【深大电赛】32位单片机核心板设计 - 嘉立创EDA开源硬件平台

# ****1．********需求分析******** 题目的基础要求为：除核心32位单片机外，至少包含1个复位按键、3个独立按键、2个LED、下载接口以及串行通信接口，OLED显示驱动，并引出部分或全部IO端口。最后编写检测程序检测所有功能能否正常使用。 核心32位单片机可以选取意法半导体公司出品的STM32系列芯片，由于STM32已经十分普遍，其相关资料信息也十分完善，有利于后续的题目实施开展。该系列芯片拥有丰富寄存器和通讯协议，能满足各种嵌入式开放，能够满足题目的核心单片机要求。 众所周知，外设的使用开发与其主控的芯片型号无关。因此，我们对此设计了一款具备兼容不同主控芯片的开发板，以核心板和外设板结合形成32bit处理器的开发板。利用STM32封装的规律设计了一款小型化的核心单片机PCB电路，能够安装在不同的外设主板上，随时可以更换工作环境。该核心单片机除了MCU的基础外围电路外，还拥有NAND闪存，SDRAM，以及采用BTB板对板连接器对外引出全部IO端口，方便今后不同功能的设计。除此之外，在同一封装（LQFP-144）下，该PCB电路还能兼容不同系列的主控芯片。 # ****2.********方案选择与论证******** 采用STM32系列的单片机作为主控，外加NAND闪存，SDRAM作为核心板，外部配有网络芯片、音频解吗芯片、串口转换芯片、CAN通信总线等常用外设内容作为外设开发板，可以供初学者学习使用以及开发DEMO时的材料。电路采用四层设计，用BTB板对板连接器连接核心板和外设板并引出全部IO端口。 其具有以下优点： 1、四层板容易小型化，BTB会使核心板更容易安装到不同的主板上，方便使用和更换。 2、外设丰富，可以为初学者提供不同难度梯度的学习内容。 3、资源配合度高，可以组合不同外设完成丰富的应用功能。 # ****3\. 系统架构及功能描述**** ****3.1********核心板******** 核心单片机电路设计参考了正点原子的核心板方案[1],再依据官方的数据手册[2]的参考设计，核心板的设计框架如下图3-1所示。主控为STM32系列(LQFP-144封装)的芯片,基本核心电路为主控及其外围电路。除此之外，还有采用SPI通讯的闪存，采用Parallel通讯的NAND闪存、SDRAM。BTB板对板连接器对外输出所有主控的所有GPIO端口。电路的电源可来源于BTB连接的主板上，或者采用USB提供。USB也与STM32的端口连接，可以用于数据通讯。  图3-1 核心单片机的框架 ****3.2********外设开发板******** 外设大多是由通用标准的总线接口或者通信协议进行连接通讯的。因此在开发外设板时，只需要将不同外设所需要的接口引出，便可以通过总线控制外设。外设接口分别有： ****SPI：****串行外设总线，其总线的引线有SCK、MOSI、MISO以及不同设备的片选线，具备了高速全双工等特点。在使用过程中，有多个不同的设备均可连接在同一个SPI总线中，通过不同片选线来与不同的外设进行数据交换，从而使总线通讯效率提高。使用SPI进行通讯的外设有OLED显示屏、FLASH闪存芯片、触摸屏、NRF通信芯片等。 ****ETH：****以太网通信接口，包括了RMII等接口，以RMII接口连接开发板中的PHY物理层网卡芯片后，在软件中搭载LWIP协议栈即可实现网络通讯。 ****SAI：****音频传输总线，包括了PCM等信号解调机制，可以以SAI总线接口连接音频解码芯片再利用功放芯片实现 音频播放。当然，也能够配合USB FS传输协议实现USB声卡功能。 ****CAN：****控制器局域网络，是ISO国际标准化的[串行通信协议](https://baike.baidu.com/item/%E4%B8%B2%E8%A1%8C%E9%80%9A%E4%BF%A1%E5%8D%8F%E8%AE%AE)，能够连接所有通过CAN进行通信的设备，例如工业电机、大功率电气设备等。 ****ADC：****模数转换芯片，可用于模拟信号的数字化采集。**** ****SDIO：****SD卡以及MMC等存储卡的通信总线，可用于搭建FAFTS文件系统。**** ****FMC：****灵活内存控制器，可用于拓展芯片内存，同时也可以利用FMC来进行LCD的显示控制，由于LCD中自带GRAM显存，因此可以将其抽象为内存的方式来进行读写。 ****GPIO：****通用IO口，可以用于外部中断的信号输入以及高低电平的输出，例如LED灯、 按键识别等。  图3-2 开发板整体框架 # ****4********．电路图和PCB******** ****4.1********核心板******** 核心板的主控芯片为STM32F429ZIT6，除了最小系统板外，还有内存、电源、两个LED。 内存采用32MB的SDRAM，32MB的SPI通讯FLASH，以及256MB的NAND FLASH。  图4.1 内存电路 电源电路，如图5-1、图5-2：USB提供5V电源，经过F1自恢复保险丝连接到U5开关电源芯片上，U5位MPS公司的MP2162GQH-Z，最大输入电压6V，最大电流可持续输出2A，并且其外围元器件极少，方便小型化设计。  图4.2 降压电路 LED分别为红色和绿色。  图4.3 LED电路 ****4.********2外设开发板****  图4.4 外设开发板电路1  图4.5 外设开发板电路2 核心板与外设开发板之间通过四个30PIN的BTB连接，含有： 1. SWD调试口。 2. USB接口口。 3. 复位按钮。 4. 开关降压电源 5. 4个复位按钮。 6. 串口模块。 7. TF卡插槽。 8. DS18B20温度传感器。 9. OLED显示器 10. LCD显示器。 11. PWM控制的MOS晶体管。 12. NRF通讯模块。 13. CAN通讯模块。 14. RMII通讯的10/100M网口模块。 15. PCM音频解码器。