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【P2P物联网试用体验】+ 玩转开发板硬件

2016-8-31 00:16:56 6905 STC单片机

0 本帖最后由蓝天的云朵7 于 2016-8-31 09:50 编辑【P2P物联网试用体验】+ 玩转开发板硬件这篇文章的主题是想详细分析一下开发板的硬件电路图，只有熟悉系统的硬件电路后，才能在后续开发中遇到问题时，深入分析并排除问题。一、 P2P模块板ZLSN2003BV2 硬件分析 P2P模块板采用ZLAN1003单芯片方案，所以周边外设较少：三端稳压电源芯片、网络变压器芯片和单芯片的晶振电路及一些电阻电容。图1是官方给的类似基于ZLAN1003单芯片的P2P模块的参考电路图：(官方未提供本模块的说明书，但是类似模块都是单芯片方案的，所以相似度很高，可以用来参考，但是具体的还需要自己验证自己的板子，可能有些不匹配) 图1 ZLAN1003芯片的外围电路首先介绍一下核心芯片ZLAN1003，这是一款功能强大的单芯片串口转 TCP/IP 芯片，内部集成了 10/100M 快速以太网 MAC 和 PHY 接口、 UART 串口以及串口转 TCP/IP 所需的软件功能，可以无需任何驱动即可实现 UART 转 TCP/IP 数据传输。芯片上电之后，用户MCU无需对芯片进行参数配置，芯片内部已经集成了通过以太网搜索、配置参数的协议，只需通过ZLVircom 工具软件即可便捷进行P2P模块的搜索、管理、参数配置。即芯片焊接好即可搜索、配置，无需任何的单片机进行初始化。芯片作为 TCP 客户端时， ZLAN1003 会自动去建立 TCP 连接；作为 TCP 服务器时，自动接受连接，无需任何用户 MCU 的干预。用户MCU只需要做的就是等待 ZLAN1003 初始化完毕后进行串口（UART）数据的收发即可。 ZLAN1003特点： - 内部集成全功能的串口转TCP/IP软件，无需复杂编程，使用简便。 - 内部集成 10M/100M 的快速以太网的 MAC 和 PHY 接口。 - 支持自动协商（Auto Negotiation Full-duplex&half duplex）。 - 支持自动交叉线检测（ MDI/MDIX） - 支持TCP服务器、TCP客户端、UDP、UDP组播工作模式。 - 作为 TCP 服务器时支持和 100 个客户端同时通信。 - 作为 TCP 客户端时，可以同时连接 8 个目的 IP 和端口。 - 3.3V 工作电压， 5V I/O 信号承受度。 - 波特率支持 1200～115200，支持硬件流控和软件流控。 - 80 脚 LQFP 封装。 - 无铅（ Lead free）封装。 - 丰富的指示灯： TCP 连接建立指示灯、网线连接指示、数据通信指示。图2 ZLAN1003功能方框图从方框图清晰地看到，ZLAN1003和用户的接口只需要 2 根线的串口线即可；网络端接口通过网络变压器连接 RJ45。图3 芯片Pin图芯片管脚图详细介绍，请见芯片文档介绍，这里结合图1大致介绍相关部分。图4 电路图分析1 这款芯片有两个电源输入，分别是3.3V和1.8V。其中3.3V供电由底板提供。1.8V供电有2种供电方式，内部稳压器产生：ZLAN1003 内部自带有稳压电路，在 VCC33VI 引脚输入 VCC3.3V，则在 VCCI8O 就产生一个 1.8V 的电源输出。然后将 VCC18O 和其它 VCC18 引脚连接为芯片供电。图4中焊接 R18INNER 电阻，不焊R18OUTER 电阻，则使用内部稳压器产生方式。外部供电：禁用内部的稳压电路，所有的VCC18通过图1最下端的一个排针引脚引入 V1.8V 电源，板子通过一个 LM1117-1.8 稳压芯片将VCC3.3V转化为 1.8V，然后供给ZLAN1003 使用。图4中焊接R18OUTER电阻，不焊R18INNER 电阻。后一种方式会大大降低 ZLAN1003 的发热，所以板子实际采用这种方式。 RX+、RX-、TX+、TX-：以太网差分接收发送管脚，连接相应网络变压器管脚。 RXD、TXD：3.3V的TTL电平，串口输入输出引脚，可直接与MCU串口连接。注意RXD接用户MCU的TXD， TXD接用户MCU的RXD，通过插针和底板MCU连接。 RTS、CTS、CTS2是串口流控功能管脚，这里开发没有用到，不做介绍。 XTL-,XTL+：外接25MHz无源晶振模块。 RSET_BG：官方文档给出的介绍是通过1%精度的12.1K电阻接AGND。图5 电路分析2 图5左上角是芯片的上电复位电路，右边PR1、PR2是两个10K的排阻，用来上拉或者下拉芯片的相应管脚。右下角两个电阻是用来配置芯片运行速度的。P2P模块的PCB板子上可以通过只焊电阻RSL或RSH来选择芯片工作的速率：通过10K上拉到VCC33时，配置为高速状态。通过10K下拉到GND时，配置为低速状态。低速状态电流为140mA,高速状态为210mA。低速状态支持最高波特率为57600bps，高速为115200bps。出厂默认选择的是高速。最底下的是模块的两排插针接口，这个有所区别，我们的板子两排插针的插针数是不同的！！ P2P模块上还有一个网络变压器模块，具体电路图没有给出，就不贴了，网络变压器芯片用的是PPT公司的PSF-16310。二、底板电路原理图分析 1. MCU介绍 STC12LE5A60S2 特性: 增强型 8051 CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051 工作电压： 3.6V -2.2V（3V单片机）工作频率范围：0～35MHz，相当于普通8051的 0～420MHz 用户应用程序空间：60K字节(FLASH) 片上集成1280字节RAM 通用I/O口（36/40/44个），复位后为：准双向口/弱上拉可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，强推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过120mA ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载程序有EEPROM功能(STC12C5A62S2/AD/PWM无内部EEPROM) 看门狗内部集成MAX810专用复位电路（外部晶体12M以下时，复位脚可直接1K电阻到地）外部掉电检测电路:在P4.6口有一个低压门槛比较器5V单片机为1.33V，误差为±5%,3.3V单片机为1.31V，为±3% 时钟源:外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器(温漂为±5% 到±10% 以内) 用户在下载用户程序时，可选择使用内部R/C还是外部晶体/时钟常温下内部R/C频率为:5.0V为:11MHz～17MHz 3.3V为:8MHz～12MHz 共4个16位定时器两个与传统8051兼容的定时器/计数器,16位定时器T0和T1，没有定时器2，但有独立波特率发生器做串行通讯的波特率发生器,再加上2路PCA模块可再实现2个16位定时器 3个时钟输出口，可由T0的溢出在P3.4/T0输出时钟，可由T1的溢出在P3.5/T1输出时钟,独立波特率发生器可以在P1.0口输出时钟外部中断I/O口7路,传统的下降沿中断或低电平触发中断,并新增支持上升沿中断的PCA模块，PowerDown模式可由外部中断唤醒，INT0/P3.2,INT1/P3.3,T0/P3.4, T1/P3.5, RxD/P3.0,CCP0/P1.3,CCP1/P1.4 PWM(2路）/ PCA（可编程计数器阵列,2路） --- 也可用来当2路D/A使用 --- 也可用来再实现2个定时器 A/D转换, 10位精度ADC，共8路，转换速度可达250K/S(每秒钟25万次) 通用全双工异步串行口(UART)，由于STC12系列是高速的8051，也可再用定时器软件实现多串口，STC12C5A60S2系列有双串口，后缀有S2标志的才有双串口，RxD2/P1.2(可通过寄存器设置到P4.2)，TxD2/P1.3(可通过寄存器设置到P4.3) 工作温度范围：-40 ~ +85℃(工业级) / 0 ~ 75℃(商业级) 封装：LQFP-48,LQFP-44, PDIP-40, PLCC-44, QFN-40 2. 底板电路图卓岚官方提供了底板的原理图，接下来截图分析。图6 MCU最小系统图左上角是MCU无源晶振部分，注意晶振频率是22.1184MHz，后面定时器或者波特率设置计算时，需要该参数。左下角是上电复位电路。注意右边和外设对应的IO。图更正：底板上没有MCU的复位按键，只有P2P模块板的复位按键。图7 系统电源模块底板电源有两部分：一部分是DC-DC降压模块将输入电压降压到3.3V给底板和P2P模块供电，另一部分使用三端稳压芯片将输入电压降压到5V给底板继电器模块供电。图8 继电器模块和外拓IO口底板使用的5V继电器支持强电的功率为交流电（AC）10A 250V 或 10A 125V 直流电（DC）10A 30V 或 10A 28V ，使用时，强电功率最好保留一定的余额。图9 底板RS232接口该RS232接口支持流控功能。图10 Key LED 温度传感器接口图11 模拟采样输入 P10管脚的特殊功能为MCU内部ADC的0管脚。图12 P2P模块的插针接口和P2P模块外设图13 网络接口虽然官方文档说，因为P2P无线模块已经集成了网络变压器(PPT公司 PSF-16310)模块，所以不需要红框内网络变压器（PM44-11BP）电路。但是原理图上并没有短接电路，实际电路板子也焊接了该变压器模块，并且P2P模块板子上也焊有网络变压器PS-16310。所以这里存疑是不是串了两个变压器模块。图14 两种网络变压器封装图图15 两种变压器内部结构图科普网络变压器作用：网络变压器可不可以不接呢？从理论上来说，是可以不需要接变压器，直接接到RJ45上，也是能正常工作的。但是传输距离就很受限制，而且当接到不同电平网口时，外部通讯电路对芯片的干扰也很大。当接了网络变压器后，它主要用于信号电平耦合。网络变压器的优点：其一，可以增强信号，使其传输距离更远；其二，使芯片端与外部隔离，抗干扰能力大大增强，而且对芯片增加了很大的保护作用（如雷击）；其三，当接到不同电平（如有的PHY芯片是2.5V，有的PHY芯片是3.3V）的网口时，不会对彼此设备造成影响。底板电路图到此分析结束。三、程序烧写分析完电路后，现在分析一下系统如何烧写程序，P2P模块可以用卓岚官方提供的软件更新固件，固件从卓岚官方获取，如下图16所示。图16 升级P2P模块固件这里我们并不关心和操作，以下主要介绍的是底板程序开发时，如果将编译好的程序烧写进MCU 51单片机中。 STC12C5A60S2系列单片机具有在系统可编程(ISP)特性，ISP的好处是：省去购买通用编程器，单片机在用户系统上即可下载/烧录用户程序，而无须将单片机从已生产好的产品上拆下，再用通用编程器将程序代码烧录进单片机内部。STC12系列单片机内部固化有ISP系统引导固件，配合PC端的控制程序即可将用户的程序代码下载进单片机内部，故无须编程器(速度比通用编程器快，几秒一片)。登陆www.STCMCU.com 网站，下载STC提供的ISP下载工具（STC-ISP.exe软件），用于将生成的机器代码烧录入单片机。下载程序步骤： Step1/步骤1：选择你所使用的单片机型号，我们这里选择“STC12C5A60S2系列”目录下的“STC12LE5A60S2”。 Step2/步骤2：打开文件，要烧录的用户程序，必须调入用户的程序代码（.bin, .hex）。 Step3/步骤3：选择串行口，你所使用的电脑串口，如串行口1--COM1,串行口2--COM2，等。有些新式笔记本电脑没有RS-232串行口,可买一条USB-RS232转接器，人民币50元左右（选择好一点的，否则可能无法正常下载）。有些USB-RS232转接器，不能兼容，可让STC帮你购买经过测试的转换器。 Step4/步骤4：选择下次冷启动后，时钟源为“内部R/C振荡器”还是“外部晶体或时钟”（STC12系列单片机只有内部R/C振荡时钟)。 Step5/步骤5：选择“Download/下载”按钮下载用户的程序进单片机内部，可重复执行。 Step5/步骤5，也可选择“ Re-Download/重复下载”按钮。下载时注意看提示，主要看是否要给单片机上电或复位, 下载速度比一般通用编程器快。一定要先选择“Download/下载”按钮，然后再给单片机上电复位(先要彻底断电)，而不要先上电，否则检测不到合法的下载命令流，单片机就直接跑用户程序了，这时，下载软件显示区停留在”正在检测目标单片机…”，其他原因也会造成该显示，请根据实际情况分析排查。关于硬件连接： (1) MCU/单片机 RXD(P3.0) --- RS-232转换器--- PC/电脑 TXD(COM Port Pin3) (2) MCU/单片机 TXD(P3.1) --- RS-232转换器--- PC/电脑 RXD(COM Port Pin2) (3) MCU/单片机 GND -----------------------------------PC/电脑 GND(COM Port Pin5) (4) 如果您的系统P3.0/P3.1连接到RS-485电路，推荐在选项里选择“下次冷启动需要P1.0/P1.1 = 0,0才可以下载用户程序”,这样冷启动后如 P1.0, P1.1不同时为0,单片机直接运行用户程序，免得由于RS-485总线上的乱码造成单片机反复判断乱码是否为合法，浪费几百mS的时间，其实如果你的系统本身P3.0,P3.1就是做串口使用，也建议选择P1.0/P1.1 = 0/0才可下载用户程序，以便下次冷启动直接运行用户程序。 (5) RS-232转换器可选用MAX232/SP232(4.5-5.5V),MAX3232/SP3232(3V-5.5V)。打开烧录软件，如图设置选项，将底板P1.0、P1.1管脚接地，拔掉电源插头后，点击“下载/编程”，显示区停留在“正在检测目标单片机”，然后再上电，可以看见程序正常下载，如果下载出现问题，请重新确认一下以上几点是否正确，具体问题可以借鉴网上类似情况的排查和解决，这里就不再详细介绍了。图17 烧录器设置界面这篇到此结束，期待继续关注下一篇。附件区： 1.参考文档： STC12C5A60S2-cn.pdf (4.26 MB, 下载次数: 8 ) ZLAN1003.pdf (404.07 KB, 下载次数: 16 ) ZLSN2003.pdf (371.43 KB, 下载次数: 7 ) 9303C_V1.pdf (125.79 KB, 下载次数: 6 ) 9303CV2 silkprint.pdf (37.69 KB, 下载次数: 6 ) 硬件.zip (1.23 MB, 下载次数: 23 ) 2.相应软件: STC烧录软件： stc-isp6.85F.rar (3.47 MB, 下载次数: 4 ) 1
2016-8-31 00:16:56　　评论淘帖0 举报相关推荐 • 【P2P物联网试用体验】+ P2P模块常规功能测试 5434 • 【P2P物联网试用体验】P2P 设备使用测试 2249 • 【P2P物联网试用体验】+TCP网络编程 3122 • 【P2P物联网试用体验】+初次上电 3629 • 【P2P物联网试用体验】+开箱评测 2491 • P2P物联网试用汇总帖 2261 • 【P2P物联网试用体验】+开箱评测 4840 • 【P2P物联网试用体验】+开箱 2427 • 【P2P物联网试用体验】+开箱评测 3459 • 【P2P物联网试用体验】+开箱评测 2815 3 个讨论