ESP8266 IoT-Entwicklungsboard designTwo
Autor: Lehrer Zhang Jiao (Zhang Fei Senior Engineer of Actual Combat Electronics)
Hallo zusammen, heute setzen wir die Diskussion über den Schaltplanentwurf des IoT-Entwicklungsboards fort.
Im vorherigen Artikel haben wir uns auf den Arbeitsprozess des Netzteils konzentriert und insgesamt die drei Netzteil-Koordinationsmethoden festgelegt: "Flyback" + Buck + LDO. Der Flyback-Teil ist eigentlich der Adapter, den wir gekauft haben, und wir haben uns entschieden, diesen Teil durch Outsourcing zu kaufen. An dieser Stelle verwendet der LDO die AMS1117-Lösung, und seine Hauptaufgabe besteht darin, einen Abwärtsschritt von 5 V auf 3,3 V zu erreichen. Buck ist die Aufgabe, die Spannung von 12V auf 5V zu reduzieren.

Sie haben es vielleicht an anderer Stelle gesehen, indem Sie LDO-Lösungen verwendet haben, um die Spannung von 12 V auf 5 V oder 3,3 V zu reduzieren. Voraussetzung für die Verwendung dieses Schemas ist, dass die Last nicht zu groß sein darf, dh der Laststrom darf nicht zu groß sein. Wenn der Laststrom zu groß ist, erzeugt der LDO-DCDC-Chip mehr Wärme. Aufgrund des Arbeitsprinzips des LDO-Moduls verwendet es immer noch die nichtlineare Impedanz (Rce) eines Halbleiterbauelements (z. B. T4 in der Abbildung unten), um abzusenken. Je größer die Druckdifferenz, desto größer der Strom und desto höher die vom LDO verbrauchte Leistung. Daher ist LDO nicht für große Ströme und hohen Spannungsabfall geeignet.
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Dann müssen wir einen Weg der Energieübertragung mit geringerem Innenwiderstand einschlagen, und der, mit dem wir besser vertraut sind, ist das Schaltnetzteil. Die am häufigsten verwendete topologische Struktur von Abwärtsschaltnetzteilen ist Buck. Sein Prinzip besteht darin, zur Energieübertragung Energiespeicher (Kondensatoren, Induktivitäten) anstelle von Energie verbrauchenden Geräten (Widerständen) zu verwenden, wodurch sein Energieeffizienzverhältnis sehr hoch ist. Darüber hinaus ist die Verwendung von Ein- und Ausschalten zum Einstellen des Energieübertragungsprozesses, um eine dynamische Lastanpassung und einen breiten Spannungseingang zu erreichen, beispielsweise wenn die Last schwerer ist, ist die Einschaltzeit länger und die Ausschaltzeit kürzer ; wenn die Last immerhin hell ist, ist die Einschaltzeit kürzer und die Ausschaltzeit länger.

Die Buck-Schaltung unseres Entwicklungsboards wird mit einem DCDC-Chip hergestellt, so dass die Größe des Boards kleiner und praktischer sein kann. Wenn Sie das Funktionsprinzip der Buck-Schaltung vollständig verstehen möchten, müssen Sie noch einen Weg finden, die Leistungsumwandlungsschaltung des diskreten Geräts selbst zu bauen, damit Sie sie tiefer verstehen können. Wie in der Abbildung unten gezeigt, ist der in unserer Buck-Schaltung verwendete Chip SY8120, und die Idee der Schaltersteuerung ist im Gerät untergebracht.
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Wenn Sie das Funktionsprinzip dieses Chips nicht sofort verstehen, können Sie später Zeit zum Lernen finden. Was ich hier betonen muss ist, dass bei Schaltnetzteilen das Layout des Entwicklungsboards sehr wichtig ist. Da das Schaltsignal ein Stufensignal ist, kann es durch Expandieren in eine Reihe von Hochfrequenz-Fourier-Reihen überlagert werden, d. h. durch Expandieren in Signale verschiedener Frequenzen. Aber was wir brauchen, ist eigentlich das Grundsignal, und andere hochfrequente Dinge sind für uns Störungen. Daher müssen wir beim Verlegen die Auswirkungen dieser hochfrequenten Signale nach außen, insbesondere des Id-Anteils, minimieren, daher sollte die Id-Schleife so klein wie möglich sein, eine ist, den Einfluss der Schleifenantenne auf die außen Der Einfluss der parasitären Induktivität der Spur auf die Straße. Zum anderen muss die +5V-Masse des Buck-Netzteils an einem einzigen Punkt geerdet werden, da diese Masse relativ schmutzig ist, und wir müssen eine Einzelpunkt-Erdungsmethode verwenden, um die Auswirkungen auf andere Geräte zu reduzieren. Darüber hinaus versuchen wir während des Layouts, den Antennenteil des ESP-12F von der Buck-Schaltung fernzuhalten, um den Einfluss der Buck-Id-Hauptschaltung weiter zu reduzieren. Die folgende Abbildung ist die im SY8120-Datenblatt angegebene Layout-Referenz kann es beobachten, IN ---> LX --->L ---> Cout ---> GND Diese Leitung war tatsächlich so kurz wie möglich. Obwohl der FB-Pin auch eine Hochfrequenzschleife ist, ist sein Strom nicht groß und relativ nicht so wichtig, daher ist er relativ zweitrangig. Achtung alle, hier ist nur ein relativer Begriff.

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Wir haben auch die Reset-Schaltung im kleinsten System erwähnt. Was ist also der spezifische Reset-Prozess des von uns verwendeten ESP8266-Mikrocontrollers? Schauen wir uns die Anweisungen zum Datenblatt an:
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Ich sagte nur, dass es in Ordnung wäre, draußen eine RC-Schaltung hinzuzufügen, und stellte gleichzeitig bestimmte Anforderungen an die Verkabelung und erklärte nicht, wie der Einchip-Mikrocomputer zurückgesetzt wird. Tatsächlich müssen wir nur das tun, was erforderlich ist. Aber wir müssen noch einen Weg finden, unser Verständnis der Reset-Schaltung so weit wie möglich zu vertiefen. Zum Vergleich und zum Verständnis können wir auf die Reset-Schaltung des Einchip-Mikrocomputers der STM32F030-Serie verweisen.

Schauen wir uns die folgenden beiden Bilder an, diese beiden Bilder veranschaulichen den Reset-Vorgang beim Einschalten des Mikrocontrollers.

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Schauen wir uns die Wellenform des Reset-Signals an: Wenn das Gerät eingeschaltet ist, kann die Zeit, die Reset niedrig bleibt, in zwei Abschnitte unterteilt werden. Die erste Periode ist die Zeit vom VCC-Potential bis zum POR-Potential, und die zweite Periode ist die Zeit der Rücksetz-Zeitspanne. Es ist zum ersten Mal relativ einfach zu verstehen, kann der Mikrocontroller nur arbeiten, wenn die Spannung stabil ist? In der zweiten Periode, Reset temporization, sollte die meiste Zeit während dieser Periode die Zeit sein, in der der Quarzoszillator zu schwingen beginnt, sowie die Zeit, in der andere Geräte zurückgesetzt werden. Wir haben einen Reset-Test durchgeführt: Die Zeit vom Einschalten bis zum Ausgeben eines High-Pegels an einem Pin (dies ist die erste Zeile des Programms) beträgt in STM32 F030 etwa 2 ms. Ist der Power-On-Reset des ESP8266-Films speziell ein solcher Prozess?Ich denke, es ist wahrscheinlich. Es wurde noch keine materielle Unterstützung gefunden.

Schauen wir uns die Beschreibung des Tastenresets des Mikrocontrollers STM32F030 an.
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Sie können einen Blick darauf werfen: Die Produktdokumentation beschreibt die Rückstellzeit des Tasters nicht, sondern sagt nur, dass die Spannung auf ein bestimmtes Niveau reduziert werden soll, beispielsweise die Spannung auf 0,8 V reduziert werden soll. In diesem Fall spielt der von unserer Schaltung entwickelte RC tatsächlich eine Filterrolle, um zu verhindern, dass externe Störungen den Mikrocontroller zurücksetzen. Mal sehen, ob diese Funktion mit der Beschreibung des externen Widerstands-Kapazitäts-Schaltkreises von ESP8266 übereinstimmt. Ich vermute also, dass der Reset-Prozess des ESP8266 ähnlich dem von STM32F030 ist (hier nicht verpackt).Wenn Sie genauere Informationen haben, können Sie ihn weiter studieren.
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Spezifisch für den Wert von R und C in der externen Widerstands-Kapazitäts-Schaltung nehmen wir im Allgemeinen den Wert R = 10 K, C = 104. Aus der obigen Analyse sollte es kein Problem sein, hier auf andere Werte zu gehen, die Sie entsprechend Ihrer tatsächlichen Situation auswählen können (z. B. nicht zu viele Arten von Stücklistengeräten).

Schauen wir uns an, wie der Quarzoszillator zu schwingen beginnt. Da das Modul den Quarzoszillator bereits im Inneren verpackt hat, müssen wir uns nicht um das Design des Quarzoszillatorteils der Schaltung kümmern. Tatsächlich ist jedoch das Design der Quarzoszillatorschaltung sehr wichtig, schließlich ist der Quarzoszillator das Herzstück des Einchip-Mikrocomputers. Wie funktioniert der Single-Chip-Mikrocomputer ohne Heartbeat-Signal? Darüber hinaus wird das Design der Quarzoszillatorschaltung auch in unserer USB-to-Serial-Schaltung verwendet, daher plane ich noch etwas Zeit damit zu verbringen, das Funktionsprinzip des Quarzoszillators und einige Designpunkte für alle zu erklären.
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Wie im Bild oben zu sehen ist, sind unter dieser Eisenabdeckung tatsächlich viele Dinge integriert, darunter ein 26-MHz-Kristall. Es ist nur so, dass wir es nicht sehen können, weil es gekapselt ist.Wie wir bereits erwähnt haben, bedeutet das nicht, dass es nicht existiert, oder, haha. Aus Platzgründen hört dieser Artikel hier zuerst auf. Im nächsten Artikel konzentrieren wir uns auf die Analyse des Startvorgangs des Quarzoszillators und den Entwurf von Peripherieschaltungen wie Relais und Temperatursensoren.

Bezug
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① Startbedingungen des passiven Quarzoszillators und sein Arbeitsprinzip http://m.elecfans.com/article/582154.html
②Was ist das Prinzip der 51-Einchip-Mikrocomputer-Kristalloszillatorschaltung?
https://www.zhihu.com/question/30930577/answer/55822425
③ Detaillierte Erläuterung des Dreipunkt-LC-Sinusschwingkreises
https://blog.csdn.net/weixin_42415539/article/details/88540709
④Das Wellenformproblem des Kondensator-Dreipunkt-Schwingkreises
http://bbs.eeworld.com.cn/thread-1090538-1-1.html#pid2904297
⑤Das Funktionsprinzip des Dreipunkt-Kondensator-Schwingkreises
https://zhuanlan.zhihu.com/p/354627295
⑥Ein-Chip-Power-On-Reset-Zeit https://blog.csdn.net/zyboy2000/article/details/4673955
⑦ESP8266 Document Center
https://docs.ai-thinker.com/esp8266/docs