ESP8266 IoT geliştirme kartı tasarımıİki
Yazar: Öğretmen Zhang Jiao (Zhang Fei Gerçek Savaş Elektroniği Kıdemli Mühendisi)
Herkese merhaba, bugün IoT geliştirme panosunun şematik tasarım bölümünün tartışmasına devam ediyoruz.
Bir önceki makalede, güç kaynağının çalışma sürecine odaklandık ve bir bütün olarak üç güç kaynağı koordinasyon yöntemini belirledik: "flyback" + Buck + LDO. Flyback kısmı aslında aldığımız adaptördü ve bu parçayı dış kaynak kullanarak almaya karar verdik. Bu yerde, LDO, AMS1117 çözümünü kullanır ve ana görevi, 5V ila 3.3V'luk bir düşürme elde etmektir. Buck, voltajı 12V'den 5V'a düşürme görevidir.

Voltajı 12V'tan 5V'a veya 3,3V'a düşürmek için LDO çözümlerini kullanarak başka bir yerde görmüş olabilirsiniz. Bu şemayı kullanmak için bir ön koşul vardır, yani yük çok ağır olamaz, yani yük akımı çok büyük olamaz. Yük akımı çok büyükse, LDO DCDC çipi daha fazla ısı üretecektir. LDO modülünün çalışma prensibi nedeniyle, aşağı inmek için hala bir yarı iletken cihazın (aşağıdaki şekilde T4 gibi) doğrusal olmayan empedansını (Rce) kullanır. Basınç farkı ne kadar büyük olursa, akım o kadar büyük olur ve LDO'da tüketilen güç o kadar yüksek olur. Bu nedenle LDO, büyük akım ve yüksek voltaj düşüşü için uygun değildir.
1
O zaman daha düşük iç dirençli bir enerji transferi yöntemi benimsememiz gerekiyor ve daha aşina olduğumuz, anahtarlamalı güç kaynağı. Düşürücü anahtarlamalı güç kaynağının daha yaygın olarak kullanılan topolojik yapısı buck'tır. İlkesi enerji transferi için enerji tüketen cihazlar (dirençler) yerine enerji depolama cihazları (kapasitörler, indüktörler) kullanmaktır, bu nedenle enerji verimlilik oranı çok yüksektir. Ek olarak, enerji transfer sürecini ayarlamak, yük dinamik ayarı ve geniş voltaj girişi elde etmek için açma ve kapama kullanımı, örneğin yük daha ağırsa, açma süresi daha uzundur ve kapanma süresi daha kısadır. ; Yük ise sonuçta hafiftir, anahtarın açılma süresi daha kısa, kapanma süresi ise daha uzundur.

Geliştirme kartımızın buck devresi bir DCDC çipi ile yapılmıştır, böylece kartın boyutu daha küçük ve daha pratik olabilir. Buck devresinin çalışma prensibini tam olarak anlamak istiyorsanız, daha derinden anlayabilmek için ayrık cihazın güç dönüştürme devresini kendiniz oluşturmanın bir yolunu bulmanız gerekir. Aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi buck devremizde kullanılan chip SY8120 olup, switch kontrolü fikri cihazın içerisinde paketlenmiştir.
2
Bu çipin çalışma prensibini bir kerede anlamadıysanız, daha sonra öğrenmek için zaman bulabilirsiniz. Burada vurgulamam gereken şu ki, güç kaynaklarını değiştirmek için geliştirme kartının yerleşimi çok önemlidir. Anahtarlama sinyali bir adım sinyali olduğundan, bir dizi yüksek frekanslı Fourier serisine genişletilerek, yani çeşitli frekanslardaki sinyallere genişletilerek üst üste getirilebilir. Ancak ihtiyacımız olan şey aslında temel sinyaldir ve diğer yüksek frekanslı şeyler bizim için parazittir. Bu yüzden, döşeme yaparken, bu yüksek frekanslı sinyallerin dışarıya, özellikle de Id kısmına olan etkisini en aza indirmeliyiz, böylece Id döngüsü mümkün olduğunca küçük olmalıdır, biri döngü anteninin etkisini azaltmaktır. dışında Yoldaki izin parazit endüktansının getirdiği etki. Bir diğeri, Buck güç kaynağı çıkışının +5V topraklaması tek bir noktada topraklanmalıdır, çünkü bu toprak nispeten kirlidir ve diğer cihazlar üzerindeki etkisini azaltmak için tek nokta topraklama yöntemi kullanmalıyız. Ayrıca yerleşim sırasında buck Id ana devresinin etkisini daha da azaltmak için ESP-12F'nin anten kısmını buck devresinden uzak tutmaya çalışıyoruz.Aşağıdaki şekil SY8120 datasheet'inde verilen yerleşim referansıdır. bunu gözlemleyebilir, IN --- > LX --->L ---> Cout ---> GND Bu satır, aslında, döngü mümkün olduğu kadar kısa olmuştur. FB pimi aynı zamanda yüksek frekanslı bir döngü olmasına rağmen, akımı büyük değildir ve nispeten çok önemli değildir, bu nedenle nispeten ikincil bir konuma yerleştirilir. Herkesin dikkatine, burada sadece göreceli bir terim var.

3
En küçük sistemdeki reset devresinden de bahsetmiştik. Peki kullandığımız ESP8266 mikrodenetleyicinin özel sıfırlama işlemi nedir? Veri sayfasıyla ilgili talimatlara bir göz atalım:
4
Ben sadece dışarıya bir RC devresi eklemenin iyi olacağını söyledim ve aynı zamanda kablolama için belirli gereksinimleri ortaya koydum ve tek çipli mikrobilgisayarın nasıl sıfırlandığını açıklamadım. Aslında, sadece gerektiği gibi yapmamız gerekiyor. Ancak yine de sıfırlama devresi anlayışımızı mümkün olduğunca derinleştirmenin bir yolunu bulmalıyız. Karşılaştırma ve anlama için STM32F030 serisi tek çipli mikrobilgisayarın sıfırlama devresine başvurabiliriz.

Aşağıdaki iki resme bir göz atalım, bu iki resim mikrodenetleyici açıldığında sıfırlama işlemini göstermektedir.

5
6
Reset sinyalinin dalga formuna bir göz atalım.Güç açıldığında Reset'in düşük kaldığı süre iki bölüme ayrılabilir. İlk periyot VCC potansiyelinden POR potansiyeline kadar olan süredir ve ikinci periyot Reset geçicileştirme zamanıdır. İlk defa anlamak nispeten kolay, mikrodenetleyici sadece voltaj sabitken çalışabilir mi? İkinci periyot olan Reset temporization'da, bu periyotta çoğu zaman kristal osilatörün salınım yapmaya başladığı ve diğer cihazların resetlendiği zaman olmalıdır. Bir Reset testi yaptık.STM32 F030'da açılıştan bir pinin yüksek bir seviye (bu programın ilk satırıdır) çıkışına kadar geçen süre yaklaşık 2ms'dir. Spesifik olarak, ESP8266 filminin açılış sıfırlaması böyle bir işlem midir? Henüz daha fazla maddi destek bulunamadı.

STM32F030 mikrodenetleyicinin buton sıfırlama açıklamasına bir göz atalım.
7
8
Bir göz atabilirsiniz.Ürün dökümanında düğmenin resetlenme süresi anlatılmıyor.Sadece voltajın belirli bir seviyeye düşürülmesi gerektiğini söylüyor, örneğin voltajın 0,8V'a düşürülmesi gerekiyor. Bu durumda, devremiz tarafından tasarlanan RC, harici parazitlerin mikrodenetleyiciyi sıfırlamasını önlemek için aslında bir filtreleme rolü oynar. Bakalım bu fonksiyon ESP8266'nın harici direnç-kapasitans devresi açıklaması ile aynı mı? Bu yüzden ESP8266'nın sıfırlama işleminin STM32F030'a benzer olduğunu tahmin ediyorum (burada paketlenmemiş) Eğer daha detaylı bilgiye sahipseniz, daha fazla inceleyebilirsiniz.
8
Harici direnç-kapasitans devresindeki R ve C değerine özel olarak genellikle R=10K, C=104 değerini alırız. Yukarıdaki analizden burada diğer değerlere geçmenizde bir sakınca olmaması gerekir.Gerçek durumunuza göre seçim yapabilirsiniz (çok fazla BOM cihazı çeşidi olmaması gibi).

Kristal osilatörün nasıl salınmaya başladığına bir göz atalım. Modül, kristal osilatörü zaten içinde paketlediğinden, devrenin kristal osilatör kısmının tasarımı hakkında endişelenmemize gerek yok. Ama aslında kristal osilatör devresinin tasarımı çok önemlidir.Sonuçta kristal osilatör tek çipli mikrobilgisayarın kalp atışıdır. Tek çipli mikro bilgisayar, kalp atışı sinyali olmadan nasıl çalışır? Ayrıca kristal osilatör devresinin tasarımı USB-seri devremizde de kullanılmaktadır, bu yüzden yine de kristal osilatörün çalışma prensibini ve bazı tasarım noktalarını herkese açıklamak için biraz zaman ayırmayı planlıyorum.
10
11
Yukarıdaki resimde gösterildiği gibi, aslında bu demir kapağın altına 26Mhz kristal dahil pek çok şey entegre edilmiştir. Sadece kapsüllenmiş olduğu için göremiyoruz, daha önce de bahsettiğimiz gibi, yok olduğu anlamına gelmiyor, değil mi haha. Alan sınırlamaları nedeniyle, bu makale önce burada duracaktır. Bir sonraki yazımızda kristal osilatörün başlama sürecinin analizine ve röle ve sıcaklık sensörleri gibi çevresel devrelerin tasarımına odaklanacağız.

Referans
(Tarayıcıda açmak için bağlantıyı kopyalayın)

① Pasif kristal osilatör başlama koşulları ve çalışma prensibi http://m.elecfans.com/article/582154.html
②51 tek çipli mikrobilgisayar kristal osilatör devresinin prensibi nedir?
https://www.zhihu.com/question/30930577/answer/55822425
③ Üç noktalı LC sinüs dalgası salınım devresinin ayrıntılı açıklaması
https://blog.csdn.net/weixin_42415539/article/details/88540709
④Kondansatör üç noktalı salınım devresinin dalga formu sorunu
http://bbs.eeworld.com.cn/thread-1090538-1-1.html#pid2904297
⑤Üç noktalı kapasitör salınım devresinin çalışma prensibi
https://zhuanlan.zhihu.com/p/354627295
⑥Tek çipli açılış sıfırlama süresi https://blog.csdn.net/zyboy2000/article/details/4673955
⑦ESP8266 Belge Merkezi
https://docs.ai-thinker.com/esp8266/docs