Thiết kế bảng phát triển IoT của ESP8266
Tác giả: Giáo viên Zhang Jiao (Zhang Fei Kỹ sư cao cấp của Điện tử Chiến đấu Thực tế)
Xin chào các bạn, hôm nay chúng ta tiếp tục thảo luận về phần thiết kế sơ đồ của board phát triển IoT.
Trong bài trước, chúng tôi đã tập trung vào quá trình làm việc của bộ nguồn, và tổng thể đã xác định 3 phương pháp phối hợp bộ nguồn: "flyback" + Buck + LDO. Phần flyback thực sự là bộ chuyển đổi mà chúng tôi đã mua và chúng tôi đã quyết định mua phần này thông qua hình thức gia công. Ở vị trí này, LDO sử dụng giải pháp AMS1117 và nhiệm vụ chính của nó là đạt được mức 5V đến 3,3V. Buck có nhiệm vụ giảm điện áp từ 12V xuống 5V.

Bạn có thể đã thấy nó ở nơi khác, sử dụng các giải pháp LDO để giảm điện áp từ 12V xuống 5V hoặc 3,3V. Có một điều kiện tiên quyết để sử dụng sơ đồ này, đó là tải không được quá nặng, tức là dòng tải không được quá lớn. Nếu dòng tải quá lớn, chip LDO DCDC sẽ tạo ra nhiều nhiệt hơn. Vì nguyên lý hoạt động của module LDO, nó vẫn sử dụng trở kháng phi tuyến (Rce) của linh kiện bán dẫn (chẳng hạn như T4 trong hình bên dưới) để bước xuống. Chênh lệch áp suất càng lớn thì dòng điện càng lớn và công suất tiêu thụ trên LDO càng cao. Do đó, LDO không thích hợp với dòng điện lớn và sụt áp cao.
1
Sau đó, chúng ta phải áp dụng một cách truyền năng lượng với điện trở bên trong thấp hơn, và một cách mà chúng ta quen thuộc hơn là nguồn điện chuyển mạch. Cấu trúc tôpô được sử dụng phổ biến hơn của nguồn điện chuyển mạch bậc xuống là buck. Nguyên lý của nó là sử dụng thiết bị lưu trữ năng lượng (tụ điện, cuộn cảm) thay vì thiết bị tiêu thụ năng lượng (điện trở) để truyền năng lượng, do đó, tỷ lệ hiệu suất năng lượng của nó rất cao. Ngoài ra, việc sử dụng công tắc bật và tắt để điều chỉnh quá trình truyền năng lượng, để đạt được điều chỉnh động tải và đầu vào điện áp rộng, ví dụ, nếu tải nặng hơn, thì thời gian bật công tắc dài hơn và thời gian tắt ngắn hơn ; nếu tải là Rốt cuộc, nó nhẹ, thời gian bật công tắc ngắn hơn và thời gian tắt dài hơn.

Mạch buck của bảng phát triển của chúng tôi được làm bằng chip DCDC, để kích thước của bảng có thể nhỏ hơn và thiết thực hơn. Muốn hiểu hết nguyên lý hoạt động của mạch buck thì còn phải tự mình tìm cách chế tạo mạch chuyển đổi nguồn của thiết bị rời, như vậy mới hiểu sâu hơn. Như trong hình bên dưới, chip được sử dụng trong mạch buck của chúng tôi là SY8120, và ý tưởng điều khiển công tắc được đóng gói bên trong thiết bị.
2
Nếu bạn chưa hiểu nguyên lý hoạt động của con chip này ngay lập tức, bạn có thể dành thời gian tìm hiểu sau. Điều tôi cần nhấn mạnh ở đây là đối với việc chuyển đổi nguồn điện, cách bố trí board phát triển là rất quan trọng. Bởi vì tín hiệu chuyển mạch là tín hiệu bước, nó có thể được chồng lên bằng cách mở rộng thành một chuỗi chuỗi Fourier tần số cao, nghĩa là, mở rộng thành các tín hiệu có tần số khác nhau. Nhưng những gì chúng ta cần thực sự là tín hiệu cơ bản, và những thứ tần số cao khác gây nhiễu cho chúng ta. Vì vậy khi bố trí chúng ta phải hạn chế tối đa tác động của các tín hiệu cao tần này ra bên ngoài, đặc biệt là phần Id, nên vòng Id càng nhỏ càng tốt, một là giảm ảnh hưởng của anten vòng tới bên ngoài Ảnh hưởng do cảm ứng ký sinh của vết trên đường mang lại. Một cách khác, mặt đất + 5V của đầu ra bộ nguồn Buck phải được nối đất tại một điểm duy nhất, vì mặt đất này tương đối bẩn, và chúng ta phải sử dụng phương pháp nối đất một điểm để giảm tác động của nó đến các thiết bị khác. Ngoài ra, trong quá trình bố trí, chúng tôi cố gắng giữ phần ăng-ten của ESP-12F cách xa mạch buck để giảm thêm ảnh hưởng của mạch chính buck Id. Hình sau là tham chiếu bố trí được đưa ra trong biểu dữ liệu SY8120. Bạn có thể quan sát nó, IN ---> LX ---> L ---> Cout ---> GND Dòng này, trên thực tế, vòng lặp càng ngắn càng tốt. Chân FB tuy cũng là mạch vòng cao tần nhưng dòng điện của nó không lớn và tương đối không quá quan trọng nên nó được đặt ở vị trí tương đối thứ cấp. Mọi người chú ý, đây chỉ là thuật ngữ tương đối.

3
Chúng tôi cũng đã đề cập đến mạch đặt lại trong hệ thống nhỏ nhất. Vậy cụ thể quá trình reset vi điều khiển ESP8266 mà chúng ta sử dụng là gì? Hãy xem các hướng dẫn liên quan đến biểu dữ liệu:
4
Tôi chỉ nói rằng sẽ ổn nếu thêm một mạch RC bên ngoài, đồng thời đưa ra các yêu cầu nhất định đối với hệ thống dây điện, và không giải thích cách thiết lập lại của máy vi tính chip đơn. Trên thực tế, chúng tôi chỉ cần làm theo yêu cầu. Nhưng chúng ta vẫn phải tìm cách hiểu sâu hơn về mạch reset càng nhiều càng tốt. Chúng ta có thể tham khảo mạch reset của máy vi tính chip đơn dòng STM32F030 để so sánh và hiểu rõ hơn.

Chúng ta hãy xem hai hình ảnh sau, hai hình ảnh này minh họa quá trình thiết lập lại khi bật nguồn vi điều khiển.

5
6
Chúng ta hãy xem dạng sóng của tín hiệu Reset, khi bật nguồn, thời gian Reset ở mức thấp có thể được chia thành hai phần. Khoảng thời gian đầu tiên là thời gian từ điện thế VCC đến điện thế POR, và khoảng thời gian thứ hai là thời gian Reset tạm thời. Tương đối dễ hiểu lần đầu tiên vi điều khiển chỉ hoạt động được khi điện áp ổn định? Trong khoảng thời gian thứ hai, Đặt lại nhiệt độ, phần lớn thời gian trong khoảng thời gian này phải là thời gian bộ dao động tinh thể bắt đầu dao động, cũng như thời gian các thiết bị khác được đặt lại. Chúng tôi đã thực hiện kiểm tra Reset Thời gian từ khi bật nguồn đến khi chân xuất ra mức cao (đây là dòng đầu tiên của chương trình) trong STM32 F030 là khoảng 2ms. Cụ thể, việc thiết lập lại nguồn của phim ESP8266 có phải là một quá trình như vậy không? Tôi nghĩ có lẽ là như vậy. Chưa tìm thấy hỗ trợ vật chất nào.

Chúng ta hãy xem mô tả về nút reset của vi điều khiển STM32F030.
7
số 8
Bạn có thể xem qua Tài liệu sản phẩm không mô tả thời gian đặt lại của nút mà chỉ nói rằng nên giảm điện áp xuống một mức nào đó, ví dụ như giảm điện áp xuống 0.8V. Trong trường hợp này, RC được thiết kế bởi mạch của chúng tôi thực sự đóng vai trò lọc, phải, để ngăn chặn sự can thiệp từ bên ngoài vào việc đặt lại bộ vi điều khiển. Hãy xem chức năng này có giống như mô tả của ESP8266 về mạch điện dung kháng bên ngoài hay không. Vì vậy, tôi suy đoán rằng quá trình thiết lập lại của ESP8266 tương tự như STM32F030 (không được đóng gói ở đây), nếu bạn có thông tin chi tiết hơn, bạn có thể nghiên cứu thêm.
số 8
Cụ thể với giá trị của R và C trong mạch điện trở ngoài, ta thường lấy giá trị R = 10K, C = 104. Từ những phân tích trên, sẽ không có vấn đề gì khi chuyển sang các giá trị khác ở đây, bạn có thể lựa chọn tùy theo tình hình thực tế của mình (chẳng hạn như không quá nhiều loại thiết bị BOM).

Chúng ta hãy xem làm thế nào bộ dao động tinh thể bắt đầu dao động. Bởi vì mô-đun đã đóng gói bộ dao động tinh thể bên trong, chúng tôi không phải lo lắng về thiết kế của phần dao động tinh thể của mạch. Nhưng trên thực tế, việc thiết kế mạch dao động tinh thể là rất quan trọng, xét cho cùng thì mạch dao động tinh thể chính là nhịp tim của máy vi tính chip đơn. Làm thế nào để máy vi tính chip đơn hoạt động mà không có tín hiệu nhịp tim? Ngoài ra, thiết kế của mạch dao động tinh thể cũng được sử dụng trong mạch nối tiếp USB của chúng tôi, vì vậy tôi vẫn dự định dành chút thời gian để giải thích nguyên lý hoạt động của bộ dao động tinh thể và một số điểm thiết kế cho mọi người.
10
11
Như trong hình trên, thực tế có rất nhiều thứ được tích hợp bên dưới lớp vỏ sắt này, bao gồm cả một viên pha lê 26Mhz. Chỉ là chúng ta không thể nhìn thấy nó vì nó đã được đóng gói, giống như chúng ta đã đề cập trước đây, không có nghĩa là nó không tồn tại, đúng không, haha. Do hạn chế về không gian nên bài viết này xin dừng tại đây trước. Trong bài tiếp theo, chúng ta sẽ tập trung vào phân tích quá trình khởi động của bộ dao động tinh thể và thiết kế các mạch ngoại vi như rơ le và cảm biến nhiệt độ.

Thẩm quyền giải quyết
(Sao chép liên kết để mở trong trình duyệt)

① Điều kiện khởi động bộ dao động tinh thể thụ động và nguyên lý hoạt động của nó http://m.elecfans.com/article/582154.html
②Nguyên tắc của mạch dao động tinh thể vi máy tính 51 chip đơn là gì?
https://www.zhihu.com/question/30930577/answer/55822425
③ Lời giải chi tiết về mạch dao động sin LC ba điểm
https://blog.csdn.net/weixin_42415539/article/details/88540709
④Bài toán dạng sóng của mạch dao động ba điểm tụ điện
http://bbs.eeworld.com.cn/thread-1090538-1-1.html#pid2904297
⑤Nguyên lý làm việc của mạch dao động tụ điện ba điểm
https://zhuanlan.zhihu.com/p/354627295
⑥Thời gian bật lại nguồn của chip đơn https://blog.csdn.net/zyboy2000/article/details/4673955
Trung tâm tài liệu ⑦ESP8266
https://docs.ai-thinker.com/esp8266/docs