智能车原理图设计思路

智能车原理图设计思路

  • 一.主控
    • 1.主控的选择
      • (1)时钟频率
      • (2)硬件资源
      • (3)其他
    • 2.最小系统的设计
      • (1)供电
      • (2)外部晶振
      • (3)复位电路
      • (4)下载电路
      • (5)开漏IO
    • 3.引脚分配
  • 二.供电
    • 1.开关稳压
    • 2.线性稳压
    • 3.电机供电
  • 三.驱动
  • 四.外设
  • 五.总结

一.主控

1.主控的选择

MCU的选择主要看其硬件资源是否满足使用要求,立足于备选芯片的DATASHEET,具体来说

(1)时钟频率

支持外接的时钟频率越高,单片机处理的速度就会越快,控制周期就可以做的越短。

(2)硬件资源

具体包括但不限于能输出PWM的计数器个数,同一PWM模块里输出PWM的通道数(一般同一模块里PWM的频率是一样的,不同通道可以输出不同占空比),能够读取外部脉冲的计数器个数,支持ADC的引脚的个数,ADC的位数与转换速度,硬件IIC模块的个数,硬件SPI模块的个数,UART模块的个数,是否支持正交解码。

(3)其他

有的MCU不自带FLASH,或需要外接ROM,电路复杂性会增加,需要权衡。

2.最小系统的设计

(1)供电

芯片有可能有多个电源引脚,数字电源和模拟电源,数字地和模拟地,还有ADC的参考电源。三种电源的要求根据芯片手册的要求,选择供电电压,ADC的参考电压可以外接一个基准电压芯片。数字与模拟的电源和地之间用磁珠做好隔离。每个电源引脚做好电容去耦。

(2)外部晶振

外部晶振尽量选用单片机允许的最大频率。有源晶振做好电源去耦。晶振附近与底下不要走线。

(3)复位电路

根据芯片手册确认芯片是低电平复位还是高电平复位,用RC及轻触开关设计复位电路。

(4)下载电路

根据芯片手册确定下载程序的模式,是SWD下载还是ISP串口下载还是JTAG下载,根据不同的下载方式留好下载电路。

(5)开漏IO

根据芯片手册,确定是否有OD引脚,这些引脚需要接上拉电阻才能完成正常的输入输出功能。

3.引脚分配

根据芯片手册确定引脚的默认功能与复用功能,再根据实际需要,完成引脚分配,分配时兼顾pcb画板时的走线。注意分配时要分配到相同模块,比如不准分别分配到SPI1的MOSI,和SPI2的MISO。资源不够时可以省着用,比如ISP下载的串口可以复用做蓝牙等UART接口。

二.供电

供电是及其重要的,现有电源芯片分为线性稳压与开关稳压

1.开关稳压

开关稳压又分为BUCK降压、BOOST升压、BUCK/BOOST升降压。开关稳压芯片输出的纹波大,外部电路更加复杂,但效率高,一般在80%以上,能允许的输出电流高。开关稳压对布局的要求很高,如果布局有问题或元件选型有误,会导致芯片发烫且不能正常工作。(开关稳压芯片发烫其实是不太正常的表现)
对电源稳定性要求不高的用电器可以使用,比如说给外设供电。

2.线性稳压

线性稳压芯片输出纹波小,外部电路简单,但效率低,一般不足70%,能允许的输出电流不高。效率低导致芯片的发烫严重,尤其是在输入输出压差比较大,且电流比较大的情况下。
对电源纹波要求高的地方可以使用,比如说给主控供电。如果输入电压太高,建议采用开关稳压经行一级稳压后,再作为线性稳压的输入。

3.电机供电

对电机供电一般要求是输出能力比较强的电源,所以可以选择大功率的开关稳压或者直接用电池给电机供电。

三.驱动

驱动部分一般采用H桥结构,能提供大电流的驱动能力,驱动逻辑分成单极性和双极性,在我的技术报告里的驱动部分讲的比较清楚,不再详述。

四.外设

外设的选择要根据赛题,相同功能的外设也有模拟输出、数字输出之分,数字输出里也有UART协议、SPI协议、IIC协议的差别,根据芯片的硬件资源,选择合理通信方式、数字\模拟的外设。软件模拟协议可以不用分配到特定的IO口,但用硬件协议需要分配到对应的IO(注意UART_RX与TX是交叉连接的)。硬件通信速度会比软件模拟快。外设的供电侧加上去耦电容。

五.总结

最后做个总结就是,原理图必须搞清楚原理再去设计,立足于所有用到芯片的datasheet,立足于用到模块的用户手册。多看看前辈设计过的原理图,多读读技术报告。

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