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[嵌入式]STM32F103核心单元电路设计规范 |
摘??? 要: 本文介绍了STM32F103核心单元电路DE 设计注意事项和规范,考虑在不同产品类型设计的时候避免产生设计错误。 1.规范满足的技术指标 ?? 温度范围:-40~85℃。 ??? 满足功能:单片机最小系统运行,AD检测检测准确度满足0.5% 单片机最小系统设计电路的原理图如下图所示: ? ???? 图1 最小系统电路图 ??????? 5.2.1 IO口设计要点 图2 单片机电流要去 图3单片机IO口默认电平 ? 1.图2 IO口总电流不能超过20mA,在设计过程中不能采取多个IO口直接驱动LED和光耦的设计方法,IO检测电路需要有足够大得上拉电阻,通常3.3V 10k。 ??2.图3单片机分配IO需要注意IO默认电平,如JTAG接口中有上拉接口,电阻通常在50K左右。该接口在CPU没有运行或者失效、死机中为高电平,该引脚不能用于继电器控制,RS485控制,风扇控制等,推荐复用输入。否则单个芯片死机会导致485总线异常,输出控制继电器风扇等误动作。严重影响系统运行,如果必须使用该接口可以采用三极管反向,使用10K左右下拉(待验证)方式解决。 5.1.2 晶振及负载电容的选择 晶振对于运行影响,除了本身准确度之外还有温飘是对于产品最大的影响。影响最直接的是时钟准确度,包含定时器 RTC(主晶振提供分频时钟) 输出PWM。所有晶振需要考虑温飘及负载电容。 5.1.3 ?5.3 详细设计计算 ???5.3.1 ?复位电路选择??????? ????????? Vt = V0 + (Vu – V0) * [1 – exp( -t/RC)] 如果电容上的初始电压为0,则公式可以简化为:?????? ?Vt = Vu * [1 – exp( -t/RC)]? (充电公式) ? 备注:exp是高等数学里以自然常数e为底的指数函数,e是一个常数为2.71828,当t=RC时,Vt = Vu*(1-e^(-1)) = Vu * (1 - 1/e) = 0.63Vu ?? 当t = RC时,Vt = 0.63Vu; ??? 当t = 2RC时,Vt = 0.86Vu;? ??? 当t = 3RC时,Vt = 0.95Vu;?? ??? 当t = 4RC时,Vt = 0.98Vu; ??? 当t = 5RC时,Vt = 0.99Vu; ?? ??? 当电容充满电后,将电源Vu短路,电容C会通过R放电,则任意时刻t,电容上的电压为: ??????? Vt = Vu * exp( -t/RC)?????? (放电公式) 电容充电时,经过一个时间常数RC时,电容上的电压等于充电电源电压的0.63倍,放电时,经过一个时间常数RC时,电容上的电压下降到电源电压的0.37倍。 电路中采用10K电阻0.1μF电容。 ???5.3.2 负载电容选择 晶振及负载电容选择 参考手册 AN2867 公司使用的物料是54050040,晶振负载电容20PF,本身寄生电容7pf。 CL=CQ+CS+? CL为负载电容,CS为晶体寄生电容,CQ为单片机引脚及走线分布电容。 则负载电容CS取7p CQ7pf 晶振电容使用12PF 增益电阻计算:TDB 5.3.3 RTC晶振选择 7.RTC晶振的选择推荐使用AN2867表6中的晶振,该晶振采购可获得性非常差,对于ST的M3系列单片机有个通用的BUG,rtc晶振为了降低功耗所以驱动电流特别小。对于32.768的晶振负载电容有特别严格的要求。在S2005项目中发现,使用公司的12.5PF负载电容晶振,外接CL负载电容越大,晶振稳定时间特别长甚至6S钟@20pf。不接外部晶振,启震速度是ms级别。这两个情况在低温-20℃下都表现除了 无法启震的情况。经过测试,采用8M主分频的方案准确度在高低温环境下24H误差1分钟高温55低温-20℃,满足绝大多数使用场景。 所以在以后设计中除非产品必须通过RTC来维持低功耗的时钟,比如纽扣电池,超级电容给设备供电,如果只是使用RTC作为短时间的计时工具,上电后有自动同步时间的功能,或者有连接互联网自动 校时的情况下,必须使用主晶振分频方式,不得采用外部32.768晶振的设计。 5.3.4 BOOT引脚选择 常规使用情况下,我们可以BOOT0通过10K电阻接GND,boot1复用为其他功能引脚。 5.3.5 退耦电容选择 参考上图配置引脚电容 5.5 应用场合变化时的相应调整办法 ??????? 对于不同CPU,主要注意手册中要求的引脚电容,供电范围,复位时间,IO输出默认电平及ADC模拟部分参考设计 |
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