适用于电赛的微处理器最小系统板

原创 电子森林 2021-07-28 07:00

本文推荐的最小系统板,如果在电赛中用上且赛后在电子森林网站分享自己的作品,可以获得全额退款 - 最小系统板的价格低于一颗STM32F103芯片。


同往年的国赛一样,昨天公布的电赛器件清单里仍然还是三款跟控制器/处理器相关的器材:

  • 嵌入式开发系统板

  • TI MCU系统板 - 毕竟TI是赞助商,有一道题目中指定要用到TI的产品

  • 微处理器最小系统板


不谈TI的MCU系统板,那还有嵌入式开发系统板和微处理器最小系统板,从纸面上理解,这二者还是有一定的差异的,前者是个完整的系统,按键、显示屏、网络接口等一应俱全,功能比较齐全,只需要编程使用即可,后者可以作为一个核心控制模块使用,通过各种方式连接各种外设,比如器件清单中列出来的一些液晶显示屏、数码管、继电器、传感器等。虽然前者也能连接,但最小系统可以更灵活、高效。


比较好的方式显然是自己基于最小系统板搭配各种模块来进行组合,能够在全功能和灵活性上兼顾。


回望过去20年的10届电赛题目中,80%的题目中都会用到微控制器,也就是我们常说的MCU,用以对题目中的参数进行设置、控制、以及信息的显示。控制类的题目自不必说,获取传感器的信息,通过一系列的算法再输出信号控制外部的器件,即便电源类、信号类、通信类的题目也无不用到MCU。

微控制器的功能越来越强大


所谓的最小系统,也就是围绕着一颗核心的控制器芯片(目前一般为基于Arm Cortex M系列),搭配上复位、时钟产生、内核和IO供电这些必须的功能,有的板上配置了下载器的功能,再通过插针或邮票孔焊盘做更多的功能扩展。这样的好处是可以根据应用的场景进行灵活、高效地搭配,可以用面包板快速验证、也可以用自己画的电路板来稳定工作。如下图基于LPC824的最小系统板。

无论是ST的STM32还是NXP的LPC系列MCU,其内核差异不大,器件内集成的功能也大同小异,不同的器件主要的区别在于运行的速度、SRAM的大小以及内置的协处理功能。不过对付电赛这种以考察基础知识和核心技能的应用,M0/M0+的内核应该都能对付了。这些控制器内部都集成有多路共享使用的高分辨率(一般为12位)、至少1Msps左右的ADC,能够对100KHz(还可以更高一些,取决于应用场景)以内的模拟信号进行量化进而通过程序进行处理。有的器件内部有DAC,多数的MCU内部没有DAC,但也可以通过PWM + RC低通滤波器的方式得到100KHz以内的模拟信号。


最小系统最常接的外设就是按键和LCD/OLED屏(通过I2C或SPI),用以输入控制和信息的显示,再加上传感器(通过I2C)和对电机/开关的控制,配以控制算法,就能够满足多数的应用场景。

基于LPC824或STM32G031构成的简易示波器套件

上面的简易示波器套件,就是基于LPC824最小系统/STM32G031最小系统扩展制作的。5个按键用以参数的输入以及菜单的控制,128*64的OLED显示屏可以显示参数、波形等,板上的麦克风放大电路将采集到的音频信号送到最小系统里的ADC进行模数变换,并通过FFT对采集到的波形进行频谱分析、频率测量等。板上的AUX输出信号可以以数字的方式控制外部的开关、电机、LED等,也可以加上RC低通滤波生成任意波形,包括直流电压。仅仅16个管脚的最小系统,利用其上的14根管脚就可以灵活地支持各种应用。


在“寒假一起练”的活动中,已经有20多位同学完成了示波器/频谱分析的功能并开源、分享了他们的代码。参见该项目平台页面的介绍以及开源分享的代码:


灵活使用MCU内部的ADC(信号采集)和PWM(信号产生)的功能可以做出很多用复杂的模拟电路才能实现的功能,而且具有非常高的稳定性、可靠性、灵活性,比如下面的元器件特性测试仪。

基于LPC824或STM32G031构成的元器件特性测试仪

这款多功能元器件特性测试仪,通过编程就可以完成对外接元器件 - 电阻、电容、二极管、三极管、场效应管等多种器件的自动判断和值的测量。


基于LPC824和STM32G031的核心模块都以16Pin 带邮票孔的封装形式,简单、易用,可以直接焊接在自己的电路板上,从而保证更高可靠性;这些模块不仅可以通过USB进行程序的下载更新,还通过板上的LDO产生3.3V的电压给其它电路供电。


由于多数同学对STM32的系统比较熟悉,网上有非常丰富的设计资源,因此给大家重点推荐我们硬禾学堂设计的STM32G031最小系统核心板,你可以把它当成一个最小系统“器件”使用,完整的系统其价格(59元)比购买一颗STM32芯片还低。


主要的特点:

  • 基于ST的STM32G031

  • 64MHz Arm Cortex M0+内核

  • 通过USB供电、配置、UART通信

  • 最多18个数字I/O、最多6路模拟输入

  • 12位/2.5Msps 串行ADC

  • 丰富的开源参考案例代码 - 示波器、FFT频谱分析、元器件特性测试


下面是该模块的购买链接:


购买该最小系统板的同学,如果在今年的电赛中用上,并在电赛结束后将自己的作品分享在电子森林网站(www.eetree.cn)中,我们就退回您购买该板卡的费用。


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