STM32F4主板硬件设计与接口
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本专栏的所有程序都在飞航科技 STM32-F407 开发板上测试通过，本文介绍一下STM32-F407 开发板硬件设计与接口，便于读者学习交流。
STM32F4主板硬件结构
飞航科技 STM32-F407 开发板，开发板板载芯片STM32F407ZGT6，144引脚，1024K FLASH，192K SRAM大容量，芯片内嵌资源丰富(6个串口，16个定时器，3个ADC共24通道，2个DAC，2个CAN，SDIO，FSMC，I2C，I2S，SPI应有尽有），板载W25Q128 128M FLASH、IS62WV51216 8M SRAM、百兆以太网、六轴（陀螺仪+加速度计）传感器芯片、光敏传感器等，可外接OLED摄像头模块、TFTLCD显示屏、ZigBee模块等，非常适合DIY和读者学习。
接口明细
| 硬件类型 |
SCH接口 |
GPIO |
使用说明 |
| WIRELESS |
NRF_CE |
PG6 |
接WIRELESS接口的CE脚 |
| NRF_CS |
PG7 |
接WIRELESS接口的CS脚 |
|
| SPI1_SCK |
PB3 |
接WIRELESS接口的SCK脚 |
|
| SPI1_MOSI |
PB5 |
接WIRELESS接口的MOSI脚 |
|
| SPI1_MISO |
PB4 |
接WIRELESS接口的MISO脚 |
|
| NRF_IRQ |
PG8 |
接WIRELESS接口IRQ信号 |
|
| SD卡接口 |
SDIO_D2 |
PC9 |
接SD卡接口的DATA2脚，设有47K上拉 |
| SDIO_D3 |
PC10 |
接SD卡接口的DATA3脚，设有47K上拉 |
|
| SDIO_CMD |
PD2 |
接SD卡接口的CMD脚，设有47K上拉 |
|
| SDIO_SCK |
PC12 |
接SD卡接口的SCK脚 |
|
| SDIO_D0 |
PC7 |
接SD卡接口的DATA0脚，设有47K上拉 |
|
| SDIO_D1 |
PC8 |
接SD卡接口的DATA1脚，设有47K上拉 |
|
| W25Q128 128M FLASH |
SPI1_MOSI |
PB5 |
接W25Q128的MOSI信号 |
| SPI1_SCK |
PB3 |
接W25Q12的SCK信号 |
|
| F_CS |
PB14 |
接W25Q128的片选信号 |
|
| SPI1_MISO |
PB4 |
接W25Q128的MISO信号 |
|
| CAN/USB接口 |
CAN_RX |
连接TJA1050芯片 |
|
| CAN_TX |
连接TJA1050芯片 |
||
| USB_D- |
PA11 |
跳线帽选择D-或者CAN_RX |
|
| USB_D+ |
PA12 |
跳线帽选择D+或者CAN_TX |
|
| D- |
连接USB SLAVER D- |
||
| D+ |
连接USB SLAVER D+ |
||
| USB串口/串口1 |
U1_TX |
PA9 |
连接STM32F4的USART1_TX |
| U1_RX |
PA10 |
连接STM32F4的USART1_RX |
|
| RXD |
连接CH40G芯片 (注：U1_TX与RXD通过跳线帽连接，通过使用USB转串口可实现一键下载程序的功能) |
||
| TXD |
连接CH40G芯片 (注：U1_RX与TXD通过跳线帽连接，通过使用USB转串口可实现一键下载程序的功能) |
||
| USB HOST（主机） |
USB_DM |
CAN/USB接口的D-,中间接10R电阻 |
|
| USB_DP |
CAN/USB接口的D+,中间接10R电阻 |
||
| USB_SLAVER（从机） |
USB_DM |
CAN/USB接口的D-,中间接10R电阻 |
|
| USB_DP |
CAN/USB接口的D+,中间接10R电阻 |
||
| USB转串口 |
CH340_D- |
连接CH340G芯片的输入端口后，转换的信号接到USB串口/串口1的RXD |
|
| CH340_D+ |
连接CH340G芯片的输入端口后，转换的信号接到USB串口/串口1的TXD |
||
| OLED摄像头模块接口 |
DCMI_SCL |
PD6 |
连接OLED/CAMERA接口的SCL脚 |
| DCMI_SDA |
PD7 |
连接OLED/CAMERA接口的SDA脚 |
|
| DCMI_D0 |
PC6 |
连接OLED/CAMERA接口的D0脚 |
|
| DCMI_D2 |
PC8 |
连接OLED/CAMERA接口的D2脚 |
|
| DCMI_D4 |
PC12 |
连接OLED/CAMERA接口的D4脚 |
|
| DCMI_D6 |
PE5 |
连接OLED/CAMERA接口的D6脚 |
|
| DCMI_PCLK |
PA6 |
连接OLED/CAMERA接口的PCLK脚 |
|
| DCMI_PWDN |
PG9 |
连接OLED/CAMERA接口的PWDN脚 |
|
| DCMI_VSYNC |
PB7 |
连接OLED/CAMERA接口的VSYNC脚 |
|
| DCMI_HREF |
PA4 |
连接OLED/CAMERA接口的HREF引脚 |
|
| DCMI_RESET |
PG15 |
连接OLED/CAMERA接口的RESET脚 |
|
| DCMI_D1 |
PC7 |
连接OLED/CAMERA接口的D1脚 |
|
| DCMI_D3 |
PC9 |
连接OLED/CAMERA接口的D3脚 |
|
| DCMI_D5 |
PB6 |
连接OLED/CAMERA接口的D5引脚 |
|
| DCMI_D7 |
PE6 |
连接OLED/CAMERA接口的D7引脚 |
|
| DCMI_XCLK |
PA8 |
连接OLED/CAMERA接口的XCLK引脚 |
|
| 有源蜂鸣器 |
BEEP |
PF8 |
高电平鸣叫 |
| 红外接收头 |
REMOTE_IN |
PA8 |
连接有4.7K上拉电阻 |
| 温度传感器 |
1WIRE_DQ |
PG9 |
接单总线接口(U13),即DHT11/DS18B20 |
| 两个LED灯 |
D0 |
PF9 |
接DS0 LED灯(蓝色) |
| D1 |
PF10 |
接DS1 LED灯(绿色) |
|
| 选择启动模式 |
BOOT0 |
BOOT0 |
BOOT0,启动选择配置引脚(仅上电时用) |
| BOOT1 |
BOOT1 |
BOOT1,启动选择配置引脚(仅上电时用) |
|
| 四个按钮 |
WK_UP |
PA0 |
按键key_up，可以作为待机唤醒按钮 |
| KEY0 |
PE4 |
按钮KEY0 |
|
| KEY1 |
PE3 |
按钮KEY1 |
|
| KEY2 |
PE2 |
按钮KEY2 |
|
| 触摸按钮 |
STM_ADC |
PA5 |
TOUCH检查脚，也是ADC输入引脚 |
| MPU6050传感器 |
I2C_SCL |
PB8 |
连接MPU6050的SCL引脚 |
| I2C_SDA |
PB9 |
连接MPU6050的SDA引脚 |
|
| 多功能端口 |
TPAD |
通过1M电阻连接3.3V电压 |
|
| STM_ADC |
PA5 |
TOUCH检查脚，也是ADC输入引脚 |
|
| STM_DAC |
PA4 |
DAC_OUT1输出脚OLED/CAMERA接口的HREF引脚 |
|
| 扬声器接口 |
ROUT2 |
连接WM8978的ROUT2引脚 |
|
| LOUT2 |
连接WM8978的LOUT2引脚 |
||
| PWM_DAC |
PA3 |
PWM_DAC输出引脚 |
|
| PWM_AU |
连接到WM8978的AUXL和AUXR引脚 |
||
| 24C02EEPROM |
I2C_SCL |
PB8 |
连接24C02EEPROM的SCL引脚 |
| I2C_SDA |
PB9 |
连接24C02EEPROM的SDA引脚 |
|
| RS232/ZigBee模块选择接口 |
U3_RX |
使能COM2的RX线 |
|
| U3_TX |
使能COM2的TX线 |
||
| USART3_TX |
PB10 |
连接主控芯片的USART3 |
|
| USART3_RX |
PB11 |
连接主控芯片的USART3 |
|
| ZIGBEE_RX WIFI_RX |
连接ZigBee/WIFI的RX引脚 |
||
| WIFI_TX ZIGBEE_TX |
连接ZigBee/WIFI的TX引脚 |
||
| RS232/485选择端口 |
U2_RX |
使能COM1的RX线 |
|
| U2_TX |
使能COM1的TX线 |
||
| USART2_TX |
PA2 |
连接主控芯片的USART2 |
|
| USART2_RX |
PA2 |
连接主控芯片的USART2 |
|
| RS422_RX |
连接MAX3490的D1端 |
||
| RS422_TX |
连接MAX3490的R0端 |
||
| 以太网接口（RJ45） |
LINK_LED |
连接LAN8720A的LED1引脚 |
|
| SPEED_LED |
连接LAN8720A的LED2引脚 |
跳线功能定义
JTAG/SWD接口（注：没有跳线帽）
STM32F4板搭载的20针标准JTAG调试口，该调试接口可以直接和ULINK、J-Link、ST-Link等调试器相连接，由于STM32支持SWD调试，这个JTAG口也可以用SWD模式连接。
假如使用JTAG模式调试的话，需要占据5个接口。使用SWD调试模式的话，仅仅只需要2个接口，节约了引脚，其中ST-Link使用的接口模式为SWD模式。
USB串口/串口1选择接口
其中USB串口与STM32F407ZGT6的串口1进行连接。标号为RXD与TXD是与芯片CH340G相互连接，通过CH340G芯片将USB传入的数据转换成串口数据，实现通讯。若想用串口一键下载程序的话，需要接上接口复用跳线帽，若是单单只作为普通串口与STM32F407ZGT6通讯的话，只需要拔掉跳线帽即可。
CAN/USB选择接口
CAN/USB串口其中CAN_RX与CAN_TX与通过芯片A1050与接口CAN1连接，D-与D+与USB接口相互连接。其中CAN与USB复用的接口为USB_D-（PA9），USB_D+（PA10），使用跳线帽的话可以实现CAN/USB的连接。
RS422/RS232选择接口
开发板设置有一个RS232接口（COM1）与一个RS422（RS、RS1）接口。通过使用跳线帽可以选择任一接口与串口2（U2_RX和U2_TX）实现接通。
RS232/ZigBee
开发板设置有一个RS232接口（COM2）与一个ZigBee模块的串口接口（GBC_TX和GBC_RX），通过使用跳线帽可以选择任一接口与串口3（U3_RX和U3_TX）实现通讯。
按键定义
开发板上集成有五个按键，其中按键RESET可以使程序硬件复位，另外四个按键KEY0，KEY1，KEY2，KEY_UP可以当普通的按键，其中KEY_UP可以唤醒退出待机模式，在正常模式下，可以当作普通按键使用。
主控板资源说明
STM32F4 开发板板载资源如下：
- CPU： STM32F407ZGT6， LQFP144， FLASH： 1024K， SRAM： 192K；
- 外扩 SRAM： IS62WV51216， 1M 字节
- 外扩 SPI FLASH： W25Q128， 16M 字节
- 1 个电源指示灯（红色）
- 2 个状态指示灯（ D2：绿色， D1：蓝色）
- 1 个红外接收头，并配备红外遥控器
- 1 个 EEPROM 芯片， 24C02，容量 256 字节
- 1 个六轴（陀螺仪+加速度）传感器芯片MPU6050
- 1 个高性能音频编解码芯片， WM8978
- 1 个 2.4G 无线模块接口，支持 NRF24L01 无线模块
- 1 路 CAN 接口，采用 TJA1050 芯片
- 1 路 422 接口，采用 MAX3490 芯片
- 2 路 RS232 串口（一公一母）接口，采用 SP3232 芯片
- 1 路单总线接口，支持 DS18B20/DHT11 等单总线传感器
- 1 个光敏传感器
- 1 个标准的 2.4 / 2.8 / 3.5 / 4.3 / 7 寸 LCD 接口，支持电阻/电容触摸屏
- 1 个摄像头模块接口
- 1 个 OLED 模块接口
- 1 个 USB 串口，可用于程序下载和代码调试（ USART 调试）
- 1 个 USB SLAVE 接口，用于 USB 从机通信
- 1 个 USB HOST(OTG)接口，用于 USB 主机通信
- 1 个有源蜂鸣器
- 1个RS232/RS422选择接口
- 1 个 CAN/USB 选择接口
- 1 个串口选择接口
- 1 个 SD 卡接口（在板子背面）
- 1 个百兆以太网接口（ RJ45）
- 1 个标准的 JTAG/SWD 调试下载口
- 1 个录音头（ MIC/咪头）
- 1 路立体声音频输出接口
- 1 路立体声录音输入接口
- 1 路扬声器输出接口，可接 1W 左右小喇叭
- 1 组多功能接口（ DAC/ADC/PWM DAC/AUDIO IN/TPAD）
- 1 组 5V 电源供应/接入口
- 1 组 3.3V 电源供应/接入口
- 1 个参考电压设置接口
- 1 个直流电源输入接口（输入电压范围： DC6~16V）
- 1 个启动模式选择配置接口
- 1 个 RTC 后备电池座，并带电池
- 1 个复位按钮，可用于复位 MCU 和 LCD
- 4 个功能按钮，其中 KEY_UP(即 WK_UP)兼具唤醒功能
- 1 个电容触摸按键
- 1 个电源开关，控制整个板的电源
- 独创的一键下载功能
- 除晶振占用的 IO 口外，其余所有 IO 口全部引出
主控板原理图
STM32F4主板部分原理图如下：
- LED灯：
- 按键
- 蜂鸣器
- SD卡读取
- 外部SRAM
- TFTLCD屏幕接口
