STM32F4主板硬件设计与接口

2023-05-16

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        本专栏的所有程序都在飞航科技 STM32-F407 开发板上测试通过,本文介绍一下STM32-F407 开发板硬件设计与接口,便于读者学习交流。

STM32F4主板硬件结构

        飞航科技 STM32-F407 开发板,开发板板载芯片STM32F407ZGT6,144引脚,1024K FLASH,192K SRAM大容量,芯片内嵌资源丰富(6个串口,16个定时器,3个ADC共24通道,2个DAC,2个CAN,SDIO,FSMC,I2C,I2S,SPI应有尽有),板载W25Q128 128M FLASH、IS62WV51216 8M SRAM、百兆以太网、六轴(陀螺仪+加速度计)传感器芯片、光敏传感器等,可外接OLED摄像头模块、TFTLCD显示屏、ZigBee模块等,非常适合DIY和读者学习。

接口明细

硬件类型

SCH接口

GPIO

使用说明

WIRELESS

NRF_CE

PG6

接WIRELESS接口的CE脚

NRF_CS

PG7

接WIRELESS接口的CS脚

SPI1_SCK

PB3

接WIRELESS接口的SCK脚

SPI1_MOSI

PB5

接WIRELESS接口的MOSI脚

SPI1_MISO

PB4

接WIRELESS接口的MISO脚

NRF_IRQ

PG8

接WIRELESS接口IRQ信号

SD卡接口

SDIO_D2

PC9

接SD卡接口的DATA2脚,设有47K上拉

SDIO_D3

PC10

接SD卡接口的DATA3脚,设有47K上拉

SDIO_CMD

PD2

接SD卡接口的CMD脚,设有47K上拉

SDIO_SCK

PC12

接SD卡接口的SCK脚

SDIO_D0

PC7

接SD卡接口的DATA0脚,设有47K上拉

SDIO_D1

PC8

接SD卡接口的DATA1脚,设有47K上拉

W25Q128 128M

FLASH

SPI1_MOSI

PB5

接W25Q128的MOSI信号

SPI1_SCK

PB3

接W25Q12的SCK信号

F_CS

PB14

接W25Q128的片选信号

SPI1_MISO

PB4

接W25Q128的MISO信号

CAN/USB接口

CAN_RX

连接TJA1050芯片

CAN_TX

连接TJA1050芯片

USB_D-

PA11

跳线帽选择D-或者CAN_RX

USB_D+

PA12

跳线帽选择D+或者CAN_TX

D-

连接USB SLAVER D-

D+

连接USB SLAVER D+

USB串口/串口1

U1_TX

PA9

连接STM32F4的USART1_TX

U1_RX

PA10

连接STM32F4的USART1_RX

RXD

连接CH40G芯片

(注:U1_TX与RXD通过跳线帽连接,通过使用USB转串口可实现一键下载程序的功能)

TXD

连接CH40G芯片

(注:U1_RX与TXD通过跳线帽连接,通过使用USB转串口可实现一键下载程序的功能)

USB HOST(主机)

USB_DM

CAN/USB接口的D-,中间接10R电阻

USB_DP

CAN/USB接口的D+,中间接10R电阻

USB_SLAVER(从机)

USB_DM

CAN/USB接口的D-,中间接10R电阻

USB_DP

CAN/USB接口的D+,中间接10R电阻

USB转串口

CH340_D-

连接CH340G芯片的输入端口后,转换的信号接到USB串口/串口1的RXD

CH340_D+

连接CH340G芯片的输入端口后,转换的信号接到USB串口/串口1的TXD

OLED摄像头模块接口

DCMI_SCL

PD6

连接OLED/CAMERA接口的SCL脚

DCMI_SDA

PD7

连接OLED/CAMERA接口的SDA脚

DCMI_D0

PC6

连接OLED/CAMERA接口的D0脚

DCMI_D2

PC8

连接OLED/CAMERA接口的D2脚

DCMI_D4

PC12

连接OLED/CAMERA接口的D4脚

DCMI_D6

PE5

连接OLED/CAMERA接口的D6脚

DCMI_PCLK

PA6

连接OLED/CAMERA接口的PCLK脚

DCMI_PWDN

PG9

连接OLED/CAMERA接口的PWDN脚

DCMI_VSYNC

PB7

连接OLED/CAMERA接口的VSYNC脚

DCMI_HREF

PA4

连接OLED/CAMERA接口的HREF引脚

DCMI_RESET

PG15

连接OLED/CAMERA接口的RESET脚

DCMI_D1

PC7

连接OLED/CAMERA接口的D1脚

DCMI_D3

PC9

连接OLED/CAMERA接口的D3脚

DCMI_D5

PB6

连接OLED/CAMERA接口的D5引脚

DCMI_D7

PE6

连接OLED/CAMERA接口的D7引脚

DCMI_XCLK

PA8

连接OLED/CAMERA接口的XCLK引脚

有源蜂鸣器

BEEP

PF8

高电平鸣叫

红外接收头

REMOTE_IN

PA8

连接有4.7K上拉电阻

温度传感器

1WIRE_DQ

PG9

接单总线接口(U13),即DHT11/DS18B20

两个LED灯

D0

PF9

接DS0 LED灯(蓝色)

D1

PF10

接DS1 LED灯(绿色)

选择启动模式

BOOT0

BOOT0

BOOT0,启动选择配置引脚(仅上电时用)

BOOT1

BOOT1

BOOT1,启动选择配置引脚(仅上电时用)

四个按钮

WK_UP

PA0

按键key_up,可以作为待机唤醒按钮

KEY0

PE4

按钮KEY0

KEY1

PE3

按钮KEY1

KEY2

PE2

按钮KEY2

触摸按钮

STM_ADC

PA5

TOUCH检查脚,也是ADC输入引脚

MPU6050传感器

I2C_SCL

PB8

连接MPU6050的SCL引脚

I2C_SDA

PB9

连接MPU6050的SDA引脚

多功能端口

TPAD

通过1M电阻连接3.3V电压

STM_ADC

PA5

TOUCH检查脚,也是ADC输入引脚

STM_DAC

PA4

DAC_OUT1输出脚OLED/CAMERA接口的HREF引脚

扬声器接口

ROUT2

连接WM8978的ROUT2引脚

LOUT2

连接WM8978的LOUT2引脚

PWM_DAC

PA3

PWM_DAC输出引脚

PWM_AU

连接到WM8978的AUXL和AUXR引脚

24C02EEPROM

I2C_SCL

PB8

连接24C02EEPROM的SCL引脚

I2C_SDA

PB9

连接24C02EEPROM的SDA引脚

RS232/ZigBee模块选择接口

U3_RX

使能COM2的RX线

U3_TX

使能COM2的TX线

USART3_TX

PB10

连接主控芯片的USART3

USART3_RX

PB11

连接主控芯片的USART3

ZIGBEE_RX WIFI_RX

连接ZigBee/WIFI的RX引脚

WIFI_TX ZIGBEE_TX

连接ZigBee/WIFI的TX引脚

RS232/485选择端口

U2_RX

使能COM1的RX线

U2_TX

使能COM1的TX线

USART2_TX

PA2

连接主控芯片的USART2

USART2_RX

PA2

连接主控芯片的USART2

RS422_RX

连接MAX3490的D1端

RS422_TX

连接MAX3490的R0端

以太网接口(RJ45)

LINK_LED

连接LAN8720A的LED1引脚

SPEED_LED

连接LAN8720A的LED2引脚

跳线功能定义

JTAG/SWD接口(注:没有跳线帽)

        STM32F4板搭载的20针标准JTAG调试口,该调试接口可以直接和ULINK、J-Link、ST-Link等调试器相连接,由于STM32支持SWD调试,这个JTAG口也可以用SWD模式连接。

假如使用JTAG模式调试的话,需要占据5个接口。使用SWD调试模式的话,仅仅只需要2个接口,节约了引脚,其中ST-Link使用的接口模式为SWD模式。

USB串口/串口1选择接口

        其中USB串口与STM32F407ZGT6的串口1进行连接。标号为RXD与TXD是与芯片CH340G相互连接,通过CH340G芯片将USB传入的数据转换成串口数据,实现通讯。若想用串口一键下载程序的话,需要接上接口复用跳线帽,若是单单只作为普通串口与STM32F407ZGT6通讯的话,只需要拔掉跳线帽即可。

CAN/USB选择接口

        CAN/USB串口其中CAN_RX与CAN_TX与通过芯片A1050与接口CAN1连接,D-与D+与USB接口相互连接。其中CAN与USB复用的接口为USB_D-(PA9),USB_D+(PA10),使用跳线帽的话可以实现CAN/USB的连接。

RS422/RS232选择接口

        开发板设置有一个RS232接口(COM1)与一个RS422(RS、RS1)接口。通过使用跳线帽可以选择任一接口与串口2(U2_RX和U2_TX)实现接通。

RS232/ZigBee

        开发板设置有一个RS232接口(COM2)与一个ZigBee模块的串口接口(GBC_TX和GBC_RX),通过使用跳线帽可以选择任一接口与串口3(U3_RX和U3_TX)实现通讯。

按键定义

        开发板上集成有五个按键,其中按键RESET可以使程序硬件复位,另外四个按键KEY0,KEY1,KEY2,KEY_UP可以当普通的按键,其中KEY_UP可以唤醒退出待机模式,在正常模式下,可以当作普通按键使用。

主控板资源说明

STM32F4 开发板板载资源如下:

  1. CPU: STM32F407ZGT6, LQFP144, FLASH: 1024K, SRAM: 192K;
  2. 外扩 SRAM: IS62WV51216, 1M 字节
  3. 外扩 SPI FLASH: W25Q128, 16M 字节
  4. 1 个电源指示灯(红色)
  5. 2 个状态指示灯( D2:绿色, D1:蓝色)
  6. 1 个红外接收头,并配备红外遥控器
  7. 1 个 EEPROM 芯片, 24C02,容量 256 字节
  8. 1 个六轴(陀螺仪+加速度)传感器芯片MPU6050
  9. 1 个高性能音频编解码芯片, WM8978
  10. 1 个 2.4G 无线模块接口,支持 NRF24L01 无线模块
  11. 1 路 CAN 接口,采用 TJA1050 芯片
  12. 1 路 422 接口,采用 MAX3490 芯片
  13. 2 路 RS232 串口(一公一母)接口,采用 SP3232 芯片
  14. 1 路单总线接口,支持 DS18B20/DHT11 等单总线传感器
  15. 1 个光敏传感器
  16. 1 个标准的 2.4 / 2.8 / 3.5 / 4.3 / 7 寸 LCD 接口,支持电阻/电容触摸屏
  17. 1 个摄像头模块接口
  18. 1 个 OLED 模块接口
  19. 1 个 USB 串口,可用于程序下载和代码调试( USART 调试)
  20. 1 个 USB SLAVE 接口,用于 USB 从机通信
  21. 1 个 USB HOST(OTG)接口,用于 USB 主机通信
  22. 1 个有源蜂鸣器
  23. 1个RS232/RS422选择接口
  24. 1 个 CAN/USB 选择接口
  25. 1 个串口选择接口
  26. 1 个 SD 卡接口(在板子背面)
  27. 1 个百兆以太网接口( RJ45)
  28. 1 个标准的 JTAG/SWD 调试下载口
  29. 1 个录音头( MIC/咪头)
  30. 1 路立体声音频输出接口
  31. 1 路立体声录音输入接口
  32. 1 路扬声器输出接口,可接 1W 左右小喇叭
  33. 1 组多功能接口( DAC/ADC/PWM DAC/AUDIO IN/TPAD)
  34. 1 组 5V 电源供应/接入口
  35. 1 组 3.3V 电源供应/接入口
  36. 1 个参考电压设置接口
  37. 1 个直流电源输入接口(输入电压范围: DC6~16V)
  38. 1 个启动模式选择配置接口
  39. 1 个 RTC 后备电池座,并带电池
  40. 1 个复位按钮,可用于复位 MCU 和 LCD
  41. 4 个功能按钮,其中 KEY_UP(即 WK_UP)兼具唤醒功能
  42. 1 个电容触摸按键
  43. 1 个电源开关,控制整个板的电源
  44. 独创的一键下载功能
  45. 除晶振占用的 IO 口外,其余所有 IO 口全部引出

主控板原理图

        STM32F4主板部分原理图如下:

  • LED灯:

  •  按键

  •  蜂鸣器

  •  SD卡读取

  •  外部SRAM

  •  TFTLCD屏幕接口

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