoPower ;
  • ±15 кВ ESD защита на выводах RS-485 вход/выход;
  • Соответствует требованиям стандартов ANSI/TIA/EIA-485-A-98 и ISO 8482:1987(E);
  • Питание от 5 В или 3.3 В;
  • Соединяет до 256 узлов на одной шине;
  • Входы приёмника предохранены от размыкания и КЗ и отказов;
  • Высокая стойкость к переходным процессам в синфазном режиме: >25 кВ/мксек;
  • Скорость передачи данных: 500 кБит/сек для ADM2682E до 16 Mбит/сек для ADM2687E.

Назначение контактов разъема ХP8 (XP9)


1 RS422/485_TX1+
2 RS422/485_TX1-
3 RS422/485_GND
4 RS422/485_RX1-
5 RS422/485_RX1+
6 RS422/485_GND
7 RS422/485GND
8 RS422/485+5V
9 RS422/485_GND


Структурная схема подключения 4-проводного RS422 – интерфейса.


image


Установкой перемычек подключаются согласующие резисторы. Для подключения к цепям RX+ и RX- каналов XP11 и XP12 согласующего резистора установить перемычки на X34 и X32 в соответствии с рисунком ниже.


image


Для реализации 2-проводного RS485 интерфейса необходимо соединить линии RX- и TX- и линии RX+ и TX+ так, как показано на рисунке ниже. Для этого соединить в кабельном разъеме контакты 1,5 и 2, 4.


image


1.6 USB — USART преобразователь на FT232RL.


Характеристики и особенности микросхемы FT232RL:


  • одночиповый переходник из USB в асинхронный последовательный интерфейс передачи данных — (UART);
  • протокол USB полностью реализован в микросхеме;
  • интерфейс UART поддерживает режимы передачи 7 и 8 бит данных, 1 и 2 стоповых бита, различные режимы контроля четности;
  • скорости передачи от 300 бод до 3 мегабод для RS422 /RS485 / TTL и от 300 бод до 1 мегабод для RS-232;
  • новые настраиваемые выводы CBUS;
  • возможность вывода состояния приема/передачи на внешние светодиоды;
  • возможность подачи тактового сигнала на внешние микросхемы, контроллеры, ПЛИС, частоты 6, 12, 24 и 48 МГц;
  • высокая нагрузочная способность выходов;
  • встроенная энергонезависимая память EEPROM объемом 1024 байт;

Приемопередатчики USART2 и USART3 микроконтроллера STM32F107 подключаются к каналам интерфейсов RS232 и RS422 c помощью перемычек на плате. USB — USART преобразователь на FT232RL подключается к каналу USART3.


1.7 Ethernet


В плате модуля контроллера применена микросхема Ethernet RTL8201BL, подключенная по интерфейсу MII (Media Independent Interface). Тактирование RTL8201BL производится от кварцевого резонатора с частотой 25,0МГц.
image
Микроконтроллер STM32F107VCT6 не позволяет одновременно использовать Ethernet и USB.


1.8 USB интерфейс


USB-порт отладочной платы может работать в одном из трех режимов: Host, Device или OTG (On-The-Go). Сигналы интерфейса USB выведены на разъем mini USB XS5.


1.9 Карты памяти SD и MicroSD


Плата поддерживает работу с картами памяти SD, SDHC и microSD, microSDHC. Схема подключения карты памяти по интерфейсу SPI показана на рисунке ниже.
image
Предусмотрена функция определения наличия карты в держателе путем опроса линии SDcard_Detect на логический 0. При корректно установленной карте памяти линия SDcard_Detect соединяется с общей шиной встроенным коммутатором держателя AXA2R73361. Линия SDcard_WP также соединяется с общей шиной в случае, если запись данных на карту памяти разрешена.


Линии SDcard_Detect и SDcard_WP подтянуты к напряжению питания +3,3 В, что позволяет избежать конфликтов в случае, если пользователь не сконфигурирует порты ввода вывода.
Карты памяти SD, SDHC устанавливается в держатель XS1 (AXA2R73361), подключенный по интерфейсу SPI3, и держатель XS2 (AXA2R73361), подключенный по интерфейсу SPI1.


1.10 SPI интерфейс


Кроме подключения SD – карт сигналы SPI интерфейса выведены на внешние разъемы XP4…XP6. Тип разъемов BH-10. По интерфейсу SPI могут быть подключены внешние узлы: АЦП, ЦАП, датчики и т. д. К разъему XP2 выведены сигналы порта PE.


Для программирования и отладки предназначен разъем JTAG XP1:
1 +3,3V
2 +3,3V
3 TRST
4 GND
5 TDI
6 GND
7 TMS/SWDIO
8 GND
9 TCK/SWCLK
10 GND
11
12 GND
13 TDO/SWO
14 GND
15 RESET
16 GND
17 NC
18 GND
19 NC
20 GND


Ссылка на схему и файл платы