Diseño de placa de desarrollo de IoT ESP8266
Autor: Profesor Zhang Jiao (Ingeniero sénior de electrónica de combate real de Zhang Fei)
Hola a todos, hoy continuamos la discusión de la parte de diseño esquemático de la placa de desarrollo de IoT.
En el artículo anterior, nos centramos en el proceso de trabajo de la fuente de alimentación, y en conjunto determinamos los tres métodos de coordinación de la fuente de alimentación: "flyback" + Buck + LDO. La parte de retorno es en realidad el adaptador que compramos, y hemos decidido comprar esta parte mediante subcontratación. En este lugar, el LDO utiliza la solución AMS1117, y su tarea principal es lograr un step-down de 5V a 3.3V. Buck es la tarea de reducir el voltaje de 12V a 5V.
Es posible que lo haya visto en otro lugar, utilizando soluciones LDO para reducir el voltaje de 12V a 5V o 3.3V. Existe un requisito previo para usar este esquema, es decir, la carga no puede ser demasiado pesada, es decir, la corriente de carga no puede ser demasiado grande. Si la corriente de carga es demasiado grande, el chip LDO DCDC generará más calor. Debido al principio de funcionamiento del módulo LDO, todavía utiliza la impedancia no lineal (Rce) de un dispositivo semiconductor (como T4 en la figura siguiente) para reducir. Cuanto mayor sea la diferencia de presión, mayor será la corriente y mayor será la potencia consumida en el LDO. Por lo tanto, LDO no es adecuado para grandes caídas de tensión y corriente.
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Entonces debemos adoptar una forma de transferencia de energía con menor resistencia interna, y con la que estamos más familiarizados es la fuente de alimentación conmutada. La estructura topológica más comúnmente utilizada de la fuente de alimentación de conmutación reductora es buck. Su principio es utilizar dispositivos de almacenamiento de energía (condensadores, inductores) en lugar de dispositivos consumidores de energía (resistencias) para la transferencia de energía, por lo que su índice de eficiencia energética es muy alto. Además, el uso del interruptor de encendido y apagado para ajustar el proceso de transferencia de energía, para lograr un ajuste dinámico de carga y una entrada de voltaje amplia, por ejemplo, si la carga es más pesada, entonces el tiempo de encendido es más largo y el tiempo de apagado es más corto. ; si la carga es después de todo, es liviana, el tiempo que se enciende el interruptor es más corto y el tiempo que se apaga es más largo.
El circuito buck de nuestra placa de desarrollo está hecho con un chip DCDC, por lo que el tamaño de la placa puede ser más pequeño y práctico. Si desea comprender completamente el principio de funcionamiento del circuito reductor, aún debe encontrar una manera de construir usted mismo el circuito de conversión de energía del dispositivo discreto, para que pueda comprenderlo más profundamente. Como se muestra en la siguiente figura, el chip utilizado en nuestro circuito reductor es SY8120, y la idea del control del interruptor está empaquetada dentro del dispositivo.
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Si no comprende el principio de funcionamiento de este chip de una vez, puede encontrar tiempo para aprender más tarde. Lo que necesito enfatizar aquí es que para cambiar las fuentes de alimentación, el diseño de la placa de desarrollo es muy importante. Debido a que la señal de conmutación es una señal escalonada, se puede superponer expandiéndose en una serie de series de Fourier de alta frecuencia, es decir, expandiéndose en señales de varias frecuencias. Pero lo que necesitamos es en realidad la señal fundamental, y otras cosas de alta frecuencia son interferencias para nosotros. Entonces, cuando estamos diseñando, debemos minimizar el impacto de estas señales de alta frecuencia en el exterior, especialmente la parte Id, por lo que el bucle Id debe ser lo más pequeño posible, uno es reducir la influencia de la antena de bucle en el afuera La influencia que trae la inductancia parásita de la huella en el camino. Otro, la tierra de + 5V de la salida de la fuente de alimentación Buck debe conectarse a tierra en un solo punto, porque esta tierra está relativamente sucia, y debemos usar un método de conexión a tierra de un solo punto para reducir su impacto en otros dispositivos. Además, durante el diseño, tratamos de mantener la parte de la antena del ESP-12F alejada del circuito buck para reducir aún más la influencia del circuito principal Buck Id. La siguiente figura es la referencia del diseño que se da en la hoja de datos SY8120. puede observarlo, IN ---> LX ---> L ---> Cout ---> GND Esta línea, de hecho, el bucle ha sido lo más corto posible. Aunque el pin FB también es un bucle de alta frecuencia, su corriente no es grande y relativamente no es tan importante, por lo que se coloca en una posición relativamente secundaria. Atención a todos, aquí es sólo un término relativo.
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También mencionamos el circuito de reinicio en el sistema más pequeño. Entonces, ¿cuál es el proceso de reinicio específico del microcontrolador ESP8266 que usamos? Echemos un vistazo a las instrucciones relacionadas con la hoja de datos:
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Solo dije que estaría bien agregar un circuito RC en el exterior y, al mismo tiempo, planteé ciertos requisitos para el cableado, y no expliqué cómo se reinicia el microordenador de un solo chip. De hecho, solo tenemos que hacer lo que sea necesario. Pero todavía tenemos que encontrar una manera de profundizar en nuestra comprensión del circuito de reinicio tanto como sea posible. Podemos consultar el circuito de reinicio del microordenador de un solo chip de la serie STM32F030 para comparar y comprender.
Echemos un vistazo a las siguientes dos imágenes, estas dos imágenes ilustran el proceso de reinicio cuando el microcontrolador está encendido.
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Echemos un vistazo a la forma de onda de la señal de Reset. Cuando se enciende la alimentación, el tiempo que Reset permanece bajo se puede dividir en dos secciones. El primer período es el tiempo desde el potencial VCC hasta el potencial POR, y el segundo período es el tiempo de temporización de reinicio. Es relativamente fácil de entender por primera vez, ¿puede el microcontrolador funcionar solo cuando el voltaje es estable? En el segundo período, temporización de reinicio, la mayor parte del tiempo durante este período debe ser el momento en que el oscilador de cristal comienza a oscilar, así como el momento en que se reinician otros dispositivos. Hemos realizado una prueba de reinicio El tiempo desde el encendido hasta que un pin genera un nivel alto (esta es la primera línea del programa) es de aproximadamente 2 ms en STM32 F030. Específicamente, ¿el reinicio de encendido de la película ESP8266 es un proceso de este tipo? Creo que probablemente lo sea. Aún no se ha encontrado más apoyo material.
Echemos un vistazo a la descripción del botón de reinicio del microcontrolador STM32F030.
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Puede echar un vistazo. La documentación del producto no describe el tiempo de reinicio del botón. Solo dice que el voltaje debe reducirse a un cierto nivel, por ejemplo, el voltaje debe reducirse a 0.8V. En este caso, el RC diseñado por nuestro circuito en realidad juega un papel de filtrado, correcto, para evitar que las interferencias externas reinicien el microcontrolador. Veamos si esta función es la misma que la descripción de ESP8266 del circuito externo de resistencia-capacitancia. Entonces, especulo que el proceso de reinicio de ESP8266 es similar al STM32F030 (no incluido aquí) .Si tiene información más detallada, puede estudiarla más a fondo.
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Específicamente para el valor de R y C en el circuito de resistencia-capacitancia externo, generalmente tomamos el valor R = 10K, C = 104. A partir del análisis anterior, no debería ser ningún problema ir a otros valores aquí.Puede elegir de acuerdo con su situación real (como no demasiados tipos de dispositivos BOM).
Echemos un vistazo a cómo comienza a oscilar el oscilador de cristal. Debido a que el módulo ya ha empaquetado el oscilador de cristal en su interior, no tenemos que preocuparnos por el diseño de la parte del oscilador de cristal del circuito. Pero, de hecho, el diseño del circuito del oscilador de cristal es muy importante, después de todo, el oscilador de cristal es el latido del microordenador de un solo chip. ¿Cómo funciona el microordenador de un solo chip sin una señal de latido? Además, el diseño del circuito del oscilador de cristal también se usa en nuestro circuito de USB a serie, por lo que todavía planeo dedicar un tiempo a explicar el principio de funcionamiento del oscilador de cristal y algunos puntos de diseño para todos.
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Como se muestra en la imagen de arriba, en realidad hay muchas cosas integradas debajo de esta cubierta de hierro, incluido un cristal de 26Mhz. Es solo que no podemos verlo porque está encapsulado, como mencionamos antes, no quiere decir que no exista, verdad, jaja. Debido a las limitaciones de espacio, este artículo se detendrá aquí primero. En el próximo artículo nos centraremos en el análisis del proceso de arranque del oscilador de cristal y el diseño de circuitos periféricos como relés y sensores de temperatura.
Referencia
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① Condiciones de arranque del oscilador de cristal pasivo y su principio de funcionamiento http://m.elecfans.com/article/582154.html
②¿Cuál es el principio del circuito de oscilador de cristal de microordenador de un solo chip 51?
https://www.zhihu.com/question/30930577/answer/55822425
③ Explicación detallada del circuito de oscilación de onda sinusoidal LC de tres puntos
https://blog.csdn.net/weixin_42415539/article/details/88540709
④El problema de la forma de onda del circuito oscilante de tres puntos del condensador
http://bbs.eeworld.com.cn/thread-1090538-1-1.html#pid2904297
⑤El principio de funcionamiento del circuito de oscilación del condensador de tres puntos
https://zhuanlan.zhihu.com/p/354627295
⑥Tiempo de reinicio de encendido de un solo chip https://blog.csdn.net/zyboy2000/article/details/4673955
⑦Centro de documentos ESP8266
https://docs.ai-thinker.com/esp8266/docs
