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 документации 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.
3D-модель платы модуля контроллера показана на рисунке 2.
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:
Питание ядра от батарейки:
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.
Если X7 установлена так, как показано на рисунке:
а перемычка X9 установлена:
программа стартует из системной памяти,
а если перемычка X9 установлена:
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.
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:
используется высокоскоростной режим работы.
Если установлена:
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.
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.
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.
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.
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.
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
