最全最小系统板原理图设计实操（涉及电容、电阻选型）

cw32小蓝板

文章目录

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1 供电
- 1.1 type-c电源供电
- 1.2 LDO变电压
- - 1.2.1 LDO（dropout）
  - 1.2.2 滤波电容
  - 1 电容基本模型
  - 2 电容阻抗曲线
  - 3 电容SFR
  - 4 电容滤波方法
  - 5 频率范围(HZ) 电容取值
  - 6 RC电容
- 1.3 指示灯
- 1.4 电源选择
2 晶振
- 2.1晶振频率
- 2.2 负载电容值
- 2.3 反馈电阻
3 复位电路
- 3.1 复位原理
- 3.2 上拉电阻选择
4 下载电路
5 主控电路
- 5.1 供电VDD
- 5.2 BOOT引脚
- 5.3 VDDA
6 其他部件

前言 本文主要介绍cw32的最小系统板。主要包含供电、晶振、复位、下载、主控及其配件组成。主要学习开源工程开源cw32无刷电机训练营
还是有点高估自己了，并没有完成pcb的涉及，主要是一些基础性的东西并不知道，导致后期布线困难。

1 供电

1.1 type-c电源供电

首先先看其供电部分的电路，系统通过typec供电，

两个vbus对应type-c的正反接时的5v电压，把他们接到一起就可以保证type-c线正反接时都有5v的电压；

tvs管的添加增加EDS防护功能，TVS管的特性如下所述 (参考TVS二极管和稳压二极管参考_自恢复保险丝）

1 TVS管的响应很快，适合静电的情况，可起到瞬时保护的要求

2 tvs的特性曲线如下所示：可以看见反向特性的时候可以将电压钳制在一个特定的电压值，将其与5v电压并联，可以保证输出的电压值

tvs二极管与稳压二极管的区别如下：

性能指标 tvs二极管稳压二极管

用途瞬态电压保护漏极和源极

精度一个范围精准值

通流能力几百安很小

稳压值 5-550 3.3-75

可以看见输出电压这还有一个0Ω的电阻，对其功能进行总结如下所述为什么要有0欧姆电阻_知乎05a3il

1 可以充当飞线的作用，让走线可以从下方过去（飞线影响板子的美观，没装的话还可能产生电磁干扰），不用的时候可以不装，也没什么影响；

2 调试的时候使用，也可以到时候去掉接一个电流表可以测电流

3 高频信号充当电感或电容，主要emc问题

4 模拟地和数字地之间单点接地，（ 0欧电阻相当于很窄的电流通路，能够有效地限制环路电流，使噪声得到抑制。电阻在所有频带上都有衰减作用(0欧电阻也有阻抗)，这点比磁珠强。）

其实更多的时emc考虑的时候较多，比过孔好，因为0Ω比过孔寄生电感小，而且过孔的话会破坏地平面

性能指标	tvs二极管	稳压二极管
用途	瞬态电压保护	漏极和源极
精度	一个范围	精准值
通流能力	几百安	很小
稳压值	5-550	3.3-75

1.2 LDO变电压

1.2.1 LDO（dropout）

首先我们来看LDO部分，以下的截图来自于它的数据手册:

但这个封装感觉很有意思，一般SOT-223封装一般为3pin，但这个为4pin，但输出都是3.3v，因此只要将二者连起来就可以了。

接下来对dropout进行一下说明(参考文章你会选择LDO dropout voltage吗？工程师看海 )：

可以看见本LDO的dropout为1V，而输出为3.3V，那我们是不是就可以选4.3V的输入电压了，先说答案，不行！具体原因看下面：

首先看一下手机手册，该ldo的输入为4.8v左右，4.3v显然到达不了典型电压附近；
走线的原因，总线上也会相应的电阻，也会进行一定的分压;
ldo的前级电源也会有一定的纹波，在波谷的时候也可能会达不到输出的要求；

1.2.2 滤波电容

首先整理了以下知识：（参考文章电容谐振频率_半弦月滤波电容选取_KeFan2615 详细解析电源滤波电容的选取与计算_sinolover ），首先说明本文所介绍的电容作用仅为滤波作用的将特定频率的杂质波过滤掉的角度介绍，实际上电容还具有隔直流、储能，滤波（将交流电滤成较为平稳的直流电，建议读电路中的电容都有什么作用_Patritck zhang 有具体计算）等作用。

1 电容基本模型

感抗和容抗都是交流电中才存在的阻碍电流的特性，都是一个关于频率的函数；
所谓电容可以等效成为一个电容，一个电感，一个电阻的串联，具体如下图所示：

整体的复阻抗具体计算如下所示：

注意上式j表示复数。

2 电容阻抗曲线

电容的阻抗随频率变化曲线如下所示：

由上图可知：电容在低频时表现为容性，在高频时表现为感性，这些不是不重要，重要的是电容在一个频率（ SFR 电容的自谐振频率）处阻抗表现为最小，对该频率的阻碍最小，通过接地滤波可以很容易的将附近的频率信号都过滤掉，剩下的就是比较干净的信号了。

3 电容SFR

SFR的主要特性是随着电容的增大而频率减小（因此一般大电容滤低频波，小电容滤高频波），但也受封装等因素的影响，具体获得方法为查询相应的datasheet或者通过网络分析仪自己去测。

4 电容滤波方法

二级滤波，一大一小，大电容在前先滤低频波，小电容在后滤高频波。二者一般相差两个数量级；

当频率小于f1时或者大于f2时，主要是容性或者感性，不起滤波作用。但是在二者之间时，构成等效的LC并联电路，但是注意谐振点处的频率信号不能被滤波。

多个电容并联，电容的谐振频率不变，阻抗减小

5 频率范围(HZ) 电容取值

DC-100K 10uF以上的钽电容或铝电解

100K-10M 100nF(0.1uF)陶瓷电容

10M-100M 10nF(0.01uF)陶瓷电容

>100M 1nF(0.001uF)陶瓷电容和PCB的地平面与电源平面的电容

6 RC电容

接触器、继电器、按钮等容易产生电火花，可以使用RC吸收放电电流。

1.3 指示灯

首先查看二极管的数据手册：

根据二者可知，限流电阻的最小值选择如下所示:
Rmin=Vmcu−VFIF=5−1.725=132ΩR_{min} = \frac{V_{mcu}-V_{F}}{I_{F}} = \frac{5-1.7}{25} = 132Ω Rmin=IFVmcu−VF=255−1.7=132Ω
感觉限流电阻选大了，应该选个顶多1左右的就好。

下面是LED电压随电流变化的关系，数据手册中说测试环境为5mA，那么5mA能点亮此LED。

1.4 电源选择

就是根据跳线帽选择想要的供电电压，此处纯粹是为了验证cw32的宽电压输入，没啥实际意义。

2 晶振

本节内容参考：单片机晶振电路的原理和作用图解_佚名晶体负载电容选择和计算_消雨匆匆

典型的电容设计电路如前文所示，主要包括两个并联接地电容，然后并一个电阻，晶振的主要参数如下所示：

2.1晶振频率

这个很容易理解，就是需要提供给单片机或者其他设备的时钟频率。

这个参数比较容易选择，只要根据单片机要求就可以选择合适的参数。

一般是有两个低速时钟和高速时钟，因此有两个时钟，具体可以参考芯片的数据手册。

2.2 负载电容值

这个参数和跟电容的选型有关，也事关晶振能否正常振动，本文所选晶振的负载电容值查看数据手册如下所示：

Cf=C并联+C电路板C_f = C_{并联} + C{电路板} Cf=C并联+C电路板
晶振一般和两个电容并联，一般这两个电容选择的型号相同，并联之后就等于容值的一半。

后面电路板上的电容一般是由于引脚等原因造成的容值，一般可以默认为 2~5pF。在这我是感觉电容选的不是很好，选择22pF甚至更大一点更好。

2.3 反馈电阻

然后再并一个电阻（反馈电阻），这个电阻是为了能更好的起振晶振，如果时cmos一般选择1M的阻值，ttl电平视具体情况而定，最好看一下数据手册，如果没有电阻最好加上。

3 复位电路

复位电路设计原理图如上所示，功能上比较简单，借一个上拉电阻，NRST引脚在默认状态下为高电平，当按键按下时，引脚接地拉低产生复位事件。

3.1 复位原理

采用引脚输入复位，复位时一定宽度的低电平，当按键按下之后NRST引脚变为低电平即可实现电路的复位。

3.2 上拉电阻选择

本节主要参考用图示及公式讲清楚灌电流和拉电流的区别-面包板社区

根据数据手册复位IO口的灌电流能力为5mA。

对于上拉电阻的选择，有以下内容：

根据经验单片机引脚上拉电阻一般选择10k电阻；

复位引脚的灌电流能力为5mA，按最差的想，就算里面是导线，电压为5V，10k电阻的电流也就是0.5mA，肯定没有问题

以下内容不是很确定，有一些猜测的内容在里面：

GPIO的内部结构如上所示：

可以看见GPIO内部也有电源和上拉电阻，可以默认为点A处已有电压VDD，再往里面可以认为是断路（理想化），而外侧也接的是Vmcu.二者电压相等，不会有电流产生。

4 下载电路

下载电路设计比较简单，不再进行赘述，就是一个VCC，一个GND，一根时钟线，一根数据线。

5 主控电路

5.1 供电VDD

供电VDD是从Vmcu处取得电，并且并联了三个0.1u的电容，前面我们我已经讲过滤波电容的作用，此处不再赘述。

注意主控板有多个vdd引脚，多个vdd引脚的话可以减少芯片内部的走线。

5.2 BOOT引脚

数据手册关于boot引脚的介绍如上所示：可以看见当boot拉低接入低电平时，直接从flash启动运行用户程序。

5.3 VDDA

为了能使VDDA引脚能有更加纯净的电源，并接了两个电容。

6 其他部件

直插排针，挺简单的，现在流行的线序好像都是这些，对外的电源引脚引出来就好，其他的和芯片引脚相连就好。

原理比较简单，并且根据前面知识应该很容易对此进行电阻的选型。