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外观

硬件设计说明 ​

电源部分介绍 ​

图 0

USB输入与保护电路

  • USB1为一个 TYPE-C 接口，R30 和 R31 这两个 5.1K 的下拉电阻是协议要求，没有这俩电阻，部分手机的充电头可能认不出设备，或者不给电。

  • D12 为 BST236A054U，主要功能是 静电和浪涌保护(TVS/ESD)，保护USB输入的5V电源和USB信号线。

  • F1 为自恢复保险丝，参数是 6V 500mA ，当输入的电源超过这个参数时，就会断开后面的电源，直到输入的电源在 6V 500mA 以下即可自动恢复。

  • R51 和 R29 为分压电路，它们的中点电压 USB-DEV 应用分压公式：USB-DEV = 输入电压（VBUS） × [R29 / (R51 + R29)]​ = 5 * 0.5 = 2.5 V。 R51 + R29 可以实现以下功能：USB插入检测 和 ADC 采集实验。因为USB-DEV是根据USB的输入电源再分压得到的，如果USB没有输入，则USB-DEV为低电平；如果USB有输入，则USB-DEV为高电平；ADC采集实验可以作为入门手册的ADC章节案例，主控的ADC参考电压是3.3V，而USB-DEV信号最高就是2.5V左右，完全可以实现ADC采集验证。

  • D13 是一个防反接和防反冲二极管，当后级电路有问题时，不会影响到USB输入电源。

  • USBD+ 和 USBD- 接到了主控支持USB外设的引脚上。如果接TYPE-C到电脑上，显示无法识别到设备是正常的，因为主控在出厂的时候没有配置USB外设，这个需要用户自己实现USB功能。

  • VBUS 短接到了 USB-5V 信号，USB-5V信号是接到了开发板的排针接口上，这样排针的5V输入和USB输入同级，当外部电源有问题时，不会影响到主控。

5V降3.3V电路

降压电路主要以 U9 器件 TMI3411 为主，它是一个 2A 的降压器件，2.5 ~ 6V 的输入电压范围，输出电压可以调整到最低的 0.6V，支持到 2A 的输出电流。

官方的参考电路如下：

图 3

其中 R1 和 R2 影响了输出电压，输出电压 VOUT = 0.6 * [ 1 + (R1 / R2) ]

为了实现 5V 降压到 3.3V 的功能，R1选择了 100K , R2 选择了 22K，根据上面的输出电压公式进行计算：VOUT = 0.6 * [ 1 + (100,000 / 22,000) ] = 3.32727V，基本符合降压3.3V的要求。

其余的电容均为滤波器件，一大一小分别滤除低频和高频干扰信号。

主控部分介绍 ​

图 1

主控电路

  • 主控 U2.1 TMS320F28P550 是德州仪器（TI）C2000™ 系列中的一款高性能 ​​32位实时微控制器，​​​​150MHz C28x DSP 内核，另带 CLA（控制律加速器）和 ​​NPU（神经网络单元）​​。​​1088KB FLASH​​ + ​​133KB RAM​​。在原理图中，使用的具体型号为 TMS320F28P550SJ9PZ，SJ9PZ表示的是 LQFP-100 的封装。
  • U2.2是主控的电源输入部分，分别有VDD、VDDA、VDDIO、VSS、VSSA。在电源输入处都加上滤波电容。

  • 根据官方的硬件设计参考指南，给主控放了 20MHz 的外部晶振，作为外部时钟输入。20MHz晶振X1附近的R59是为了​​防止过驱动，过大的电流会加速晶振磨损（如银镀层损耗），导致频率漂移甚至损坏。

  • C78 和 C77 为晶振的负载电容，根据晶振的要求选型的 20pF 的电容。

  • 按键 RST 是主控复位按键，当 RST 按键按下时，主控复位。其中的 R58 2.2K 和 C76 100nF，不建议修改其值，如果修改为其他参数，可能会影响上电时序。

  • BOOT按键用到了主控的 GPIO24 引脚，其和GPIO32 引脚搭配可以实现启动模式的选择，当前BOOT按键没有按下的情况下，为默认从FLASH启动程序。而当BOOT按键按下时，启动程序将发生改变，变为从 SCI（串口）启动。

  • KEY按键是用户自定义按键，其接到了主控的GPIO27引脚，用户可以使用这个按键实现按键输入功能。其中，R137为GPIO27的上拉电阻，让其默认电平为高电平。

扩展部分介绍 ​

图 2

I2C姿态传感器

  • U32 LSM6DS3TR-C是意法半导体（STMicroelectronics）推出的一款 ​​6轴 惯性测量单元（IMU）​​，集成了 ​​3轴加速度计​​ 和 ​​3轴陀螺仪。支持SPI通信和I2C通信，这里将这个器件作为入门手册的I2C协议章节的案例，故使用了I2C协议的接口进行通信。

  • R135 和 R136 是I2C协议要求的总线上拉电阻。

  • C81 和 C82 为电源滤波电容。

SPI FLASH

  • U4 W25Q32JVUUIQ是一个市场上常用的FLASH（闪存）器件。内存为 4MB。使用SPI通信，这里将这个器件作为入门手册的SPI协议章节的案例。

  • C87 和 C84 为电源滤波电容。

LED

LED3 是一个集成了三个颜色的LED灯，三个颜色分别是红、绿、蓝，形成了RGB格式的颜色。其中红色默认作为电源灯，上电就亮。绿色和蓝色作为用户操作灯，由用户通过GPIO控制。

R127、R129、R128为LED灯的限流电阻，经过实测，当三个灯的限流电阻为原理图所示的阻值时，三个灯的亮度基本一致。

R130 和 R131为上拉电阻，让蓝灯 和 绿灯上电时默认不亮。

调试与下载接口

该接口引出了 JTAG 接口、RST引脚以及一个默认串口。

IO排针引出

  • 通过排针引出主控的引脚，方便用户使用；

  • 引出 3V3、5V、GND等电源。

  • 在原理图中，有一些引脚的旁边防止了黑色的字符，比如GPIO0旁边放置了W_CS，表示这个引脚被板载的资源使用了，故不建议用户使用该引脚。