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【开源硬件篇】STM32F103C8T6主控板_stm32f103c8t6原理图

作者：2023面试高手 | 2024-04-16 08:19:37

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stm32f103c8t6原理图

STM32F103C8T6主控板

设计目标

能够控制9路5V舵机
具有3路串口通信接口，其中有一路串口设计为串口转USB，通过一根USB数据线直接进行通信
拓展口，除了所用到的功能模块的IO口，其余的IO口都拓展出去
一路LED灯5V电源指示灯
设计了两组3V3-GND引脚

一、STM32F103C8T6核心板外围引脚电路

1.1 原理图设计

在这里插入图片描述

这里我们需要将对应的引脚和我们之前的【开源硬件篇】STM32F103C8T6核心板的外围IO电路对应起来。

具体的引脚的功能我们需要可以建立一个Excel表格查找，便于我们将对应引脚的功能分配到指定电路中：
在这里插入图片描述

注：第一列为引脚名称，第二列为引脚复用的功能列表，第三列为复用的功能。

1.2 PCB设计用例

在这里插入图片描述

一般来说，核心板的插座都会放置到主控板的中心，便于我们后期的走线以及元器件的摆放。

二、ISP一键下载电路设计

2.1 原理图设计

在这里插入图片描述

2.2 原理分析

2.2.1 CH340电路选择

一开始我的原理图设计时，串口转TTL芯片的采用的是CH340G，但是由于其需要额外提供晶振电路，导致物料增多，而CH340C芯片恰好把晶振电路集成到芯片的内部当中，而且价格也便宜，设计方便，所以采用CH340C芯片进行电路设计。

关于CH340电路我们需要考虑以下几点：

1）电压匹配问题

芯片供电问题

CH340芯片通过USB转换出来的TTL串口输入和输出电压是根据芯片的供电电压自适应的。

如果CH340芯片是5V 供电，那么串口输出和采样都是5V；如果是 3.3V 供电，那么标准就成了 3.3V。若CH340芯片是5V供电，可以兼容3.3V系统；若CH340芯片是3.3V供电，则不能兼容5V系统，若使用5V系统，则可能会损坏芯片。
在这里插入图片描述

芯片V3引脚接线问题

5V 供电时芯片 V3 引脚需要接一个 0.01uf电容到地；3.3V 供电时直接将 V3 脚与 3.3V 电源引脚短接

2）晶体以及电容的选用（CH340G需要，而CH340C不需要）

在选用晶振时如果选择 12MHz 的石英晶体，那么旁路电容选择 22pF 的独石或高频瓷片电容。如果选用的低成本陶瓷晶体，那么旁路电路的容量必须用该晶体厂家的推荐值，一般情况下是47pF。

对起振困难的晶体，建议电容数值减半。如果仍然无法起振，最好参考一下选用晶振的官方推荐电容值。

3）芯片CH340的V3引脚作用

V3 引脚的电容用于内部电源节点退耦，来改善 USB 传输过程中的 EMI，通常容量在 4700pF 到 0.1uF 范围，建议容量为 0.01uF，即 103 电容.

2.2.2 ISP一键下载原理

在这里插入图片描述

DTR#和RTS#都是输出类型，MCUISP(一键下载工具)会控制DTR#和RTS#的高低电平状态，从而控制BOOT0和NRST

芯片上电后，DTR#、RST#初始状态的时都是高电平；当开始下载时，DTR#维持高，RST#拉低，此时Q1、Q2都导通，NRST为RTS#电平，即低电平，会发生复位，而BOOT0为RTS#,即高电平

下载完成后，DTR#变低，Q2不导通，复位结束，此时BOOT0为高电平

注：先是DTR#变为高，RST#变为低，等到代码下载结束时 RST#先变为高电平，然后DTR#在变成高电平

所以，在使用FlyMcu的时候一定要选择如下图所示的模式：

在这里插入图片描述

2.3 PCB设计示例

在这里插入图片描述

注：D+和D-最好为差分走线，这样我们的信号会更加稳定。

三、串口通信电路

3.1 原理图设计

在这里插入图片描述

3.2 原理分析

串口是一种串行通信，设备之间通过数据信号线、地线、电源线连接，按数据位形式一位一位地传输数据的通讯方式，同一时刻只能传输一位(bit)数据。

串口也是一种全双工通信，如图所示：

在这里插入图片描述

串口分为发送方TX和接受方RX，TX用于向外面发送数据，而RX用于接收外面的数据，两者互不干扰，可以同时进行。

串口是一种异步通讯方式，不需要时钟信号进行数据同步，但是要约定好数据的传输速率(波特率)。

原理图中，两个物体之间的GND和VCC要同时连接，为数据提供高低电平的参考。VCC的选择可以选择3.3V或者5V，5V可以兼容3.3V，但是3.3V不能兼容5V。

3.3 PCB设计示例

在这里插入图片描述

四、5V转3.3V电路

4.1 原理图设计

在这里插入图片描述

4.2 原理分析

4.2.1 AMS1117芯片数据手册分析

1）简介：

通过查阅数据手册，选择了AMS1117-3.3这款芯片，可以提供1A的电流。AMS系列有多种电压输出，包括了1.5V, 1.8V, 2.5V, 2.85V, 3.3V 和 5.0V

2）封装：

选择的封装为：SOT-223

在这里插入图片描述

1- Ground/Adjust

2- VOUT

3- VIN

3）最大额定值

最大输入电压为15V，焊接温度最好控制在265℃以下

4）电气特性

在这里插入图片描述

4.2.2 AMS1117电路分析

电容起到一个对电源的输入和输出进行一个滤波的操作

4.3 PCB设计示例

在这里插入图片描述

电容一定要靠近芯片的对应引脚，这样滤波的效果才明显，否则会导致滤波效果很差，电源纹波比较大。

五、舵机控制电路

5.1 原理图设计

在这里插入图片描述

5.2 原理分析

舵机是一种位置（角度）伺服的驱动器
在这里插入图片描述

一个舵机由变速齿轮箱，电位器，电路板与直流电机组成.伺服电机由信号线输入的PWM信号控制。信号的频率应为50Hz，周期为20ms，PWM的占空比决定了舵机旋转到的角度。

舵机的控制由一个脉冲宽度调制信号(PWM波）来实现

在这里插入图片描述

因此舵机主要有电源线、PWM控制线、GND线。一般的舵机输入电压，从4.8V到7.2V左右，电压越大，舵机达到指定位置的速度越快。舵机的工作电流为100mA~2A,若发生舵机堵转可能会达到3A左右的电流，很容易把舵机烧坏，所以在使用时候要注意舵机的堵转问题。

5.3 PCB设计示例

在这里插入图片描述

由于一个舵机的电流大概在1A左右，所以多个舵机驱动的话需要进行电源铺铜的方式，防止有导线不够粗而烧毁。

上述的原理图以及PCB设计已经开源至立创开源平台上，大家可以下载进行参考设计专属自己的STM32F103C8T6主控板，链接为:https://oshwhub.com/panzhongsheng/kai-yuan-ying-jian-STM32F103C8T6

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【开源硬件篇】STM32F103C8T6主控板_stm32f103c8t6原理图

STM32F103C8T6主控板

文章目录

设计目标

一、STM32F103C8T6核心板外围引脚电路

1.1 原理图设计

1.2 PCB设计用例

二、ISP一键下载电路设计

2.1 原理图设计

2.2 原理分析

2.2.1 CH340电路选择

2.2.2 ISP一键下载原理

2.3 PCB设计示例

三、串口通信电路

3.1 原理图设计

3.2 原理分析

3.3 PCB设计示例

四、5V转3.3V电路

4.1 原理图设计

4.2 原理分析

4.2.1 AMS1117芯片数据手册分析

4.2.2 AMS1117电路分析

4.3 PCB设计示例

五、舵机控制电路

5.1 原理图设计

5.2 原理分析

5.3 PCB设计示例