STM32自己从零开始实操01:原理图-编程知识

在听完老师关于 STM32 物联网项目的所有硬件课程之后，就是感觉自己云里雾里，明明课程都认真听完了，笔记也认真记录，但是就是感觉学到的知识还不是自己。

遂决定站在老师的肩膀上自己开始设计项目，将知识变成自己的！也是自己开始在空白的PCB原理图上按照项目需要开始设计才发现有多！么！困！难！

凝练成3点：

纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。
数据手册！数据手册！一定要凝练数据手册。
该笔记中不许放老师资料的任何截图,全部要自己实操一遍。

主电源部分

一、接入电源

1.1指路

在项目需求中明确写出接入的输入电压是：7~28V ，老师原理图中使用的器件是：DC-5.5-2.1。而我压根不知道这是什么。

1.2走路

（1）DC-5.5-2.1是 DC 电源连接器的一种，该型号表示触点外径为5.5mm，触点内径为2.1mm。

（2）自己选型

内外径不一定非要和老师相同
内外径有零点几毫米的差距无碍
承受电压：7~28V及以上，承受电流：3A
最后选择嘉立创：DC-005-A250

二、DCDC降压电路

2.1 电路V1.0

延续使用老师选择的降压芯片 MP1584EN-LF-Z，根据自己的学习留下的该电路的印象和该芯片的的数据手册 5V 输出参考电路，设计出电路如下。

2.1.1优缺点

（1）优点

考虑到了大小电容（相差100倍）来滤波。
反馈电路中的器件（数值、封装）基本正确。
最后的输出部分采用的 0 欧姆电阻来方便后续调试。

（2）缺点

DCDC 降压电路 V1.0 基本就是照着数据手册设计出来的，结构和器件（数值、封装）没有什么针对项目的变通和设计师自己的思考，存在的问题很多，如下：

接入电源接口最基本的保护电路都没有。
输入部分没有 0 欧姆电阻，不方便调试。
大小电容（相差100倍）滤波只是浅显的摆放在一起，并没有理解两种滤波的本质。
EN 完全仿照数据手册相应电路设计，你有没有想过具体根据这个项目需要那样设计吗？
COMP 完全仿照数据手册相应电路设计，没有看数据手册中关于这部分的讲解和计算。
反馈电路 是由于参照的电路与实际项目的输入输出一样，所以刚好电路中器件选型正确，自己根本不知道。
BST 自举电容的引脚，只知道原理，没有灵活运用。

2.2改进电路V1.0

2.2.1电源接口基本保护电路

2.2.1.1为什么要保护？

任何电路板可能会遭受瞬态电压的损害，在接口处必须要做好接口保护，详细理由如下。

（1）输入电压范围

输入电压范围是7~28V，属于宽范围。在这种情况下，虽然通常情况下输入电压是正向的，但偶尔可能出现反向电压（例如，连接错误、反接等）。

（2）瞬态电压（如：电涌和雷击）

电涌是一种瞬态电压或电流的突然上升，通常会导致超过正常工作范围的电压或电流。这种现象可能会损害电路和元器件。

电涌可能来源于多种情况，常见的电涌来源：

雷击
开关瞬态：电源的开关操作，或者连接器插拔过程中可能会产生瞬态电压。这可能是由于电感、电容的充放电过程引起的。
电机启动：如果在电路中有电机或其他高功率设备启动，可能产生瞬态高压或电流。
外部电源问题：当外部电源系统受到扰动，或者电源转换器内部发生故障时，可能会产生电涌。

（3）需要保护的场景

宽电压输入：由于输入电压范围较宽，可能存在因输入电压波动而引起的电涌。
电源连接器：插拔电源连接器可能产生瞬态电压，尤其是在使用不当或连接器质量不佳的情况下。
电源转换器：在DC-DC转换过程中，如果出现故障或异常，可能会引起瞬态电压变化。

2.2.1.2怎么保护？

（1）双向TVS管＋二极管（后面以这个为例）

（2）二极管+单向TVS管

（3）TVS管的选型

TVS 要直接连接在电源连接器后面，最早的防止电路受到高压冲击，是最早的保护点。

根据项目的实际情况，需要选择一个最大电压值大于28V、双向、适用于DC电路的TVS管，有以下参数需要考虑：

工作电压：确保TVS管的击穿电压高于电路的最大工作电压，以避免误触发。
（老师选择的SMBJ30CA 的击穿电压通常在27V~33V之间，适合28V最大输入电压的应用。）
功率处理能力：瞬态功率处理能力越高，TVS 管可以处理的瞬态电压冲击就越大。（SMBJ30CA的瞬态功率处理能力为600W（10/1000µs脉冲波形），适合中小功率应用。）
封装尺寸：确保 TVS 管的封装与电路板布局兼容。
（SMBJ30CA 采用 SMB 封装，通常适用于常规的 PCB 设计。）

（4）二极管的选型

防止客户接反。

该电路输出电流平时只有几百毫安，偶尔瞬间有 3A ，所以用 0.3V 压降的二极管也没有关系，功耗也不是很大。如果电流一直是较大，建议用压降更小的二极管。

2.2.2 0欧姆电阻

零欧姆电阻又称为跨接电阻器，是一种特殊用途的电阻，电阻值并非为零，而是很微小。

风华高科对 0 欧姆贴片电阻有三个精度等级，分别是F档(≤10 毫欧)、G档(≤20 毫欧)、J档(≤50 毫欧)。

（1）飞线

利用零欧姆电阻本体的中间段是绝缘的特点来做电路的立交桥，等效为一个带绝缘皮的导线。

在 PCB 布线时，如果遇到需要交叉走线又不能使用过孔的情况，可以用导线在上方飞线形成立体交通。在电路板上直接焊接导线，既不美观也不标准，所以零容电阻就可以代替导线。

不过需要注意，零容电阻毕竟是电阻的制作工艺。无论是碳膜电阻还是金属膜电阻，它内部的阻值不可能是0，就算导线阻值也不是0，所以它一般的内阻是几十毫欧，最大的承受功率是 1/ 8 瓦或者 1/ 16 瓦，只适用于功率不大的电路中。

（2）跳线

利用零欧姆电阻焊接特性来实现跳线效果，在电路板上的电阻可以使用电烙铁或者热风枪取下来或者再焊上去，利用这个特性可以把它当做跳线。

常用的跳线是排针加上跳线帽的方式，可以快速的连接或断开，但有些跳线不需要频繁设置就可以改成电阻焊盘，想连接时只要在预留的焊盘上焊一个零容电阻，想断开时只要把电阻用烙铁取下来就可以了。一般跳线的方式有两种，第一种是连接或断开，第二种是在两种电路之间来回切换。这两种跳线方式都可以用零轴电阻来实现。

有些厂商还利用了电阻跳线必须焊接的这个特性，当某一组跳线不想让用户自行修改，而需要厂商的技术人员来修改，那么就可以把这组跳线设置为电阻跳线，用户没有焊接工具，就不能擅自改动。

（3）断线

利用零欧姆电阻的可断开特性对电路进行调试，比如两个相连的电路，一旦电路故障，元器件都是连在一起的，很难排查问题。如果两电路之间设有零欧姆电阻，就可以把零欧姆电阻拆下来，断开两个电路，然后各自分别测试，就能判断问题出在哪里。

（4）测试

利用它有焊盘的特性，可以充当测试点，比如芯片的封装是 BGA 或者 QFN 的时候，引角都藏在芯片下面，万用表和示波器的表笔无法连接芯片引角，这时在引角引出的导线上串联一个零容电阻两端的焊接点就可以充当测试点，还可以在焊盘上引出导线来连接一些临时电路。

（5）调试

利用可更换电阻值的特性对电阻值进行修改。比如蜂鸣器电路中有源放鸣器通电会发出声音，如果未来需要把音量调小，那么可以先串联一个 0 欧电阻，未来需要调小音量的时候，可以拆下 0 欧电阻，再换上一个其他阻值。

还有一种情况：在高速通信的数据线上，由于不同阻值的电阻有隔绝信号噪声的作用，在设计电路时会在数据线上串联一些 0 欧电阻，如果通讯稳定，那就不需要改动。如果通信不稳定，就可以把 0 欧电阻换成 22 欧或者 51 欧，测试在哪个阻值下通信稳定。所以以后发现在很多电路板上通信的数据线上都会串联一些电阻，就是起到这个作用。

（6）保险

第六个作用是充当电源保险丝。0 欧姆电阻的最大承载功率，一般是 1/ 8 瓦或者 1/ 16 瓦，一旦超出功率，电阻就可能会熔断开电路连接，故可以利用该工艺局限来进行反向操作。在电源输入部分串联 0 欧姆电阻，一旦电路短路，电流会瞬间增大， 0 欧姆电阻会首先熔断，从而保护了其他元器件。

这种方式在原理上虽然可行，但多大功率会熔断电阻，不同的厂家、不同工艺、不同批次有没有什么差别，这些都是不确定的，不能作为标准参数来使用，而且现在有很多专业的自恢复式保险丝，价格便宜，有明确的熔断参数，所以 0 欧姆电阻可以当保险丝，但最好别用，并不是不能用，而是效果不一定好，还是使用专业的保险丝比较好。