[嵌入式]张飞硬件90天学习笔记——第2天个人记录，完整请看我的个人简介/主页

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单片机：TTL电平；高3.3V/5V；低0V

电脑：负逻辑电平，高-12V到-5V，低+5V到+12V

单片机外部晶振电路，16MHZ晶振匹配的起振电容有12Pf2和20pF2，最好选择12pF，因为20pF在一些条件下会出问题。

单片机的I/O口在没有上电的情况下是一个高阻态

如果单片机的I/O电流超过，会引起单片机复位，且单片机I/O口容易损坏。

IC电压不稳定/偏低，导致的结果：

外围电路混乱：V/F：电路F变化，PWM； V/I：电路电流会变化 元器件：继电器，变压器等都会受影响

芯片内部不稳定：指针乱跑；存储设备数据损坏

针对IC的输入电压不稳定，有欠压保护电路：

1.当Vcc低于3.7V，IC不工作

2.当VCC低于3.7V才能工作，初始必须高于5V

单片机外围电路的设计即是嵌入式设计工作内容

电路耐冲击测试：高频次通断电-电容的放电-电容充放电延时带来的影响

复位电路：使用电容做电压复位；使用电感做电流复位

绘制原理图时，不同地（数字地和模拟地）之间可以串接0欧姆的贴片电阻（大封装，必须是贴片电阻，贴片电阻的感抗相比插件电阻非常小；电流大时可以使用多个串联）

Timer 时钟，晶振

内部晶振：优点：采用RC震荡，不用外部电路，电路结构简单便宜

缺点：F容易受T影响（生产的RC数值有差异，批次间有差异）

外部晶振：优点：精度高，不受T影响；缺点：结构复杂，成本高；同步通信必须采用外部晶振，保证通信的时钟信号足够准确，不会出错。

无人机设计项目硬件资源分析
无人机搭配的传感器：大气压，GPS，地磁，光流，超声波，红外，摄像头，红外

AD转换1：针对马达（分为直流无刷马达和直流有刷马达），电流保护，防止超负荷工作，模拟量
AD转换2：针对电池，电压保护，不能过放，模拟量
马达驱动器：也成为控制器，调速器；PWM方式实现电压载波调制，四个马达独立速度检测
电源 PCB电源由外部电源输入： 交流高压转直流高压；直流高压转直流低压一般用BUCK电路（效率比较高，功耗相对较低，允许压差范围大，成本高），若用LDO电路（这种方式的输入电压和输出电压压差小，若压差过大会导致功耗过大）
晶振电路 复位电路 单片机最小系统电路：电源，复位电路，晶振电路，
烧录程序接口电路
4个led，2个绿色led飞机前端，2个绿色led飞机后端；1 个蓝色led作为信号绑定指示，由接收机控制；1个蓝色led作为预留扩展或程序调试验证用
遥控器通讯：1，红外；2，射频：2.4GHZ蓝牙（连接手机APP，数据量比较大，传输距离相对更近）；2.4GHZ射频（对应遥控器；传输数据量小，距离相对较远）。射频芯片：NRF5182（也是个简单的单片机，M0，M3的核）
六轴传感器6500，支持SPI通信 I2C通信；6050只有SPI通信，没有I2C通信
地面站，上位机软件，将各种传感器的数据传输到上位机，供使用者定性分析-USB
可升级性：UART：PS，光流，像头，红外
I2C：地磁，气压

         SPI：光流

      PWM：声波，输入捕捉

单片机资源分析：AD1，AD2，震荡引脚，复位引脚，烧录程序接口，4个PWM， 3个I2C，输入I/0等等。共计使用44引脚
元器件选型 单片机选型：STM32F373CCT6 （2.0-3.6V，）
阅读单片机的datasheet
绘制原理图
电源部分：
1.1长线会有感抗，长线两端均要放置电容，放置电容电流增大，相当于内阻输入减小，电功率增大，电压不变；Layout时候电容紧挨着器件的引脚。电容容量不够多个并联。

1.2 大面积覆铜加快散热，线性降压LDO

单片机最小系统
1.1 电容大的好处：工作更稳定，程序跑起来更稳定；对走线要求降低了

1.2 输入端电容紧挨着器件的输入引脚

如果画原理图的人和Layout的不是同一人，注意元器件都要摆放在正确的位置。
注意一个部分的输出一个地，单点接地。
两根地线相连使用0欧姆贴片无感电阻，减小差分干扰，减少震荡。电阻使用大封装，位置要靠近稳压滤波电容（电源电路的电容）
I/O口外部电阻的阻抗选型要偏大，再外加高压的故障情况下，电阻起到保险丝的作用，保护I/O口，保护IC
电压与电流相比，电流过载更容易将单片机损坏
数字电路的内阻比较大
烧录口焊盘要靠近IC，减小走线引起的阻抗，减小出错率；串接电阻保护I/O口，但是时钟信号串接电阻不能太大，会影响周期，可能烧写程序出错
普通用户常用BOOTO为1，烧写程序到Flashmemory
输入内阻大的引脚容易受干扰，可以通过加电容并让电容尽量靠近引脚，从而减少干扰。（如复位引脚，AD输入引脚）
设计马达驱动电路

直流有刷马达选型：电流约2A，电压3-4.2V，功率相对不变-电压变大电流就变小，反之亦然
选N型MOSFET管原因：三极管功耗太大，P管相比N管存在价格高，电流低，种类少的缺点。选型依据：电压，电流，Ugs，Rdson，封装，出货量，库存，供货周期，价格
封装小，SOT-23，Ids电流4A，耐压为20V，Ugs=0.4-1V，Rdson=90-120毫欧

PWM给马达调速，针对有刷马达而言：马达的平均电流大则马达的扭矩大，转速高

马达OFF器件的续流回路中，马达是相当于一个电流源，马达-电感-电流；马达并联一个二极管作为续流回路，放电回路。 马达（电感）在续流器件钳位电压（二极管压降）越低，则续流时间越长（慢续流方式）；实现快放电（快续流方式）：给二极管串接一个电容，如下图：

二极管：ESS2J

马达位置在四周，距离电池电源较远，走线很长，会有较大感抗，影响电流；故在马达附近增加一个10uf电容，连接马达附近的Vbat和地。注意：马达（大电流类型）电路的地要连接在一起且尽量靠近，使得回路尽量的短， 减少高频大电流产生的污染源。

实验结论：当载波频率小于10KHZ时，马达会有电磁噪音；当载波频率大于15KHZ时，马达的电磁噪音会超出人耳听力范围

PWM模块总共几路？每路由什么定时器控制？

输入捕获，输出比较，PWM 单脉冲输出；频率可调，占空比可变；

EMI:测试不容易通过的主要是：非线性负载（电感，电机）

改变相位用电容，增加阻抗用电阻，

电容充放电可以放成负压

在安全级别高的应用场合，不提倡直接使用单片机I/O口驱动MOSFET：单片机I/O驱动能力不够，即单片机的驱动阈值电压太低。正常情况下，单片机的I/O口经过预驱的功率放大后驱动MOSFET。

设计六轴陀螺仪部分电路MPU-6500

使用I2C通信；传感器的地要与单片机的地相接，数据传输。

LED模块

单片机I/O口电流驱动时一般用吸电流，即I/O口为低led灯亮；输出方式为图腾柱输出,推挽输出。

红led压降为2V；绿色蓝色led压降为3V

三极管可以用来滤波，实验得出：b极到e极小于1us波峰的毛刺不能通过，

接收机电路

NRF51882，蓝牙射频双模。使用的是射频

PCB设计相关：

降低温度的方法：风能加快散热；铺铜，对地铺铜；改变器件封装
第六部开关电源

电源按不同方式分为许多类型：有电压源/电流源；有直流/交流电源，有线性/开关电源；有升压电源/降压电源/升压降压电源。

LDO（线性电源）：利用电子器件使自身承受多余的电压实现；功率越高，效率越低，功率约低效率越高；适用于小电流，小功率负载，压降小的场合

开关电源：实现高效率，能用于大功率场合

高压降为低压的电源电路(BUCK电路)：通过控制电子开关的开关来改变电压，

开关过程对输出电压有影响，

负载是一直在波动的，

输入电压对输出电压有影响。

调节一次所需要的时间T即周期越短，同样单位时间里调节的次数(即频率越大)越多，输出电压波动就越小，

MOS管的损耗：1.开关损耗（包括开通损耗和关断损耗）2.导通损耗：导通损耗与负载电流成正比

特点：在频率较高的情况下，开关损耗占比相对比较大；反之比较小。

IGBT开关器件：

特点：导通电流比较大；导通速度比较慢；导通压降为定值。开关速度慢即频率低，那它的“体积”就大，频率与体积成反比。

对开关器件而言，频率越高，开关损耗越大，温升越高。而温升过大又会影响器件的寿命，器件温度每升高10度，其可靠性下降一倍。

在BUCK电路中，使用电容的作用：1.使负载电压相对稳定；2.输出电压为想要的电压；3.在电子开关关断后，电容能够维持负载工作一小段时间。在开关刚开通时，电容电压为0，此时电容相当于短路，电流非常大，理论上为无穷大，实际为一个较大的定值，此时的电流称为浪涌电流，会烧坏开关等器件，不利于电路的稳定及寿命。此时在输出端串接电阻可以起到限流作用，但是电阻会消耗功率，会产生压降，此时需要寻找一个器件：既能起到阻碍电流变化，又能有电抗的特性，这个器件就是电感。

电感是能够阻碍电流变化的器件，且具有电抗特性，在理想状态下，其内阻为0，不消耗功率。

电感上的电压激变，而电容两端的电压又不激变，所以负载两端的电压仍是稳定的。但是在开关关断的短时间内右正左负的电压，且该电压随着电路中电流的越来越小而变得越来越大，电压经负载回到电源的负极再到电子开关，这个过程中电感电压可能会产生电弧，烧坏器件，影响电路的稳定。

电感与电容的特点：

电感上的电流是不能突变的
电感上的电压是可以激变的（电弧）
电容上的电压是不能激变的
电容上的电流是可以激变的（浪涌电流）
电感与与电容都是电抗元件，但没有损耗，并且能够储存能量
电容以电压形式储存能量，电感以电流形式储存能量