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本帖最后由 jacky401 于 2021-12-24 18:00 编辑
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1、EN-C200 物联网实训单板特征
2、EN-C200 物联网实训单板系统功能
3、EN-C200 物联网实训单板组件构成及组装
4、单板原理详解
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1 EN-C200 物联网实训单板特征
1.1 EN-C200 单板基本特征
EN-C200 是基于NB- IoT物联网平台教学的硬件平台，其资源十分丰富，可应用于不同NB-IoT物联网产品应用场景设计、开发及学习。也可以将NB-IoT相关的方案在此硬件平台上进行验证，EN-C200具备丰富的接口功能，支持NB-IoT特定领域的功能模块的开发，单板如下图所示：
EN-C200板载资源表
2 EN-C200 物联网实训单板系统功能
EN-C200设备功能表
3 EN-C200 物联网实训单板组件构成及组装
3.1 EN-C200 套件包装
3.2 EN-C200 套件构成
EN-C200标准套件清单如下：
3.3 EN-C200 套件装配
整装图如下图所示，将ST-LinkUSB接口，以及Micro USB接口与PC相连，即可实现单板调试和烧录等功能。
3.3.1 安装 SIM 卡
取下 SIM 卡，整理平整后，按下图方式平滑地插入到 SIM 卡座中，注意卡的缺口方向与红色标示的白色外形保持一致。
3.3.2 连接 Micro USB 线
Micro USB 线的功能是供电及调试，将线一头与开发板的 Micro 接口连接，另一头接到电脑的 USB 口上。
3.3.3 连接 ST-Link 仿真器
ST-Link接口连接线为10pin双排的连接线，以作防呆设计，按缺口对应方向插入即可。
3.3.4 模块安装及方向要求
模块装配时，确保主板白色的三角形尖角和模块的白色三角形的尖角对准，如下图黄色区域所示，同时确保板对板之间连接良好。
3.4 EN-C200 主板跳线配置 缺省情况下，配置模式如：M11、M21。
3.5 单板使用电气防护
3.5.1 防静电要求
禁止裸手触摸单板内器件和模块；
在操作跳帽、扣板前，需释放静电，或采用其它防静电措施。
3.5.2 EN-C200 供电方式
锂电池供电。在安装好锂电池后，切换电源总开关，为系统硬件供电或关断电源；
Micro USB 供电。正常插接 Micro USB 线后，可为锂电池充电，不受电源总开关影响。同时，可为系统供电，切换电源总开关，可供电或关断系统电源；
ST-Link 仿真器供电。正常插接 ST-Link 仿真器后，可为系统硬件提供3.3V电源，但不能对锂电池充电；
多种供电方式共存。针对上述三种供电方式，可以以任意组合方式并存。
3.5.3 上电要求
在硬件系统上电前，需装配好扣板和跳线帽；
上电后，禁止调整跳线帽、插拔SIM卡、插拔扣板。若需调整装配，需在关断电源的条件下进行。
4 单板原理详解
4.1 单板系统功能框图
4.2 电源电路
EN-C200 的电源电路分为两个主要的部分：锂电池充放电电源管理部分、电源稳压部分。电源供电拓扑图如下所示：
4.2.1 锂电池充放电电源管理
本锂电池供电模块采用的是 TP5400芯片，该芯片是一款单节锂电池专用的电池充电及5V恒压升压控制器，充电部分集高精度电压和充电电流调节器、预充、充电状态指示和充电截止等功能于一体，可以输出最大 1A 的充电电流。 升压电路采用 CMOS 工艺制造的空载电流极低的VFM 开关型 DC/DC 升压转换器，具备极低的空载功耗（小于 10uA），且升压输出驱动电流能力达到 1A。
在下图的 TP5400 电路中， VBUS 为 USB 接口提供的电压，为输入电压。 BAT 是锂电池充电电压，该引脚接锂电池。 VOUT 引脚输出 +5V 电压，该电压可由锂电池升压产生，供给后续电路使用。
4.2.2 电源稳压电路
锂电池电源管理电路可以将3.7V 锂电池升压至5V， 但这并不能直接作为电源给EN-C200直接供电， EN-C200 上的元器件供电电压范围普遍在 1.8V~3.6V，推荐电压均为 3.3V，（BC35-G 供电范围是： 3.1V~4.2V，推荐电压 3.8V， 使用 3.3V 也可以正常工作）， 因此需要将 5V 的电平转换成 3.3V 供给 EN-C200 开发板使用，这里使用 RT8059 作为 3.3V 稳压器芯片。
RT8059 是一款高效率脉冲宽度降压型 DC/DC 转换器。输入电压 2.8V~5.5V， 输出电压可调范围为： 0.6V~Vin， 输出电流可以达到 1A。在EN-C200电路中将输出调节至 3.3V，让开发板正常工作。
4.3 单片机最小系统
单片机最小系统或者叫最小硬件单元电路，指用最少元器件组成的单片机可以正常工作的系统。 该系统的最小系统由电源、单片机、晶振、复位电路、程序烧录和调试接口组成，电源使用上述电源电路的3.3V直接供电，其他部分原理图如下：
4.3.1 晶振
STM32L433Rx 可以使用内部晶振和外部晶振，只需要通过软件配置即可。我们的最小系统提供了外部晶振的接口，如上图中Y1和Y2， Y1接 32.768kHz 的晶振， Y2 接 8MHz 晶振。
4.3.2 复位电路
复位电路是一种用来使电路恢复到起始状态的电路。 电路图中复位引脚接一个按键到地，按键上并联了一个电容，起到控制复位时间的作用，虽然时间比较短，但也不会造成引脚电压突变。
4.3.3 程序烧录
程序烧录接口使用的是 SWD 四线接口，分别为 VCC、 GND、 SWDIO、 SWDCLK， SWD接口是一种串行调试接口，使用 SWD 接口不仅稳定而且可以节省很多 PCB 空间。
4.4 NB-IoT 模块外围电路
NB-IoT 模块外围电路分为三个部分，模组的供电电路、接口电路、SIM卡电路。
4.4.1 接口电路
接口电路包括天线部分、复位电路、 通信接口、SIM卡接口及其他接口。
天线部分，天线接口从模组接出后经π形匹配电路接入PCB天线，π形匹配电路的两个电容在天线适配严重的情况下提供匹配参数调整，缺省不需要焊接。
复位电路， 当模组调试过程设置了参数需要复位模组时，可使用复位电路， 该电路和7.2.2 小节单片机最小系统复位电路、 功能一样。
通信接口， NB-IoT 模组主要有主串口、打印串口、 SWD 接口三种接口。
——我们主要使用的是主串口，主串口是 mcu 和模组通信的接口， EN-C200 引出之后接在排针上，可通过跳线帽选择连接 MCU 还是 CH340。
——打印串口，该串口用于输出 Log 使用，一般开发时暂时用不到这个接口， 但是为了满足有需求的用户， EN-C200 还是将该接口单独引出。
——SWD接口是NB-IoT模块固件烧录的接口，但是目前模组仅使用主串口即可完成固件升级， 因此该接口也用的比较少。
其他接口主要有振铃接口、网络指示灯接口，但是这些接口功能模组暂未实现，开发板仅预留这些接口。
4.4.2 SIM 卡电路
由于模组要想正常连接网络，就需要一个身份的识别和鉴权， 与手机通信一样， NB-IoT同样使用蜂窝网络， 因此需要 SIM 卡，SIM卡电路设计局部原理图如下图所示，同时注意上图中SIM卡接口的电路设计。
4.5 OLED 液晶显示
OLED 液晶显示模块用来向用户显示系统状态、参数或者要输入系统的功能。为了展示良好的视觉效果，模块使用SSD1306 驱动的 OLED 显示屏，分辨率为128*32。 SSD1306 芯片专为共阴极OLED 面板设计，嵌入了对比控制器、显示 RAM 和晶振，并减少了外部器件和功耗，有256 级亮度控制。该款 OLED 使用IIC 接口， 由于IIC 接口空闲时引脚要上拉，因此下面的原理图中接了10k 电阻上拉，然后才接入MCU 引脚。
4.6 用户按键
按键作为人机交互的接口，为系统输入特定命令。由于按键数量不多， EN-C200 采用独立按键的方式接入系统，系统响应较快， 同时可用中断实现， 用户通过自己编写按键功能实现对项目工程的控制。
4.7 LED 灯
为了方便项目开发调试， EN-C200 接出来一个LED 灯， 供用户自己设置状态使用，该LED灯通过串接4.7K的电阻后接到MCU 的 PC13 引脚，当PC13 引脚输出高电平时，会点亮 LED 灯。
4.8 USB 电平转换电路
USB 电平转换电路是用于 MCU 和 PC 通信的场景中。 PC 机上的通信接口使用 USB 接口， 相应的电平逻辑需要遵照 USB 电平规则，而 MCU 的串行通信接口是串口，相应电平需要遵循 TTL 原则。为了使两者可以互相通信，就需要一个电平转换器， EN-C200上使用了CH340 芯片作为转换器， CH340 外围只需要接很少的元器件即可以实现 USB 总线转接， 使用非常方便也广泛运用在 USB 转 TTL 工具上， 电路如下：
4.9 扩展接口
扩展接口是 EN-C200 为了适应广大开发者扩展需求而预留的接口，这些接口可以连接EN-C200的扩展板，也可以单独使用MCU 对应引脚的功能，实现接入自己的传感器。 这些引脚的大致功能已经罗列在下面的原理图中，如果想配合使用更详细的功能，需要结合STM32CubeMX使用。
关于 嵌入式软件开发，了解整个硬件对我们后面的学习会有很大帮助，有助于理解后面的代码，在编写软件的时候，可以事半功倍。
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发表于 2019-9-18 16:43
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发表于 2023-8-12 15:08
