разработка и программирование электронных устройств

Плата расширения STM32F103-EXB для Olimex STM32H-103

Отладочная плата STM32F103-EXB предназначена для расширения возможностей платы STM32H-103. Изначально она разрабатывалась для установки на нее головной платы STM32F103-HB , но поскольку STM32F103-HB является аналогом Olimex STM32H-103, то я посчитал более правильным указать в названии статьи оригинальную плату от Olimex. Обе эти платки (STM32H-103 или STM32F103-HB) могут быть установлены на плату расширения STM32F103-EXB.

Печатную плату STM32F103-EXB можно изготовить при помощи лазерно-утюжной технологии самостоятельно или заказать готовую у пользователя Volldemar , который является разработчиком данной платы.
Обсуждение платы расширения находится в этой ветке форума Отладочная плата на основе STM32F103-HB.

Внешний вид отладочной платы показан на следующих рисунках.

Плата состоит из следующих основных элементов :

  • 1 — слоты для установки головной платы STM32H-103 (STM32F103-HB)
  • 2 — разъем для подключения к COM – порту компьютера. Подсоединен к модулю USART1.
    Может использоваться для программирования микроконтроллера платы STM32H-103.
  • 3 — разъем для подключения к сети CAN. Подсоединен к модулю микроконтроллера CAN1
  • 4 — микросхема импульсного преобразователя питания DC/DC (NCP3163)
  • 5 — микросхема драйвера RS-232 (MAX3232C)
  • 6 — микросхема драйвера CAN
  • 7 — разъем для подключения внешнего адаптера питания
  • 8 — микросхема операционного усилителя селектора питания
  • 9 — микросхема линейного преобразователя питания DC/DC с выходным напряжением +3,3В
  • 10 — держатель батарейки +3В для питания RTC модуля микроконтроллера
  • 11 — разъемы расширения портов микроконтроллера модуля STM32H-103
  • 12 — разъем для подключения к COM – порту компьютера (на картинке он не установлен). Подсоединен к модулю USART2.
  • 13 — разъем для подключения интерфейса RS-485 (на картинке он не установлен).
  • 14 — микросхема датчика температуры с интерфейсом I2C (STLM75M ).

Как видно из предыдущих рисунков на плате установлено два интерфейса RS-232 , по одному интерфейсу CAN и RS-485, держатель для часовой батарейки, импульсный преобразователь со входным напряжением 9…36В и выходным 5,2 В, селектор питания для автоматического переключения питания платы между внешним адаптером и питанием от интерфейса USB, цифровой датчик температуры , разъемы расширения портов микроконтроллера и разъемы для установки головной платы STM32H-103.

Рассмотрим состав и возможности каждой состовной части платы расширения STM32F103-EXB по-отдельности.

Слоты для установки головной платы

На плату расширения STM32F103-EXB может быть установлена одна из головных плат STM32H-103 или STM32F103-HB. Слоты для установки головной платы не имеют направляющих ключей, поэтому нужно быть внимательным при установке. Головная плата устанавливается таким образом, чтобы ее USB- разъем был направлен наружу, как расположенный рядом разъем CAN.

Головные платы STM32H-103 и STM32F103-HB идентичны по своим функциональным возможностям. На каждой из них установлен микроконтроллер STM32F103RB с 128 кБ Flash- памяти программ и 20кБ SRAM памяти данных, разъем USB-B для подключения к USB – порту компьютера, один программируемый светодиод и кнопка, индикатор питания и кнопка аппаратного сброса микроконтроллера. Также присутствуют посадочные места для установки перемычек BOOT0, BOOT1 для активации встроенного в микроконтроллер загрузчика. Установлен линейный преобразователь питания из 5В в 3,3 В , кварцевый резонатор на 8МГц и стандартный 20 – выводной разъем JTAG.

Разъем расширения линий портов ввода/вывода микроконтроллера

Для расширения возможностей платы STM32F103-EXB выводы портов микроконтроллера выведены на четыре внешних разъема PLD-20 X25 – X28 . На этих разъемах доступны только линии микроконтроллера, выведенные с головной платы. Их можно использовать для подключения дополнительных макетных плат или анализа с помощью измерительных приборов.

В ближайших планах реализовать подключение цветного графического индикатора TFT LCD 2,4” с разрешением 320×240.

Поскольку у микроконтроллера STM32F103RB нет интерфейса внешней памяти FSMC , то для подключения TFT дисплея будет использоваться 8 или 16 -битный параллельный интерфейс.

Схема импульсного преобразователя внешнего питания платы

Для питания платы от внешнего источника постоянного тока напряжением 9…36В используется импульсный DC/DC преобразователь на основе микросхемы NCP3163. Схема подключения понижающего преобразователя изображена на следующем рисунке.

На принципиальной схеме преобразователя диодный мост VD1 защищает схему от подключения внешнего источника питания с противоположной полярностью. Также вполне возможно подключить внешний адаптер переменного тока.

Схема подключения микросхемы D1 стандартная из документации.
В двух словах рассмотрим принцип работы. Цепь обратной связи по напряжению на резисторах R13R16 обеспечивает стабильность выходного напряжения преобразователя. На выводе VF2 микросхемы должно присутствовать опорное напряжение 1,25 В. Конденсатор C3 , подключенный к выводу TC микросхемы, задает частоту работы преобразователя. Максимальная величина тока нагрузки преобразователя ограничена благодаря резистору R11, на котором производится измерение силы тока.

Выходной ключ преобразователя выведен на контакты микросхемы SWE1 и SWE2. К этим выводам подключена катушка индуктивности L1 и диод Шотки VD2. Вместе с накопительным конденсатором C11 они превращают импульсный сигнал на выходе ключа в постоянное напряжение на выходе преобразователя.

Цепь C7R17 увеличивает эффективность преобразования при высоких значениях входного напряжения.

Микросхема NCP3163 позволяет обеспечить максимальный ток нагрузки до 1,5 А. Однако благодаря встроенной в преобразователь схеме защиты от перегрузок, максимальный ток нагрузки будет определятся значением сопротивления резистора R11.

Для увеличения нагрузочной способности платы STM32F103-EXB можно подкорректировать значение сопротивления R11 :

R = 0,25 / 2xI ,

где I – номинальный ток нагрузки преобразователя

Мощность резистора R11 рассчитывается так :

P = 0,5 x I ,

Для максимальной нагрузочной способности преобразователя (1,5А) сопротивление и мощность резистора R11 равны :

R = 0,25 / 3 = 0,08 (Ом)

P = 0,5×1,5 = 0,75 (Вт)

Кроме того сечение провода катушки индуктивности L1 и максимальный прямой ток диода VD2 должны соответствовать двойному значению тока нагрузки .

COM порты

На плате STM32F103-EXB расположено два разъема для подключения к последовательным портам компьютера. Также их можно использовать для подключения внешних устройств с интерфейсом RS-232 к отладочной плате.
Схема подключения является стандартной.

Преобразователь уровней сигнала для различных типов логики TTL/CMOS выполнен на специализированной микросхеме max3232c. Микросхема драйвера имеет два входных и два выходных канала для преобразования. Оба разъема X22 и X23 подключены к одной микросхеме драйвера, поэтому используются только две основные линии TxD и RxD для подключения к модулям USART1 и USART2 микроконтроллера.

CAN интерфейс

Плата расширения STM32F103-EXB содержит в своем составе микросхему драйвера CAN интерфейса. Линии интерфейса CAN выведены на разъем X24 типа DB-9F.

Интерфейс RS-485

Интерфейс RS-485 реализован на специализированной микросхеме драйвера ADM485EAR.
Схема подключения стандартная. Линии A и B шины RS-485 с помощью перемычек X15, X16 могут быть подтянуты соответственно к питанию и земле.

Перемычка X17 подключает между A и B терминальный резистор, необходимый на длинных линиях связи. Перемычка X13 подсоединяет питание к микросхеме драйвера.
Перемычки X9 и X10 выполняет подключение линий приемника и передатчика модуля USART2 либо к драйверу RS-485 , либо ко второму порту RS-232.

Сигналы микросхемы драйвера DE и ~RE соединены вместе, поскольку порт RS-485 у нас работает в полудуплексном режиме, то есть прием и передача не могут выполняться одновременно.

Держатель часовой батареи

В состав микроконтроллеров stm32f10x входит модуль часов реального времени RTC.
Для питания модуля RTC используется 3В батарейка. На рисунке видно , что держатель батареи несколько больше своего посадочного места. Я запаял на плату тот держатель, который был у меня в наличии.

Батарейка обеспечивает непрерывную работу часов, при выключении питания микроконтроллера дата и время остаются актуальными, поскольку модуль RTC продолжает работать.

I2C датчик температуры

Цифровой термометр STLM75M с последовательным интерфейсов I2C позволяет измерять температуру окружающей среды с точностью до 0.5 градуса Цельсия.

Перемычки X6 – X8 предназначены для установки трех младших разрядов адреса устройства на шине I2C. X12 подсоединяет питание к микросхеме цифрового термометра. X14 можно подключить на вход внешнего прерывания и отслеживать наступление определенного события , например превышения температуры окружающей среды заданного значения.

Селектор питания

Селектор питания предназначен для автоматического переключения источника питания платы с внешнего адаптера питания на питание от USB порта компьютера. Выполнен селектор на двух операционных усилителях на базе микросхемы MC33202D .

Для самостоятельного изготовления данной платы в конце статьи находятся все необходимые исходные материалы.

Обсуждение отладочной платы на форуме

Принципиальная электрическая схема

Перечень элементов

PCB Top

PCB Bottom

Сборочный чертеж верхнего слоя

Сборочный чертеж нижнего слоя

Leave a Reply

You must be logged in to post a comment.