STM32自己从零开始实操05:接口电路原理图

 一、TTL 转 USB 驱动电路设计

1.1指路

延续使用芯片 CH340E 。

实物图
原理图与封装图

1.2数据手册重要信息提炼

1.2.1概述

CH340 是一个 USB 总线的转接芯片，实现 USB 与串口之间的相互转化。 

1.2.2特点

  • 支持常用的 MODEM 联络信号 RTS（请求发送）、DTR（数据终端就绪）、DCD（数据载波检测）、RI（振铃指示）、DSR（数据设备就绪）、CTS（清除发送）。
  • 通过外加电平转换器件，提供 RS232、RS485、RS422 等接口。
  • 支持 5V 电源电压和 3. 3V 电源电压。
  • CH340C/N/K/E/X/B 内置时钟，无需外部晶振。

1.2.3引脚

引脚号引脚名称类型引脚说明
1UD+USB信号直接连到 USB 总线的 D+ 数据线，不要串联电阻
2UD-USB信号直接连到 USB 总线的 D- 数据线，不要串联电阻
3GND电源公共接地端，直接连到 USB 总线的地线
4RST#输入CH340B:外部复位输入，低电平有效，内置上拉电阻
5CTS#输入MODEM 联络输入信号，清除发送，低(高)有效
6TNOW输出CH340T/E/X/B：串口发送正在进行的状态指示， 高电平有效。CH340X 外加电阻可切换为 DTR#
7VCC电源3.3V 正电源输入端，需要外接 0.1uF 电源退耦电容
8TXD输出串行数据输出
9

RXD

输入串行数据输入，内置可控的上拉和下拉电阻
10V3电源

在 3.3V 电源电压时连接 VCC 输入外部电源

在 5V 电源电压时外接容量为 0.1uF 退耦电容

1.2.4其他说明

  1. CH340 未用到的 I/O 引脚可以悬空。
  2. CH340 芯片支持 5V 电源电压或者 3.3V 电源电压。当使用 5V 工作电压时，CH340 芯片的 VCC 引脚输入外部 5V 电源，并且 V3 引脚应该外接容量为 0.1uF 的电源退耦电容。当使用 3.3V 工作电压时,CH340 芯片的 V3 引脚应该与 VCC 引脚相连接，同时输入外部的 3.3V 电源，并且与 CH340 芯片相连接的其它电路的工作电压不能超过 3.3V。
  3. CH340 芯片内置了 USB 上拉电阻，UD+ 和 UD- 引脚应该直接连接到 USB 总线上。
  4. 异步串口方式下 CH340 芯片的引脚包括:数据传输引脚、MODEM 联络信号引脚、辅助引脚。
  5. 数据传输引脚包括: TXD 引脚和 RXD 引脚。串口输入空闲时,RXD 应为高电平。串口输出空闲时，CH340G/C/N/E/X/B/T 芯片的 TXD 为高电平。
  6. TNOW 引脚以高电平指示 CH340 正在从串口发送数据，发送完成后为低电平，在 RS485 等半双工串口方式下，TNOW 可以用于指示串口收发切换状态。

1.3原理图

1.3.1 v1.0

存在的错误：

（1）5V 供电
  1. 你的依靠原理不成立：虽然之前电源原理图中 USB 口进行了 5V 供电，但是 5V 供电是为了全局供电，其中的 TTL_D+、TTL_D- 是单纯的数据传输。
  2. 元器件浪费：5V 供电除了 0.1uF 电容滤波之外（数据手册的意思），还需要 100uF 铝电解大电容或10uF 电容滤波。
  3. 数据手册中说：3.3V 供电时与 CH340 芯片相连接的其它电路的工作电压不能超过 3.3V。
    信息传输后一级的 STM32 和其他主要组件工作在 3.3V，应当选择3.3V供电，而不是 5V 。
（2）TNOW 引脚

无需进行串口正在发送状态指示，可以悬空，不用接电阻耗能。

1.3.2 v2.0

1.4 USB信号的全局理解

  1. USB  的 “写” 是 STM32 的 “读串口”，USB  的 “读” 是 STM32 的 “写串口”。
  2. STM32 原理图部分应该是通过跳线帽的方式来确认数据的路线。
  3. USB 部分既可以用来供电，又可以用来数据的两方向传输。

二、RS-485 接口设计

2.1指路

延续使用芯片 SP3485EEN，封装为SOP-8。

实物图
原理图与PCB图

2.2数据手册

一定一定要去看之前的笔记，详细的讲解了这款芯片。UART、RS232、RS485基础知识+硬件知识_uart rs485-CSDN博客

2.2.1功能

将外界采用 RS485 通信的设备转成 串口 通信，得以和单片机进行通信。

2.2.2引脚

序号引脚名称功能介绍
1RO

接收器输出

当\overline{RE}为低电平：如果A-B>200mV，RO=高;如果A-B≤-200mV，RO=低

2\overline{RE}

接收器输出使能控制

当\overline{RE}为低电平时，接收器输出启用，RO输出可用。
当\overline{RE}为高电平时，接收器输出被禁用，RO处于高阻抗状态。
当\overline{RE}为高电平而DE为低电平时，器件进入低功耗模式。

3DE

驱动器输出使能控制

当DE为高电平时，驱动器输出可用。

当DE为低电平时，输出处于高阻抗状态。
当\overline{RE}为高电平而DE为低电平时，器件进入低功耗模式。

4DI

驱动器输入

当DE为高电平时，

DI低电平迫使非反相驱动器输出A为低电平，反相驱动器输出B为高电平;

Dl高电平迫使非反相驱动器输出A为高电平，反相驱动器输出B为低电平。

5GND地面
6A非反相接收器输入和非反相驱动器输出
7B反相接收器输入和反相驱动器输出
8VCC电源供应

2.3原理图V1.0

自己根据之前的笔记设计：

（见UART、RS232、RS485基础知识+硬件知识_uart rs485-CSDN博客）

2.4原理图V2.0

2.4.1滤波电容

我知道你肯定好奇：都是3.3V供电，为什么有的模块滤波要 0.1uf ，10uf，0.1uf +10uf  滤波？

在这里我只解释这个模块的原因，后面再写博客统一归纳总结。

  • 0.1μF电容：通常用于高频滤波，抑制高频噪声。它们具有较低的等效串联电感（ESL），适合滤除电源线上高频噪声和瞬态干扰。
  • 10μF电容：主要用于低频滤波，提供较大的电流储备，能够平滑电压波动，稳定电源供应。
  • 组合使用 0.1μF 和 10μF 电容：RS-485 通信需要稳定的电源来保证长距离传输的可靠性。0.1μF 电容用于高频滤波，而 10μF 电容则提供低频稳定性和电流储备，从而避免电源波动影响通信质量。

2.4.2引脚

单片机的引脚足够，不需要 V1.0 的方案来节约引脚，DI 直接接到单片机引脚上，在电路 V1.0 中我选择是 1K ，老师选择的是 10K ，分析如下：

2.4.3上下拉电阻

上拉和下拉电阻用于在 RS-485 总线空闲时将总线保持在一个已知的状态。

（1）10KΩ电阻

陈氏：电阻大，电流小，影响小，功耗低。远距离或设备多时，可能不足以提供足够的电流。

  • 优点：功耗较低，适用于大多数情况下的偏置电阻。由于阻值较大，它不会对通信信号产生明显的负载影响。
  • 缺点：在长距离传输或总线电容较大时，可能不足以提供足够的偏置电流，导致总线状态不稳定。
（2）1KΩ电阻

陈氏：电阻小，电流大，影响大，功耗高。远距离或设备多时，提供更足够的电流。

  • 优点：提供更强的偏置电流，在长距离和较大电容负载情况下能更好地保持总线稳定。
  • 缺点：功耗较高，并且在总线上的负载影响更大，可能在某些情况下影响通信信号的质量。

根据该项目的具体情况，485 设备少，距离近，选择 10K。

2.4.4 阻抗匹配

见：UART、RS232、RS485基础知识+硬件知识_uart rs485-CSDN博客

2.4.5 TVS管

参考老师建议使用 PSM712-LF-T7 （STO-23封装），该 TVS 管专用于静电和浪涌保护。数据手册中说明常应用于 RS485 端口。

三、CAN 总线接口设计

3.1指路

延续使用芯片 TJA1040T，封装为SOP-8。

实物图
原理图与PCB图

3.2数据手册

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