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ESP8266 Progettazione della scheda di sviluppo IoTTwo

Rilasciare : 29 lug 2021

ESP8266 Progettazione della scheda di sviluppo IoTTwo
Autore: Insegnante Zhang Jiao (Zhang Fei Senior Engineer of Actual Combat Electronics)
Ciao a tutti, oggi continuiamo la discussione sulla parte di progettazione schematica della scheda di sviluppo IoT.
Nell'articolo precedente, ci siamo concentrati sul processo di funzionamento dell'alimentatore e nel complesso abbiamo determinato i tre metodi di coordinamento dell'alimentazione: "flyback" + Buck + LDO. La parte flyback è in realtà l'adattatore che abbiamo acquistato e abbiamo deciso di acquistare questa parte in outsourcing. In questo luogo, l'LDO utilizza la soluzione AMS1117 e il suo compito principale è ottenere uno step-down da 5V a 3,3V. Buck ha il compito di ridurre la tensione da 12V a 5V.

Potresti averlo visto altrove, utilizzando soluzioni LDO per ridurre la tensione da 12 V a 5 V o 3,3 V. Esiste un prerequisito per l'utilizzo di questo schema, ovvero il carico non può essere troppo pesante, ovvero la corrente di carico non può essere troppo grande. Se la corrente di carico è troppo grande, il chip LDO DCDC genererà più calore. A causa del principio di funzionamento del modulo LDO, utilizza ancora l'impedenza non lineare (Rce) di un dispositivo a semiconduttore (come T4 nella figura seguente) per diminuire. Maggiore è la differenza di pressione, maggiore è la corrente e maggiore è la potenza consumata sull'LDO. Pertanto, LDO non è adatto per grandi cadute di corrente e alta tensione.
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Quindi dobbiamo adottare una modalità di trasferimento dell'energia con una resistenza interna inferiore, e quella che ci è più familiare è l'alimentatore switching. La struttura topologica più comunemente usata dell'alimentatore a commutazione step-down è buck. Il suo principio è utilizzare dispositivi di accumulo di energia (condensatori, induttori) invece di dispositivi che consumano energia (resistenze) per il trasferimento di energia, quindi il suo rapporto di efficienza energetica è molto alto. Inoltre, l'uso dell'interruttore on e off per regolare il processo di trasferimento di energia, per ottenere la regolazione dinamica del carico e un ampio ingresso di tensione, ad esempio, se il carico è più pesante, il tempo di accensione è più lungo e il tempo di spegnimento è più breve ; se il carico è Dopotutto, è leggero, il tempo di accensione dell'interruttore è più breve e il tempo di spegnimento è più lungo.

Il circuito buck della nostra scheda di sviluppo è realizzato con un chip DCDC, in modo che la dimensione della scheda possa essere più piccola e più pratica. Se vuoi comprendere appieno il principio di funzionamento del circuito buck, devi ancora trovare un modo per costruire tu stesso il circuito di conversione di potenza del dispositivo discreto, in modo da poter capire più a fondo. Come mostrato nella figura seguente, il chip utilizzato nel nostro circuito buck è SY8120 e l'idea del controllo dell'interruttore è contenuta all'interno del dispositivo.
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Se non capisci subito il principio di funzionamento di questo chip, puoi trovare il tempo per imparare in seguito. Quello che devo sottolineare qui è che per la commutazione degli alimentatori, il layout della scheda di sviluppo è molto importante. Poiché il segnale di commutazione è un segnale a gradino, può essere sovrapposto espandendosi in una serie di serie di Fourier ad alta frequenza, cioè espandendosi in segnali di varie frequenze. Ma ciò di cui abbiamo bisogno è in realtà il segnale fondamentale, e altre cose ad alta frequenza sono interferenze per noi. Quindi, quando stiamo preparando, dobbiamo ridurre al minimo l'impatto di questi segnali ad alta frequenza sull'esterno, in particolare la parte Id, quindi il loop Id dovrebbe essere il più piccolo possibile, uno è ridurre l'influenza dell'antenna a telaio al esterno L'influenza portata dall'induttanza parassita della traccia sulla strada. Un altro, la massa +5V dell'uscita dell'alimentatore Buck deve essere messa a terra in un singolo punto, perché questa massa è relativamente sporca e dobbiamo usare un metodo di messa a terra a punto singolo per ridurne l'impatto su altri dispositivi. Inoltre, durante il layout, cerchiamo di mantenere la parte dell'antenna dell'ESP-12F lontana dal circuito buck per ridurre ulteriormente l'influenza del circuito principale buck Id. La figura seguente è il riferimento del layout fornito nel foglio dati SY8120. può osservarlo, IN ---> LX --->L ---> Cout ---> GND Questa linea, infatti, il ciclo è stato il più corto possibile. Sebbene il pin FB sia anche un anello ad alta frequenza, la sua corrente non è grande ed è relativamente non così importante, quindi è posizionato in una posizione relativamente secondaria. Attenzione a tutti, qui è solo un termine relativo.

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Abbiamo anche menzionato il circuito di ripristino nel sistema più piccolo. Quindi qual è il processo di ripristino specifico del microcontrollore ESP8266 che utilizziamo? Diamo un'occhiata alle istruzioni relative alla scheda tecnica:
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Ho solo detto che sarebbe stato bello aggiungere un circuito RC all'esterno e allo stesso tempo presentare alcuni requisiti per il cablaggio e non ho spiegato come si ripristina il microcomputer a chip singolo. In effetti, dobbiamo solo fare come richiesto. Ma dobbiamo ancora trovare un modo per approfondire il più possibile la nostra comprensione del circuito di ripristino. Possiamo fare riferimento al circuito di ripristino del microcomputer a chip singolo serie STM32F030 per il confronto e la comprensione.

Diamo un'occhiata alle due immagini seguenti, queste due immagini illustrano il processo di ripristino quando il microcontrollore è acceso.

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Diamo un'occhiata alla forma d'onda del segnale di Reset: all'accensione, il tempo in cui Reset rimane basso può essere diviso in due sezioni. Il primo periodo è il tempo dal potenziale VCC al potenziale POR e il secondo periodo è il tempo della temporizzazione Reset. È relativamente facile da capire per la prima volta, il microcontrollore può funzionare solo quando la tensione è stabile? Nel secondo periodo, Reset temporization, la maggior parte del tempo durante questo periodo dovrebbe essere il momento in cui l'oscillatore al cristallo inizia a oscillare, così come il momento in cui vengono ripristinati gli altri dispositivi. Abbiamo fatto un Reset Test. Il tempo dall'accensione a quando un pin emette un livello alto (questa è la prima riga del programma) è di circa 2 ms in STM32 F030. In particolare, il ripristino all'accensione del film ESP8266 è un processo del genere?Penso che lo sia probabilmente. Non è stato ancora trovato alcun supporto materiale.

Diamo un'occhiata alla descrizione del pulsante di reset del microcontrollore STM32F030.
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Puoi dare un'occhiata.La documentazione del prodotto non descrive il tempo di ripristino del pulsante.Dice solo che la tensione deve essere ridotta a un certo livello, ad esempio, la tensione deve essere ridotta a 0,8V. In questo caso, l'RC progettato dal nostro circuito svolge effettivamente un ruolo di filtro, giusto, per evitare che interferenze esterne ripristinino il microcontrollore. Vediamo se questa funzione è la stessa della descrizione di ESP8266 del circuito di resistenza-capacità esterno. Quindi suppongo che il processo di ripristino di ESP8266 sia simile a STM32F030 (non confezionato qui).Se hai informazioni più dettagliate, puoi studiarle ulteriormente.
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Specifico per il valore di R e C nel circuito resistenza-capacità esterno, generalmente prendiamo il valore R=10K, C=104. Dall'analisi di cui sopra, non dovrebbe essere un problema passare ad altri valori qui.Puoi scegliere in base alla tua situazione attuale (ad esempio non troppi tipi di dispositivi BOM).

Diamo un'occhiata a come l'oscillatore a cristallo inizia a oscillare. Poiché il modulo ha già confezionato l'oscillatore a cristallo all'interno, non dobbiamo preoccuparci del design della parte dell'oscillatore a cristallo del circuito. Ma in realtà, il design del circuito dell'oscillatore a cristallo è molto importante, poiché l'oscillatore a cristallo è il battito cardiaco del microcomputer a chip singolo. Come funziona il microcomputer a chip singolo senza un segnale di battito cardiaco? Inoltre, il design del circuito dell'oscillatore a cristallo è utilizzato anche nel nostro circuito da USB a seriale, quindi ho ancora intenzione di dedicare del tempo a spiegare a tutti il ​​principio di funzionamento dell'oscillatore a cristallo e alcuni punti di progettazione.
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Come mostrato nell'immagine sopra, in realtà ci sono molte cose integrate sotto questa copertura in ferro, incluso un cristallo da 26 Mhz. È solo che non possiamo vederlo perché è stato incapsulato Proprio come abbiamo detto prima, non significa che non esista, giusto, ahah. A causa di limiti di spazio, questo articolo si fermerà prima qui. Nel prossimo articolo, ci concentreremo sull'analisi del processo di avviamento dell'oscillatore al cristallo e sulla progettazione di circuiti periferici come relè e sensori di temperatura.

Riferimento
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① Condizioni di avviamento dell'oscillatore a cristallo passivo e suo principio di funzionamento http://m.elecfans.com/article/582154.html
②Qual è il principio del circuito dell'oscillatore a cristallo del microcomputer a 51 chip singolo?
https://www.zhihu.com/question/30930577/answer/55822425
③ Spiegazione dettagliata del circuito di oscillazione dell'onda sinusoidale LC a tre punti
https://blog.csdn.net/weixin_42415539/article/details/88540709
Il problema della forma d'onda del circuito oscillante a tre punti del condensatore
http://bbs.eeworld.com.cn/thread-1090538-1-1.html#pid2904297
Il principio di funzionamento del circuito di oscillazione del condensatore a tre punti
https://zhuanlan.zhihu.com/p/354627295
⑥Tempo di ripristino dell'accensione a chip singolo https://blog.csdn.net/zyboy2000/article/details/4673955
Centro documenti ESP8266
https://docs.ai-thinker.com/esp8266/docs