嵌入式~PCB专辑14

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一、STM32最小系统电路

STM32最小系统硬件组成

    最小系统为单片机工作的最低要求,不含外设控制,原理简单,分析最小系统是STM32入门的基础。

    组成:

  • 电源

  • 复位

  • 时钟

  • 调试/下载接口

  • 启动

电源

    3.3V的电源从这里接入,其中电容起到滤波的作用。

复位电路

    当RESET引脚被拉低产生外部复位时,产生复位脉冲,从而使系统复位。

    有三种复位方式:

  • 上电复位

  • 手动复位

  • 程序自动复位

    上电复位,在上电瞬间,电容充电,RESET出现短暂的低电平,该低电平持续时间由电阻和电容共同决定,需求的复位信号持续时间约在1ms左右,计算方式如下:

t = 1.1RC(固定计算公式)  

1.1*10K*0.1uF=1.1ms

    手动复位:按键按下时,RESET与地导通,从而产生一个低电平,实现复位。

 

时钟 

    晶振的作用是为最小系统提供最基本的时钟信号,电容的作用是保证晶振输出的震荡频率更加稳定。

BOOT启动电路

    STM32 芯片的 BOOT0 和 BOOT1 引脚,可使用跳线帽设置它们的电平从而控制芯片的启动方式。它支持从内部 FLASH 启动、系统存储器启动以及内部 SRAM 启动方式。

    一般使用JTAG或者SWD调试下载程序,会下载到闪存里,所以可以直接将BOOT0引脚和BOOT1引脚置为低电平。

  STM32三种启动模式对应的存储介质均是芯片内置的,它们是:

  • 用户闪存 = 芯片内置的Flash。

  • SRAM = 芯片内置的RAM区,就是内存啦。

  • 系统存储器 = 芯片内部一块特定的区域,芯片出厂时在这个区域预置了一段Bootloader,就是通常说的ISP程序。这个区域的内容在芯片出厂后没有人能够修改或擦除,即它是一个ROM区,它是使用USART1作为通信口。

调试接口

    STM32有两种调试接口,JTAG为5针,  SWD为2线串行(一共四线)    此外还有采用USB进行程序烧写和数据输出:和电脑USB口连接也可以进行小负载驱动供电。

    通常采用CH340G的芯片:实现USB转串口。使用该芯片将电脑的USB映射为串口使用,注意电脑上应安装串口驱动程序,否则不能正常识别。

二、面包板不适合高频电路

#1#、为什么在面包板上玩射频?

方便,当然还是方便。面包板是进行一些电子线路实验构建电路方便的平台。多用于普通数字电路和模拟电路。一旦涉及到高频电路,面面包就有很多方面不太适合了。

那么,到底哪方面不适合?对于高频信号在面包板上的表现形式到底如何?下面,通过一些简单的测试来回答这个问题。

#2#、实验器材

实验器材包括有以下几个方面:

1、频谱仪

这里使用了一台DSA815频谱仪,它具有“Trace”功能,可以用于测量一些系统的频率特性。

▲ DSA815频谱仪

DSA815还有具有联网功能,可以通过网络读取它的数据,这样便于分析。比如下面就是从DSA815读取的数据通过Python绘制的频谱图。

▲ DSA815读取的数据

2、面包板

测试的面包板就是下面这种普通的使用所使用的面包板。

▲ 小型面包板

#3#、初步信号测试

1、DSA815输出信号

设置DSA815 TG输出0dbm信号。在它的TG输出端口增加50Ω的电阻负载。使用示波器测量50Ω上的波形。此时设置频率范围是:10~150MHz。 

▲ TG输出信号施加在51Ω负载电阻,使用示波器测量输出信号波形

输出波形的峰峰值(指的是中间高频部分,不包括非常低频的那部分的突出峰值)为532mV。

▲ 测量TG输出电压波形

根据信号的峰峰值Vpp=0.532V,可以算出此时的其他参数:

  • 信号的峰峰值 Vpp = 0.532V;

  • 信号的有效值 Vrsm = Vpp/2/sqrt(2) = 0.188V

  • 信号在50Ω上的功率 P50=0.708mW

  • 输出功率的dBm:PdDm = log10(P50*1000)*10 = -1.5

2、频谱仪TG输出与输入在面包板上相连

将DSA815的TG输出如输入端口通过直插线在面包板上相连,看一下他们之间的耦合信号的情况。

(1)通过同轴电缆连接器直接相连

这种情况反映了DSA815本身在TG输出信号的频谱。

▲ 直接相连所得到频谱图 

▲ 输出与输出通过同轴电缆连接器直接相连的频谱

(2)通过面包板直接相连

通过连接线将射频信号在面包板上相连。两个插针相距200mil(即两排插孔)。

▲ 通过面包板直接连接

此时对应的DSA815测量的频谱特性为:

▲ 直接相连下,频谱图

下面将两个曲线对比,会发现他们有区别但相差不超过2.5dBm.

▲ 对比直接相连与在面包板上相连对应的频谱曲线

(3)在面包边上错位不相连

  • 底线相连

两个接头仅仅是底线相连,信号线左右分开。

下面的曲线表明,面包板上对于输入信号线在仅仅底线相连情况下,仍然有近-37dBm的功率耦合。

▲ 底线信号对应的输出频谱曲线

  • 信号线相连

仅仅将同轴电缆中的相连,底线分开。对应的信号功率频谱如下:

▲ 信号线相连,底线分开使得频谱

  • 信号线相距不同位置

将输入信号与输出信号在面包板上相距一定位置,测量他们之间的耦合关系。

下图是DSA815的输出与输出在面包板上相距21格是对应的位置。

▲ 两个信号线在面包板上相距21格的位置

测量输入输出之间的耦合关系如下图所示。可以看出。面包板在不同的频率范围内对具有不同的耦合关系。在40MHz, 115MHz左右出现了两个峰值。而对于20MHz以内, 65MHz~90MHz,大于135MHz的频谱耦合强度就弱了。

由此可见,对于普通低于20MHz之内的电路实验,面包板还是可以提供非常优良的隔离绝缘环境的。

▲ 在相距21格的位置,输入输出之间的频谱特性

下面是测量输入输出之间相距的距离(100mil为单位),每相差一格测量所对应的频谱曲线。从1到21 。距离越远,面包板的的信号耦合强度月底。

▲ 相距不同距离输入输出之间的耦合频谱

#4#、结论

对于在面包上所做的高频电路实验,需要克服的是面板版内的信号耦合问题。对于低于20MHzy以下的信号。在相距一格之内的射频耦合强度小于40dB。这对于大多数的数字和模拟线路实验都是允许的。

对于处在40MHz,110MHz左右的高频信号,班内的耦合强度很高。特别是在相距1格的情况下,对于40MHz左右的信号,相互之间耦合损耗只有10多个dB,这就有可能使得很多数字信号和模拟信号产生较大的干扰。

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