Conception de la carte de développement IoT ESP8266Deux
Auteur : Enseignant Zhang Jiao (Zhang Fei ingénieur principal de l'électronique de combat réelle)
Bonjour à tous, aujourd'hui, nous poursuivons la discussion sur la partie conception schématique de la carte de développement IoT.
Dans l'article précédent, nous nous sommes concentrés sur le processus de fonctionnement de l'alimentation, et dans l'ensemble, nous avons déterminé les trois méthodes de coordination de l'alimentation : "flyback" + Buck + LDO. La partie flyback est en fait l'adaptateur que nous avons acheté, et nous avons décidé d'acheter cette partie en sous-traitant. À cet endroit, le LDO utilise la solution AMS1117, et sa tâche principale est d'atteindre un abaisseur de 5V à 3,3V. Buck a pour tâche de réduire la tension de 12V à 5V.

Vous l'avez peut-être vu ailleurs, en utilisant des solutions LDO pour réduire la tension de 12V à 5V ou 3,3V. Il existe une condition préalable à l'utilisation de ce schéma, c'est-à-dire que la charge ne peut pas être trop lourde, c'est-à-dire que le courant de charge ne peut pas être trop important. Si le courant de charge est trop important, la puce LDO DCDC générera plus de chaleur. En raison du principe de fonctionnement du module LDO, il utilise toujours l'impédance non linéaire (Rce) d'un dispositif semi-conducteur (tel que T4 dans la figure ci-dessous) pour descendre. Plus la différence de pression est grande, plus le courant est important et plus la puissance consommée sur le LDO est élevée. Par conséquent, le LDO ne convient pas aux chutes de courant et de tension élevées.
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Ensuite, nous devons adopter un mode de transfert d'énergie avec une résistance interne plus faible, et celui que nous connaissons le mieux est l'alimentation à découpage. La structure topologique la plus couramment utilisée pour l'alimentation à découpage abaisseur est buck. Son principe est d'utiliser des dispositifs de stockage d'énergie (condensateurs, inductances) au lieu de dispositifs consommateurs d'énergie (résistances) pour le transfert d'énergie, son ratio d'efficacité énergétique est donc très élevé. En outre, l'utilisation de l'interrupteur marche/arrêt pour ajuster le processus de transfert d'énergie, pour obtenir un ajustement dynamique de la charge et une entrée de tension large, par exemple, si la charge est plus lourde, le temps d'allumage est plus long et le temps d'arrêt est plus court ; si la charge est Après tout, elle est légère, le temps d'activation de l'interrupteur est plus court et le temps d'extinction est plus long.

Le circuit abaisseur de notre carte de développement est composé d'une puce DCDC, de sorte que la taille de la carte peut être plus petite et plus pratique. Si vous voulez bien comprendre le principe de fonctionnement du circuit abaisseur, vous devez encore trouver un moyen de construire vous-même le circuit de conversion de puissance de l'appareil discret, afin que vous puissiez comprendre plus en profondeur. Comme le montre la figure ci-dessous, la puce utilisée dans notre circuit buck est SY8120, et l'idée de contrôle de commutateur est emballée à l'intérieur de l'appareil.
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Si vous ne comprenez pas tout de suite le principe de fonctionnement de cette puce, vous pouvez trouver le temps d'apprendre plus tard. Ce que je dois souligner ici, c'est que pour les alimentations à découpage, la disposition de la carte de développement est très importante. Etant donné que le signal de commutation est un signal échelonné, il peut être superposé en se développant en une série de séries de Fourier haute fréquence, c'est-à-dire en se développant en signaux de différentes fréquences. Mais ce dont nous avons besoin, c'est en fait du signal fondamental, et d'autres choses à haute fréquence sont des interférences pour nous. Donc quand on s'installe, il faut minimiser l'impact de ces signaux haute fréquence sur l'extérieur, en particulier la partie Id, donc la boucle Id doit être la plus petite possible, l'une est de réduire l'influence de l'antenne cadre au extérieur L'influence apportée par l'inductance parasite de la trace sur la route. Un autre, la masse +5V de la sortie d'alimentation Buck doit être mise à la terre en un seul point, car cette masse est relativement sale, et nous devons utiliser une méthode de mise à la terre en un seul point pour réduire son impact sur les autres appareils. De plus, pendant la mise en page, nous essayons de garder la partie antenne de l'ESP-12F à l'écart du circuit abaisseur pour réduire davantage l'influence du circuit principal buck Id. La figure suivante est la référence de mise en page donnée dans la fiche technique SY8120. Vous peut l'observer, IN ---> LX --->L ---> Cout ---> GND Cette ligne, en fait, la boucle a été aussi courte que possible. Bien que la broche FB soit également une boucle haute fréquence, son courant n'est pas important et est relativement moins important, elle est donc placée dans une position relativement secondaire. Attention à tous, ici ce n'est qu'un terme relatif.

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Nous avons également mentionné le circuit de réinitialisation dans le plus petit système. Alors, quel est le processus de réinitialisation spécifique du microcontrôleur ESP8266 que nous utilisons ? Jetons un coup d'œil aux instructions liées à la fiche technique :
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J'ai juste dit qu'il serait bien d'ajouter un circuit RC à l'extérieur, et en même temps, j'ai avancé certaines exigences pour le câblage, et je n'ai pas expliqué comment le micro-ordinateur à puce unique se réinitialise. En fait, nous n'avons qu'à faire le nécessaire. Mais nous devons encore trouver un moyen d'approfondir notre compréhension du circuit de réinitialisation autant que possible. Nous pouvons nous référer au circuit de réinitialisation du micro-ordinateur monopuce de la série STM32F030 pour comparaison et compréhension.

Jetons un coup d'œil aux deux images suivantes, ces deux images illustrent le processus de réinitialisation lorsque le microcontrôleur est sous tension.

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Jetons un coup d'œil à la forme d'onde du signal de réinitialisation. À la mise sous tension, le temps pendant lequel la réinitialisation reste faible peut être divisé en deux sections. La première période est le temps entre le potentiel VCC et le potentiel POR, et la seconde période est le temps de temporisation de réinitialisation. C'est relativement facile à comprendre pour la première fois, le microcontrôleur peut-il fonctionner uniquement lorsque la tension est stable ? Dans la deuxième période, Reset temporization, la plupart du temps pendant cette période devrait être le moment où l'oscillateur à quartz commence à osciller, ainsi que le moment où les autres appareils sont réinitialisés. Nous avons effectué un test de réinitialisation.Le temps entre la mise sous tension et le moment où une broche génère un niveau élevé (c'est la première ligne du programme) est d'environ 2 ms dans le STM32 F030. Plus précisément, la réinitialisation à la mise sous tension du film ESP8266 est-elle un tel processus ? Je pense que c'est probablement le cas. Aucun autre support matériel n'a encore été trouvé.

Jetons un coup d'œil à la description du bouton de réinitialisation du microcontrôleur STM32F030.
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Vous pouvez jeter un œil. La documentation du produit ne décrit pas le temps de réinitialisation du bouton. Elle dit simplement que la tension doit être réduite à un certain niveau, par exemple, la tension doit être réduite à 0,8 V. Dans ce cas, le RC conçu par notre circuit joue en fait un rôle de filtrage, à droite, pour empêcher les interférences externes de réinitialiser le microcontrôleur. Voyons si cette fonction est la même que la description de ESP8266 du circuit résistance-capacité externe. Je suppose donc que le processus de réinitialisation de l'ESP8266 est similaire à celui de STM32F030 (non emballé ici).Si vous avez des informations plus détaillées, vous pouvez l'étudier plus avant.
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Spécifique à la valeur de R et C dans le circuit résistance-capacité externe, on prend généralement la valeur R=10K, C=104. À partir de l'analyse ci-dessus, il ne devrait pas être difficile d'accéder à d'autres valeurs ici.Vous pouvez choisir en fonction de votre situation réelle (par exemple, pas trop de types de périphériques de nomenclature).

Voyons comment l'oscillateur à cristal commence à osciller. Parce que le module a déjà emballé l'oscillateur à cristal à l'intérieur, nous n'avons pas à nous soucier de la conception de la partie oscillateur à cristal du circuit. Mais en fait, la conception du circuit de l'oscillateur à cristal est très importante.Après tout, l'oscillateur à cristal est le cœur du micro-ordinateur monopuce. Comment fonctionne le micro-ordinateur monopuce sans signal de battement de cœur ? De plus, la conception du circuit de l'oscillateur à cristal est également utilisée dans notre circuit USB-série, je prévois donc toujours de passer un peu de temps à expliquer le principe de fonctionnement de l'oscillateur à cristal et quelques points de conception à tout le monde.
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Comme le montre l'image ci-dessus, il y a en fait beaucoup de choses intégrées sous ce couvercle en fer, dont un cristal de 26Mhz. C'est juste que nous ne pouvons pas le voir parce qu'il a été encapsulé. Tout comme nous l'avons mentionné précédemment, cela ne signifie pas qu'il n'existe pas, n'est-ce pas, haha. En raison des limitations d'espace, cet article s'arrêtera ici en premier. Dans le prochain article, nous nous concentrerons sur l'analyse du processus de démarrage de l'oscillateur à cristal et la conception de circuits périphériques tels que les relais et les capteurs de température.

Référence
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① Conditions de démarrage de l'oscillateur à cristal passif et son principe de fonctionnement http://m.elecfans.com/article/582154.html
Quel est le principe du circuit oscillateur à cristal de micro-ordinateur à puce unique 51?
https://www.zhihu.com/question/30930577/answer/55822425
Explication détaillée du circuit d'oscillation à onde sinusoïdale LC à trois points
https://blog.csdn.net/weixin_42415539/article/details/88540709
Le problème de forme d'onde du circuit oscillant à trois points du condensateur
http://bbs.eeworld.com.cn/thread-1090538-1-1.html#pid2904297
Le principe de fonctionnement du circuit d'oscillation du condensateur à trois points
https://zhuanlan.zhihu.com/p/354627295
⑥Temps de réinitialisation à la mise sous tension d'une seule puce https://blog.csdn.net/zyboy2000/article/details/4673955
Centre de documentation ESP8266
https://docs.ai-thinker.com/esp8266/docs