第1章开发板硬件结构

1、第1章开发板硬件结构OpenM3V开发板是作者专门为本书设计的硬件原型，采用了ST公司基于M3核的STM32F103VB，可通过ISP下载，也可以通过JTAG方式调试和下载。开发板上提供了众多的功能部件，都是工程师在实际应用中常用并必须要使用的模块，充分使用这些模块能尽可能地发挥STM32系列的性能。这些功能模块包括键盘和LED灯功能部件；I2C方式接口的EEPROM储存器电路；两个RS-232串口电路；简单AD采集电路，语音AD采集电路；CAN接口电路；USB接口电路；JTAG接口电路；后备供电电路;SPI方式接口的Flash储存器接口电路模块，SPI方式接口的SD卡电路，SPI方式接口的1

2、28X64点阵液晶接口电路，SPI方式接口2.4G无线通信模块接口电路，SPI方式接口的779928MHz频段无线模块接口电路；PWM方式调光电路，PWM方式语音输出电路及连接直流无刷电动机驱动板的接口电路等，同时结合灵活的跳线，所有的I/O口都可以单独引出，可以极大地方便读者进行嵌入式开发。1.1 电路原理图OpenM3V开发板硬件原理图如图1-1-1图1-1-5所示。图1-1-1芯片最小系统部分WMlD-0芒三mm1Q111Lh11%i17i-an图1-1-3RS-232和24C02电路图1-1-2USB、CAN和JTAG接口电路图CXEIIni4*iEflElVCCWCVssS.1>

3、;A24C02JIIHI-AllkH2X2图1-1-5SD卡和Flash接口电路图图1-1-4LCD和无线模块接口电路图25J3SSDE血FMlJ-lSIMJMMgC'Bl'SCIiIMIXlblWivtri-v_.：iI”宀|-!lUMJ12i56HIIIII12临甲卜“的*SI)N§5MI.V：'R2ACZbD=叫LiMSISST25V0161.2 原理图说明1.2.1电源电路STM32系列的工作电压（Vdd）为2.03.6V,通过内置的电压调节器提供所需的1.8V电源。当主电源Vdd掉电后，通过Vbat脚为实时时钟（RTC）和备份寄存器提供电源。Open

4、M3V开发板电源电路如图1-2-1所示，使用USB口输入5V电源，通过电容滤波和电感对瞬态电流的限制，使用LM1117为系统提供稳定的3.3V电源。当系统供电后，有一指示灯被点亮，提示系统处于供电状态。V<r3.0«C16O.I|iT匸啊；IIII卜'Z.0C50O.LjlT图1-2-3复位电路图图1-2-1电源电路STM32F103VB系列具有独立的模拟电源引脚，为了提高模拟系统的抗噪性，模拟部分应该与数字部分分开供电，如图1-2-2所示。在电路上，使用L1、L2、C5、C6作为模拟电路部分，用于隔离来自数字电路部分的噪声。图1-2-2模拟部分与数字部分分开供电1.2

5、.2系统复位电路在STM32系列芯片中，由于有完善的内部复位（RESET）电路，外部复位电路就特别简单，使用阻容复位方式即可，如图1-2-3所示。123时钟电路STM32系列的控制器可以使用外部晶振或外部时钟源，经过内部PLL或不经过内部PLL为系统提供参考时钟，也可以使用内部RC振荡器经过或不经过内部PLL为系统提供时钟源。当使用外部晶振作为系统时钟源时，外部晶振的频率为416MHz，可以为系统提供精确的系统参考源。OpenM3V开发板使用8MHz外接晶振为系统提供精确的系统时钟参考，使用32.768kHz低速外部晶体作为RTC时钟源，连接到芯片的PC14、PC15脚，具体电路如图1-2-4

6、所示。图1-2-4晶振电路图1.2.4JTAG接口电路OpenM3V开发板采用标准14引脚JTAG仿真调试接口，该接口信号定义与STM32F103VB连接，如图1-2-5所示。注意，当不作为JTAG口使用，而是作为普通I/O口使用时，要注意其口线上的上拉和下拉电阻的影响，当然也可以焊下，不使用这些电阻。1.2.5串口电路STM32系列芯片有25个不等异步串口，STM32F103VB拥有3个异步串口。开发板通过一片MAX3232把串口1和串口2的3.3V电平转换为RS-232电平。通过一个跳线组J5,可以把这些端口与串口部分电路断开或相连接。当跳线帽短接时，连接芯片引脚到串口电平转换电路；当跳线

7、帽断开时，这些引脚可以作为通用I/O口使用。开发板上，STM32F103VB的PA10（69引脚）对应RX1,PA9（68引脚）对应TX1,PA3（26引脚）对应RX2,PA2（25引脚）对应TX2。这两个串口的数据发送端连接到DB9阴（母）插头的2引脚，数据接收端连接到DB9阴头的3引脚，DB9接头与PC串口相接时，使用直连串口线相连接，同时，串口1可以作为程序ISP下载的接口，具体电路如图1-2-6所示。U3CIO2&CI+VdoV+GNDMAX3-232RS-TIC2+R弘INIC2-TTL-TITTLdNlKS-I2TJL-IN2RS4N2TTUT20.1叶C13COMI621

8、)139J5COM2DB9图1-2-6串口电路图1.2.6键盘电路OpenM3V开发板有独立的7个按键，分别为K1K7,如图1-2-7所示。由于STM32F系列芯片的每一个引脚都可以定义为中断脚，所以也可以定义这些按键作为外部中断输入口，或用来唤醒在睡眠或停机状态的CPU。图1-2-7按键电路图开发板上，PEO连接K1,PE1连接K2，PE6连接K7。虽然所有的STM32F系列芯片内部都有上拉和下拉选项，在此处加上上拉电阻只是为了更好地说明这个上拉电阻的作用。在对功耗要求很严的应用中，按键的上拉电阻阻值应相应取大一点，以减少这一部分的电流消耗。在按键的两端加上一个电容，能旁路掉一定量的键盘按下

9、和松开时的抖动,其值在0.11.0疔之间，此处采用0.1疔电容。按键按下时，采集到的电压值为低；按键松开时，采集到的电压值为高，通过判断连接到芯片I/O口电压的高低来判断按键的状态。1.2.7LED灯电路OpenM3V开发板有独立的8个LED灯，使用I/O口来控制，PD0控制LED1,PD1控制LED2，PD7控制LED8。当I/O口为高电平时，LED灯灭；当I/O口为低电平时，LED灯亮，具体电路如图1-2-8所示。32InDft7DD-17012R42IZZH47tKirixi<LED>PDI<1.FP2>ri)3l'l)4<iij>r>&

10、lt;LFD?>图1-2-8LED电路图同时，还有一路使用PWM来模拟DAC输出可以调光输出的LED灯，电路如图1-2-9所示。PWM_V连接芯片的PD14引脚，也即重映射TIM4的CH3引脚。图1-2-9PWM驱动电路图1.2.8 I2C接口电路STM32F103VB具有两路均支持400kHz高速通信模式的硬件I2C电路接口。在开发板上使用一片具有I2C接口的EEPROM储存器芯片24C02，可以通过I2C接口实现数据的读写等操作。电路图如图1-2-10所示，24C02连接到STM32F103VB的I2C_2接口，使用跳线J6与系统相接。只有跳线帽短接时，I2C_2接口连接到24C02

11、芯片上；当断开时，I2C_2接口可以用作普通的I/O口。图1-2-12直流电压采集电路I2C总线上拉电阻的值与总线速度有关，当总线速度高达400kHz时，应使用1kQ的电阻，可以实现快速的总线上升和下降变化。当使用标志的100kHz总线速度时，可以选用5.6kQ或10kQ总线上拉电阻，以降低总线操作时的功率消耗。为了兼容高速总线，此处选用1kQ总线上拉电阻。1.2.9 ADC电路STM32F103VB具有两个12位模数转换器，共有17个通道，转换速率高达1000kHz,具有独立的参考电源引脚。开发板通过跳线J12可以选择经过隔离的3.3V或语音采集电压参考，也可以直接从需要的地方引入参考电压。

12、注意，J12跳线最多只能选择一个，开发板初始状态时参考源选择Vref_3.3,具体跳线电路如图1-2-11所示。图1-2-11ADC参考跳线图OpenM3V开发板提供一路直流电压测量电路和一路语音采集电路。直流电压采集电路如图1-2-12所示，直流电压连接到ADC_13引脚。可调电阻调节输入到ADC的电压，在Vin点可以通过万用表测出电压值。开发板上直接使用电源作为参考源，不能满足高精度的电压测量，也没有发挥出12位ADC的性能，如果需要完全发挥STM32F103VB芯片ADC的性能，需要使用精密参考源引入VREF+引脚。*n1I，1347KOinin|!47W1.2.10 USB电路USB外

13、设实现了USB2.0全速总线接口，并支持USB挂起/恢复操作，可以停止设备时钟，实现低功耗。ST-EasyM3开发板通过USB接口提供电源，接口电路如图1-2-13所示。通过J2跳线可以断开和接通USB电路，通过J1可以选择通过是CPU控制上拉还是始终选择上拉。如果选择CPU来控制上拉，则通过PC11来控制。图1-2-13USB接口电路1.2.11 CAN电路bxCAN是基本扩展BasicExtendedCAN的缩写，它支持CAN协议2.0A和2.0B。它的设计目标是：以最小的CPU负荷来高效处理大量收到的报文。它也支持报文发送的优先级要求（优先级特性可用软件配置）。CAN主要应用于需要快速响

14、应的系统中，bxCAN提供所有支持时间触发通信模式所需的硬件功能。STM32F103VB芯片有一路硬件CAN接口，电路图如图1-2-14所示。通过跳线J3来连接和断开芯片与CAN驱动的连接，使用65HVD230驱动芯片连接到CAN总线上，使用J4跳线来选择使用终端200Q网络电阻。hiiCAM.CANTX图1-2-14CAN接口电路图1.2.12语音采集和播放电路STM32F103VB芯片拥有性能优越的ADC和高效的PWM输出，可以充分使用芯片的资源来进行语音的采集和语音输出。图1-2-15是语音采集和语音输出的电路图。语音采集使用ADC_1，使用语音采集时，ADC参考源要选择（J12）Vre

15、f_mic。语音采样使用18kHz/s的采样频率，使用12位数据。语音输出PWM频率为18kHz，与语音采样速率一样。活.mf<TBKn>F19¥Li3J|UI呻呵人仁Rl«P|k>M|图1-2-15语音采集和播放电路MIC可以通过PC机或MP3等设备输入音频信号，通过STM32采集，然后通过PWM方式输出来，再通过扬声器或耳机复现，实现语音采集和语音播放。1.2.13SPI接口电路串行外设接口（SPI）允许芯片与外部设备以半/全双工、同步、串行方式通信。此接口可以被配置成主模式，并为外部从设备提供通信时钟（SCK）。接口还能以多主配置方式工作，可用于多种

16、用途，包括使用一条双向数据线的双线单工同步传输。STM32F103VB具有两路SPI接口，最高速度可以达到18MHz。ST-EasyM3开发板上拥有众多的SPI接口设备，通过SPI可以很容易地连接众多设备，实现与这些设备的高速通信。开发板上的SPI接口设备非常丰富，有2.4G无线模块接口、863925MHz频率无线模块接口，SD卡接口、128X64点阵液晶接口、Flash储存器接口和TF/SD卡接口。（1）2.4G无线接口。其电路如图1-2-16所示。通过J8跳线来接通和断开与2.4G无线模块控制口线与芯片的连接；L4、C22和C23为无线模块电源进行滤波，保证无线模块电源的干净度；STM32

17、F103VB芯片的SPI2接口与无线模块的SPI接口相连。图1-2-162.4G无线模块(2) 830925MHz无线模块接口。其电路如图1-2-17所示。通过J11来接通和断开芯片与模块的连接；L5、C56和C57为无线模块电源进行滤波，以保证无线模块电源的干净度；STM32F103VB芯片的SPI1与无线模块的SPI接口相连。J*IIN»<IU9<123C14t>RF2I3JRQ)MCJSII>MWTT>SLP>I.卄J-II-O.lMl'L577丄O.I|1F图1-2-17ISM工业频段无线模块(3) 128X64点阵LCD模块接口。

18、其电路如图1-2-18所示。通过J7跳线来接通和断开芯片与LCD点阵模块的连接。在开发板上，相应地放置了点阵液晶模块所必需的元器件。当要使用点阵液晶模块时，J7跳线必须全部短接。图1-2-18128X64点阵模块接口电路(4) SD/TF卡接口。其电路如图1-2-19所示。通过跳线J9来接通和断开芯片与SD/TF卡的连接。通过SD_POWER口线来控制SD/TF卡的供电，可以重新复位SD/TF卡。通过对SD_FIND口线电平的判断，来识别SD/TF卡是否插入。当SD/TF卡供电时，LED11将被点亮。抵左0卜J9HE.-WERhX247L112】C24DllLL12D船mIOOjiRL6V-1

19、2315&7&Q1011J2<SDPOWFR>_<c！.t< h嗣I、_<< SCKl>_t< tiso_,6_*<SDHNtJ>_ttJAl2.'D2DAT3rt?SCMD/DJVssiVnnCLK/SCK帶0/1XiDAT打DICARDJNSFRTGNDCARDWP图1-2-19TF/SD卡接口电路（5）Flash储存器接口。其具体电路如图1-2-20所示。通过J1O跳线来接通和断开芯片与Flash储存器的连接。在开发板上有一片具有SPI接口的Flash储存器芯片SST25VF016B，可以通过SPI接口高

20、速地实现数据的读和写操作，SST25VF016B连接到芯片的SPI2接口。1.2.14电动机驱动板接口电路STM32F系列芯片中，至少有一个高级定时器，这个定时器的主要功能是为方便控制电动机而设立的。开发板上的电动机驱动板接口电路如图1-2-21所示。在J13接口中引入了T1_CH1、T1_CH1N、T1_CH2、T1_CH2N、T1_CH3、T1_CH3N用于控制电动机的三相六极；T3_1_H1、T3_2_H2、T3_3_H3用于连接霍尔传感器，T4_1_B1、T4_2_B2用于连接编码器；ADC_1、ADC_2、ADC_3、ADC_T用于采集三相电流和驱动板上的温度;T1_BKIN用作紧急

21、按钮。同时可以为开发板提供3.3V和5.0V电源。JPI3OpenM3V开发板跳线器说明表如表1-3-1所示。MlWkOrTHEJJ*91iKIiKmhjrw：mim團0蹩卜用卜i1=宀書肩叵可"F“F-L-_1!*.，firi1iE*q7=F*l讥勺瑟冲:nlJTibb111-i*匕11tft1JhI*HrilllllvIllBillPI.1Imki411DiddTMEIi_I1hi-ip斗!*|h|htf百R24RkRMiR1时rjiLW<*LCseimc«es恂bicii«fn园1亠-K2,r'jft1-rmth斗niC'*hirJyr

22、iiirCl!if"fiEa£itlELEEEilEEEi9-1直lilM01>EiRst5f5PSBBPQEf£!9£!E9E«-亠鲨$4亠园亠u亠_£fi_-K.T.OpeitM3VJililWtiSfJ图1-2-21电动机驱动板接口电路1.3 开发板元器件布局图OpenM3V开发板元器件布局如图1-3-1所示。图1-3-1开发板元器件布局图1.3.1跳线器说明表1-3-1跳线器说明表跳线器I/O口跳线选择功能说明J1PC11USB_ABLE此为三端跳线，短接USB_ABLE端时，由PC11控制上拉，短接地时，连通上拉电阻J

23、2PA12USBDP短接时，PA12连接USBDPPA11USBDM:短接时，PA11连接USBDM，使用USB时，两个都需短接J3PB9CANTX短接时，PB9连接CANTXPB8CANRX:短接时，PB8连接CANRX，使用CAN时，两个都需短接J4短接时，连接200Q电阻J5PA9TX1:短接时，PA9连接RS-232电平转换芯片PA10RX1短接时，PA12连接RS-232电平转换芯片PA2TX2:短接时，PA12连接RS-232电平转换芯片PA3RX2短接时，PA12连接RS-232电平转换芯片J6PB10SCL2短接时，连接24C02的SCL引脚PB11SDA2:短接时，连接24C

24、02的SDA弓I脚J7PD8LCDA0短接时，PD8连接点阵液晶模块的控制口线PD9LCDRSET短接时，PD9连接点阵液晶模块的复位口线PD10LCDSS短接时，PD10连接点阵液晶模块的片选口线PB15MOSI2:短接时，连接点阵液晶模块的MOSI引脚PB13SCK2短接时，连接点阵液晶模块的SCK引脚J8与2.4G模块有关PD11PD短接时，PD11连接2.4G无线模块掉电控制引脚PC9IRQ短接时，PC9连接2.4G无线模块中断输岀引脚PA8RFSS短接时，PA8连接2.4G无线模块片选引脚PD15RSET短接时，PD15连接2.4G无线模块复位引脚J9PA0SDPOWER短接时，PA

25、0连接SD卡电源控制引脚PC2SDFIND:短接时，PC2连接SD卡插入判断引脚PA4SDSS短接时，PA4连接SD卡片选引脚PA5SCK1短接时，PA5连接SD卡SCK引脚PA6MISO1短接时，PA6连接SD卡MISO弓1脚PA7MOSI1短接时，PA7连接SD卡MOSI弓1脚J10PB12FLASHSS短接时，PB12连接25P80的片选引脚PB13SCK2短接时，PB13连接25P80的SCK引脚PB14MISO2短接时，PB14连接25P80的MISO选引脚PB15MOSI2短接时，PB15连接25P80的MOSI选引脚J11PB7IRQ短接时，PB7连接工业ISM频段无线模块中断输

26、岀引脚PC0SLP短接时，PB7连接工业ISM频段无线模块功能引脚PC1RSET短接时，PB7连接工业ISM频段无线模块复位引脚PC13SEL短接时，PB7连接工业ISM频段无线模块片选引脚PA5SCK1短接时，PB7连接工业ISM频段无线模块SCK引脚PA6MISO1短接时，PB7连接工业ISM频段无线模块MISO引脚PA7MOSI1短接时，PB7连接工业ISM频段无线模块MOSI引脚续表跳线器I/O口跳线选择功能说明J12VREF+VREFMIC短接时，参考电源连接语音转换参考电源点VREF+VREF3.3短接时，参考电源连接到经过隔离的3.3V电源上开发板上的众多功能模块可以通过跳线与芯

27、片连接或断开。开发板上绝大部分采用两针跳线，跳线器的两边均标记有其相应的功能符号。当跳线短接时，CPU连接功能模块；当跳线断开时，CPU和功能模块断开，可以作为普通的I/O口用。在这12个跳线块中，J1为三端跳线，可以选择跳接GND和USB_ABLE，J12为参考电源跳线块，当使用ADC模块时，必须选择一个参考源。一般测试可以选用Vref_3.3，当使用语音采集电路时，可以选择VREF_MIC。注意，参考源只能跳接一个，跳接VREF_3.3时，就不能接Vref_mic，反之一样。接通UART1和UART2时使用J5跳线块；当使用UART1时，必须跳接TX1和RX1两个跳线；当使用UART2时，

28、必须跳接TX2和RX2。其他的跳线块在使用器功能部件时必须全部跳接上。下面对每一个跳线器做详细的说明。1.J1USB上拉电阻控制J1跳线器在开发板上的位置如图1-3-2所示，是唯一的三端跳线器，跳线器的中间引脚连接上拉电阻控制端。当跳线帽跳接到GND端时，中间引脚连接到GND，这时控制端口接入低电平，电路导通，使能上拉电阻。当跳线帽端口跳接到USB_ABLE端口时，上拉电阻控制端与芯片的PC11端口相连，当PC11输出高电平时，电路截止，使能上拉电阻；当PC11输出低电平时，电路导通，使能上拉电阻，这时可以在程序中控制上拉电阻是否有效。2.J2USB接口通过跳线器J2的选择，STM32F103

29、VB的USB数据引脚USBDP和USBDM连接到USB进行数据通信。J2跳线器和USB接口在开USB接口电路和USB插座上，可以通过发板上的位置如图1-3-2所示。J1跳线器Rf3SL1州砒|玳13MilIX无如S块I*IE9IV*Rin|<M|,，HKaC4KUSB口CAN接口终揣电FHCANIANH=EdE图1-3-2USB和CAN功能模块在PCB电路板上的位置图3. J3CAN接口通过跳线J3的选择，STM32F103VB的CAN总线CANRX和CANTX连接到CAN总线驱动器上，可以实现CAN总线通信。开发板上的CAN总线驱动器没有采用隔离电源和实行电气隔离，在实际应用中，隔离是

30、必不可少的，这就增加了CAN总线的使用成本。J3跳线器及CAN接口在开发板上的位置如图1-3-2所示。4. J4终端电阻跳线当此设备处在CAN总线的终端时，通过J4跳线选择接入200Q的终端电阻。当此设备不是CAN总线终端设备时，去掉J4跳线帽，断开终端电阻。J4跳线器在开发板上的位置如图1-3-2所示。5. J5UART串口通过J5跳线器的选择，STM32F103VB的UART1和UART2引脚连接到MAX3232转换芯片上，然后连到通道DB9插座上，从而可以进行串口通信。当短接RX1和TX1跳线帽时，UART1串口被连接；当短接RX2和TX2时，UART2串口被连接。UART1和UART2

31、可以独立被连接使用。J5跳线器及串口在开发板上的位置如图1-3-3所示。TTrRXJ*MAX3232申口I.1更阳且连串口人使出宜连屮口垃抡峻理播芈口延抡找连損mB百養宇當SM1亡Wmr»imm町切fLWMa他测IFTILIEJBjEJL±EJEJEJLfi1“工61FEll|图1-3-3J5跳线器及串口在开发板上的位置6. J6I2C接口通过跳线器J6的选择，STM32F103VB芯片的I2C总线SCL2和SDA2将与开发板上的24C02相连，芯片可以通过I2C总线对24C02进行读或写操作。J6和24C02在开发板上具体位置如图1-3-4所示。图1-3-4J6和24C0

32、2在开发板上的具体位置7. J7点阵液晶接口通过跳线器J7的选择，STM32F103VB芯片可以连接到128X64点阵液晶模块上，以驱动液晶模块。芯片通过PD8引脚控制液晶模块A0口，以实现数据和指令的转换；通过PD9引脚来控制液晶模块的复位脚；通过PD10引脚来作为SPI选择液晶模块的片选脚。液晶模块连接到芯片的SPI2接口。J7跳线器和128X64液晶模块接口在开发板上的具体位置如图1-3-5所示。开发板标准配置没有此液晶模块。«««-二蟲川iiiiiiiinririfnir-M严122x64權品J9KjqtjXIJI23：H-LCD_SS訂叹號阳玮耀块捲11

33、ruiiii.hoi&；图1-3-5J7跳线器和128X64液晶模块接口在开发板上的具体位置8. J82.4G无线模块接口通过跳线器J8的选择，STM32F103VB芯片可以连接到2.4G无线模块上，以驱动无线模块实现数据的无线通信。开发板上标准配置没有2.4G无线模块，其具体位置如图1-3-6所示。9. J9SD/TF卡通过跳线器J9的选择，STM32F103VB芯片的SPI1可以连接到SD/TF卡接口上。由于TF卡广泛应用于手机和数码设备中，在通用的容量下有更小的体积，所以在市场中的占有量大大超过SD卡，具有更大的通用性。在开发板上没有选用大多数开发板选用的SD卡座，而是选用了更加

34、通用的TF卡座。短接跳线器J9,芯片通过PA0引脚，可以控制SD/TF卡的电源开关；芯片通过对PC2引脚电平的读取，可以判断TF卡是否插入到卡座中；PA4为SP1是否选择TF卡通信的片选脚。J9跳线器和TF卡座在开发板上的具体位置如图1-3-7所示。10.J10Flash存储器通过跳线器J10的选择，芯片的SPI2接口可以连接到Flash存储器SST25VF016B芯片上，通过SPI对SST25VF016B进行读写操作。J10跳线器在开发板上的具体位置如图1-3-4所示。续表11.J11工业ISM频段模块通过跳线器J11的选择，STM32F103VB芯片可以连接到工业ISM频段无线模块上，以驱动无线模块实现数据的无线通信。开发板上标准配置没有工业ISM频段无线模块，J11跳线器和工业ISM频段无线模块在开发板上的具体位置如图1-3-8所示。12.J12ADC参考电源通过跳线器J12可以选择不同的ADC转换标准源。J12跳线只能选择一个或者不选择，绝对不可以同时选择，这是和其他跳线器有区别的地方。当使用ADC采集语音数据时，需要把J12跳线器的Vref_mic短接，Vref_3.3要断开；当进行一般ADC转换测试时，短接VrEF