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1、 STM32F4 开发指南(库函数版)ALIENTEK 探索者 STM32F407 开发板教程 14 第二章 实验平台硬件资源详解 本章，我们将节将向大家详细介绍 ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板各部分的硬件原理图，让大家对该开发板的各部分硬件原理有个深入理解，并向大家介绍开发板的使用注意事项，为后面的学习做好准备。本章将分为如下两节：1.1，开发板原理图详解；1.2，开发板使用注意事项；2.1 开发板原理图详解 2.1.1 MCU ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板选择的是 STM32F407ZGT6 作为 MCU，该芯片是STM32F407 里面配置非常强大的
2、了，它拥有的资源包括：集成 FPU 和 DSP 指令，并具有 192KB SRAM、1024KB FLASH、12 个 16 位定时器、2 个 32 位定时器、2 个 DMA 控制器（共 16 个通道）、3 个 SPI、2 个全双工 I2S、3 个 IIC、6 个串口、2 个 USB（支持 HOST/SLAVE）、2 个CAN、3 个 12 位 ADC、2 个 12 位 DAC、1 个 RTC（带日历功能）、1 个 SDIO 接口、1 个 FSMC接口、1 个 10/100M 以太网 MAC 控制器、1 个摄像头接口、1 个硬件随机数生成器、以及 112个通用 IO 口等。该芯片的配置十分强悍
3、，很多功能相对 STM32F1 来说进行了重大改进，比如FSMC 的速度，F4 刷屏速度可达 3300W 像素/秒，而 F1 的速度则只有 500W 左右。MCU 部分的原理图如图 2.1.1.1（因为原理图比较大，缩小下来可能有点看不清，请大家打开开发板光盘的原理图进行查看）所示：STM32F4 开发指南(库函数版)ALIENTEK 探索者 STM32F407 开发板教程 15 图 2.1.1.1 MCU 部分原理图 上图中 U4 为我们的主芯片：STM32F407ZGT6。这里主要讲解以下 3 个地方：1，后备区域供电脚 VBAT 脚的供电采用 CR1220 纽扣电池和 VCC3.3 混合
4、供电的方式，在有外部电源（VCC3.3）的时候，CR1220 不给 VBAT 供电，而在外部电源断开的时候，则由 CR1220给其供电。这样，VBAT 总是有电的，以保证 RTC 的走时以及后备寄存器的内容不丢失。2，图中的 R31 和 R32 用隔离 MCU 部分和外部的电源，这样的设计主要是考虑了后期维护，如果 3.3V 电源短路，可以断开这两个电阻，来确定是 MCU 部分短路，还是外部短路，有助于生产和维修。当然大家在自己的设计上，这两个电阻是完全可以去掉的。3，图中 P7 是参考电压选择端口。我们开发板默认是接板载的 3.3V 作为参考电压，如果大家想用自己的参考电压，则把你的参考电压
5、接入 Vref+即可。2.1.2 引出 IO 口 ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板引出了 STM32F407ZGT6 的所有 IO 口，如图 2.1.2.1所示：STM32F4 开发指南(库函数版)ALIENTEK 探索者 STM32F407 开发板教程 16 图 2.1.2.1 引出 IO 口 图中P3、P4和P5为MCU主IO引出口，这三组排针共引出了102个IO口，STM32F407ZGT6总共有 112 个 IO，除去 RTC 晶振占用的 2 个，还剩 110 个，这三组主引出排针，总共引出了102 个 IO，剩下的 8 个 IO 口分别通过：P6（PA9&PA10）、
6、P9（PA2&PA3）、P10（PB10&PB11）和 P11（PA11&PA12）等 4 组排针引出。2.1.3 USB 串口/串口 1 选择接口 ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载的 USB 串口和 STM32F407ZGT6 的串口是通过P6 连接起来的，如图 2.1.3.1 所示：图 2.3.1.1 USB 串口/串口 1 选择接口 图中TXD/RXD是相对CH340G来说的，也就是USB串口的发送和接受脚。而USART1_RX和 USART1_TX 则是相对于 STM32F407ZGT6 来说的。这样，通过对接，就可以实现 USB 串口和 STM32F407ZGT6
7、 的串口通信了。同时，P6 是 PA9 和 PA10 的引出口。这样设计的好处就是使用上非常灵活。比如需要用到外部TTL串口和STM32通信的时候，STM32F4 开发指南(库函数版)ALIENTEK 探索者 STM32F407 开发板教程 17 只需要拔了跳线帽，通过杜邦线连接外部 TTL 串口，就可以实现和外部设备的串口通信了；又比如我有个板子需要和电脑通信，但是电脑没有串口，那么你就可以使用开发板的 RXD 和 TXD来连接你的设备，把我们的开发板当成 USB 转串口用了。2.1.4 JTAG/SWD ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载的标准 20 针 JTAG/SWD
8、 接口电路如图 2.1.4.1 所示：图 2.1.4.1 JTAG/SWD 接口 这里，我们采用的是标准的 JTAG 接法，但是 STM32 还有 SWD 接口，SWD 只需要最少 2跟线（SWCLK 和 SWDIO）就可以下载并调试代码了，这同我们使用串口下载代码差不多，而且速度非常快，能调试。所以建议大家在设计产品的时候，可以留出 SWD 来下载调试代码，而摒弃 JTAG。STM32 的 SWD 接口与 JTAG 是共用的，只要接上 JTAG，你就可以使用 SWD模式了（其实并不需要 JTAG 这么多线），当然，你的调试器必须支持 SWD 模式，JLINK V7/V8、ULINK2 和 S
9、T LINK 等都支持 SWD 调试。特别提醒，JTAG 有几个信号线用来接其他外设了，但是 SWD 是完全没有接任何其他外设的，所以在使用的时候，推荐大家一律使用 SWD 模式！2.1.5 SRAM ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板外扩了 1M 字节的 SRAM 芯片，如图 2.1.5.1 所示，注意图中的地址线标号，是以 IS61LV51216 为模版的，但是和 IS62WV51216 的 datasheet 标号有出入，不过，因为地址的唯一性，这并不会影响我们使用 IS62WV51216（特别提醒：地址线可以乱，但是数据线必须一致！），因此，该原理图对这两个芯片都是可以正
10、常使用的。STM32F4 开发指南(库函数版)ALIENTEK 探索者 STM32F407 开发板教程 18 图 2.1.5.1 外扩 SRAM 图中U3 为外扩的 SRAM芯片，型号为：IS62WV51216，容量为 1M字节，该芯片挂在 STM32的 FSMC 上。这样大大扩展了 STM32 的内存（芯片本身有 192K 字节），从而在需要大内存的场合，探索者 STM32F4 开发板也可以胜任。2.1.6 LCD 模块接口 ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载的 LCD 模块接口电路如图 2.1.6.1 所示：图 2.1.6.1 LCD 模块接口 图中TFT_LCD是一个通
11、用的液晶模块接口，支持ALIENTEK全系列TFTLCD模块，包括：2.4 寸、2.8 寸、3.5 寸、4.3 寸和 7 寸等尺寸的 TFTLCD 模块。LCD 接口连接在 STM32F407ZGT6的 FSMC 总线上面，可以显著提高 LCD 的刷屏速度。图中的 T_MISO/T_MOSI/T_PEN/T_CS/T_CS 用来实现对液晶触摸屏的控制（支持电阻屏和 STM32F4 开发指南(库函数版)ALIENTEK 探索者 STM32F407 开发板教程 19 电容屏）。LCD_BL 则控制 LCD 的背光。液晶复位信号 RESET 则是直接连接在开发板的复位按钮上，和 MCU 共用一个复位
12、电路。2.1.7 复位电路 ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板的复位电路如图 2.1.7.1 所示：图 2.1.7.1 复位电路 因为 STM32 是低电平复位的，所以我们设计的电路也是低电平复位的，这里的 R24 和 C48构成了上电复位电路。同时，开发板把 TFT_LCD 的复位引脚也接在 RESET 上，这样这个复位按钮不仅可以用来复位 MCU，还可以复位 LCD。2.1.8 启动模式设置接口 ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板的启动模式设置端口电路如图 2.1.8.1 所示：图 2.1.8.1 启动模式设置接口 上图的BOOT0和BOOT1用于设置STM32
13、的启动方式，其对应启动模式如表2.1.8.1所示：表 2.1.8.1 BOOT0、BOOT1 启动模式表 按照表2.1.8.1，一般情况下如果我们想用用串口下载代码，则必须配置BOOT0为1，BOOT1为 0，而如果想让 STM32 一按复位键就开始跑代码，则需要配置 BOOT0 为 0，BOOT1 随便设置都可以。这里 ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板专门设计了一键下载电路，通过串口的DTR 和 RTS 信号，来自动配置 BOOT0 和 RST 信号，因此不需要用户来手动切换他们的状态，直接串口下载软件自动控制，可以非常方便的下载代码。2.1.9 RS232 串口 ALIEN
14、TEK 探索者 STM32F4 开发板板载了一公一母两个 RS232 接口，电路原理图如图2.1.9.1 所示：STM32F4 开发指南(库函数版)ALIENTEK 探索者 STM32F407 开发板教程 20 图 2.1.9.1 RS232 串口 因为 RS232 电平不能直接连接到 STM32，所以需要一个电平转换芯片。这里我们选择的是 SP3232（也可以用 MAX3232）来做电平转接，同时图中的 P9 用来实现 RS232(COM2)/RS485的选择，P10 用来实现 RS232(COM3)/ATK 模块接口的选择，以满足不同实验的需要。图中 USART2_TX/USART2_RX
15、 连接在 MCU 的串口 2 上（PA2/PA3），所以这里的RS232(COM2)/RS485都是通过串口2来实现的。图中RS485_TX和RS485_RX信号接在SP3485的 DI 和 RO 信号上。而图中的 USART3_TX/USART3_RX 则是连接在 MCU 的串口 3 上（PB10/PB11），所以RS232(COM3)/ATK 模块接口都是通过串口3来实现的。图中GBC_RX和GBC_TX连接在ATK模块接口 U7 上面。因为 P9/P10 的存在，其实还带来另外一个好处，就是我们可以把开发板变成一个 RS232电平转换器，或者 RS485 电平转换器，比如你买的核心板，可
16、能没有板载 RS485/RS232 接口，通过连接探索者 STM32F4 开发板的 P9/P10 端口，就可以让你的核心板拥有 RS232/RS485 的功能。2.1.10 RS485 接口 ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载的 RS485 接口电路如图 2.1.10.1 所示：图 2.1.10.1 RS485 接口 RS485 电平也不能直接连接到 STM32，同样需要电平转换芯片。这里我们使用 SP3485 来做 485 电平转换，其中 R44 为终端匹配电阻，而 R38 和 R40，则是两个偏置电阻，以保证静默状态时，485 总线维持逻辑 1。RS485_RX/RS48
17、5_TX 连接在 P9 上面，通过 P9 跳线来选择是否连接在 MCU 上面，RS485_RE 则是直接连接在 MCU 的 IO 口（PG8）上的，该信号用来控制 SP3485 的工作模式（高电平为发送模式，低电平为接收模式）。STM32F4 开发指南(库函数版)ALIENTEK 探索者 STM32F407 开发板教程 21 另外，特别注意：RS485_RE 和 NRF_IRQ 共同接在 PG8 上面，在同时用到这两个外设的时候，需要注意下。2.1.11 CAN/USB 接口 ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载的 CAN 接口电路以及 STM32 USB 接口电路如图2.1.
18、11.1 所示：图 2.1.11.1 CAN/USB 接口 CAN 总线电平也不能直接连接到 STM32，同样需要电平转换芯片。这里我们使用 TJA1050来做 CAN 电平转换，其中 R51 为终端匹配电阻。USB_D+/USB_D-连接在 MCU 的 USB 口（PA12/PA11）上，同时，因为 STM32 的 USB 和CAN 共用这组信号，所以我们通过 P11 来选择使用 USB 还是 CAN。图中共有 2 个 USB 口：USB_SLAVE 和 USB_HOST，前者是用来做 USB 从机通信的，后者则是用来做 USB 主机通信的。USB_SLAVE 可以用来连接电脑，实现 USB
19、 读卡器或声卡等 USB 从机实验。另外，该接口还具有供电功能，VUSB 为开发板的 USB 供电电压，通过这个 USB 口，就可以给整个开发板供电了。USB HOST 可以用来接如：U 盘、USB 鼠标、USB 键盘和 USB 手柄等设备，实现 USB 主机功能。该接口可以对从设备供电，且供电可控，通过 USB_PWR 控制，该信号连接在 MCU的 PA15 引脚上与 JTDI 共用 PA15，所以用 JTAG 仿真的时候，USB_PWR 就不受控了，这也是我们推荐大家使用 SWD 模式而不用 JTAG 模式的另外一个原因。2.1.12 EEPROM ALIENTEK 探索者 STM32F4
20、 开发板板载的 EEPROM 电路如图 2.1.12.1 所示：STM32F4 开发指南(库函数版)ALIENTEK 探索者 STM32F407 开发板教程 22 图 2.1.12.1 EEPROM EEPROM 芯片我们使用的是 24C02，该芯片的容量为 2Kb，也就是 256 个字节，对于我们普通应用来说是足够了的。当然，你也可以选择换大的芯片，因为我们的电路在原理上是兼容24C0224C512 全系列 EEPROM 芯片的。这里我们把 A0A2 均接地，对 24C02 来说也就是把地址位设置成了 0 了，写程序的时候要注意这点。IIC_SCL 接在 MCU 的 PB8 上，IIC_SD
21、A 接在 MCU 的 PB9 上，这里我们虽然接到了 STM32 的硬件 IIC 上，但是我们并不提倡使用硬件 IIC，因为 STM32 的 IIC 是鸡肋！请谨慎使用。IIC_SCL/IIC_SDA 总线上总共挂了 3 个器件：24C02、MPU6050 和 WM8978，后续我们将向大家介绍另外两个器件。2.1.13 光敏传感器 ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载了一个光敏传感器，可以用来感应周围光线的变化，该部分电路如图 2.1.13.1 所示：图 2.1.13.1 光敏传感器电路 图中的 LS1 就是光敏传感器，其实就是一个光敏二极管，周围环境越亮，电流越大，反之电流
22、越小，即可等效为一个电阻，环境越亮阻值越小，反之越大，从而通过读取 LIGHT_SENSOR的电压，即可知道周围环境光线强弱。LIGHT_SENSOR 连接在 MCU 的 ADC3_IN5（ADC3 通道 5）上面，即 PF7 引脚。2.1.14 SPI FLASH ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载的 SPI FLASH 电路如图 2.1.14.1 所示：图 2.1.14.1 SPI FLASH 芯片 SPI FLASH 芯片型号为 W25Q128，该芯片的容量为 128Mb，也就是 16M 字节。该芯片和NRF24L01 共用一个 SPI（SPI1），通过片选来选择使用某
23、个器件，在使用其中一个器件的时候，STM32F4 开发指南(库函数版)ALIENTEK 探索者 STM32F407 开发板教程 23 请务必禁止另外一个器件的片选信号。图中 F_CS连接在 MCU 的PB14 上，SPI1_SCK/SPI1_MOSI/SPI1_MISO 则分别连接在 MCU的 PB3/PB5/PB4 上，其中 PB3/PB4 又是 JTAG 的 JTDO 和 JTRST 信号，所以在 JTAG 仿真的时候，SPI 就用不了了，但是用 SWD 仿真，则不存在任何问题，所以我们推荐大家使用 SWD 仿真！2.1.15 六轴加速度传感器 ALIENTEK 探索者 STM32F4 开
24、发板板载的六轴加速度传感器电路如图 2.1.15.1 所示：图 2.1.15.1 3D 加速度传感器 六轴加速度传感器芯片型号为：MPU6050，该芯片内部集成一个三轴加速度传感器和一个三轴陀螺仪，并且自带 DMP(Digital Motion Processor)，该传感器可以用于四轴飞行器的姿态控制和解算。这里我们使用 IIC 接口来访问。同 24C02 一样，该芯片的 IIC_SCL 和 IIC_SDA 同样是挂在 PB8 和 PB9 上，他们共享一个IIC 总线。2.1.16 温湿度传感器接口 ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载的温湿度传感器接口电路如图 2.1.16
25、.1 所示：图 2.1.16.1 温湿度传感器接口 该接口支持 DS18B20/DS1820/DHT11 等单总线数字温湿度传感器。1WIRE_DQ 是传感器的数据线，该信号连接在 MCU 的 PG9 上，特别注意：该引脚同时还接到了摄像头模块的DCMI_PWDN 信号上面，他们不能同时使用，但可以分时复用。STM32F4 开发指南(库函数版)ALIENTEK 探索者 STM32F407 开发板教程 24 2.1.17 红外接收头 ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载的红外接收头电路如图 2.1.17.1 所示：图 2.1.17.1 红外接收头 HS0038 是一个通用的红外接
26、收头，几乎可以接收市面上所有红外遥控器的信号，有了它，就可以用红外遥控器来控制开发板了。REMOTE_IN 为红外接收头的输出信号，该信号连接在MCU 的 PA8 上。特别注意：PA8 同时连接了 DCMI_XCLK，如果要用到 DCMI_XCLK 的时候，HS0038 就不能同时使用了，但可以分时复用。2.1.18 无线模块接口 ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载的无线模块接口电路如图 2.1.18.1 所示：图 2.1.18.1 无线模块接口 该接口用来连接 NRF24L01 等 2.4G 无线模块，从而实现开发板与其他设备的无线数据传输（注意：NRF24L01 不能和蓝
27、牙/WIFI 连接）。NRF24L01 无线模块的最大传输速度可以达到2Mbps，传输距离最大可以到 30 米左右（空旷地，无干扰）。NRF_CE/NRF_CS/NRF_IRQ 连接在 MCU 的 PG6/PG7/PG8 上，而另外 3 个 SPI 信号则和SPI FLASH 共用，接 MCU 的 SPI1。这里需要注意的是 PG8 还接了 RS485 的 RE 信号，所以在使用 NRF24L01 中断引脚的时候，不能和 RS485 同时使用，不过，如果没用到 NRF24L01 的中断引脚，那么 RS485 和 NRF24L01 模块就可以同时使用了。2.1.19 LED ALIENTEK 探
28、索者 STM32F4 开发板板载总共有 3 个 LED，其原理图如图 2.1.19.1 所示：STM32F4 开发指南(库函数版)ALIENTEK 探索者 STM32F407 开发板教程 25 图 2.1.19.1 LED 其中 PWR 是系统电源指示灯，为蓝色。LED0(DS0)和 LED1(DS1)分别接在 PF9 和 PF10上。为了方便大家判断，我们选择了 DS0 为红色的 LED，DS1 为绿色的 LED。2.1.20 按键 ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载总共有 4 个输入按键，其原理图如图 2.1.20.1 所示：图 2.1.20.1 输入按键 KEY0、KE
29、Y1 和 KEY2 用作普通按键输入，分别连接在 PE4、PE3 和 PE2 上，这里并没有使用外部上拉电阻，但是 STM32 的 IO 作为输入的时候，可以设置上下拉电阻，所以我们使用STM32 的内部上拉电阻来为按键提供上拉。KEY_UP 按键连接到 PA0(STM32 的 WKUP 引脚)，它除了可以用作普通输入按键外，还可以用作 STM32 的唤醒输入。注意：这个按键是高电平触发的。2.1.21 TPAD 电容触摸按键 ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载了一个电容触摸按键，其原理图如图 2.1.21.1 所示：图 2.1.21.1 电容触摸按键 图中 1M 电阻是电容
30、充电电阻，TPAD 并没有直接连接在 MCU 上，而是连接在多功能端口（P12）上面，通过跳线帽来选择是否连接到 STM32。多功能端口，我们将在 2.1.26 节介绍。电容触摸按键的原理我们将在后续的实战篇里面介绍。STM32F4 开发指南(库函数版)ALIENTEK 探索者 STM32F407 开发板教程 26 2.1.22 OLED/摄像头模块接口 ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载了一个 OLED/摄像头模块接口，其原理图如图2.1.22.1 所示：图 2.1.22.1 OLED/摄像头模块接口 图中 P8 是接口可以用来连接 ALIENTEK OLED 模块或者 A
31、LIENTEK 摄像头模块。如果是 OLED 模块，则 DCMI_PWDN 和 DCMI_XCLK 不需要接（在板上靠左插即可），如果是摄像头模块，则需要用到全部引脚。其中，DCMI_SCL/DCMI_SDA/DCMI_RESET/DCMI_PWDN/DCMI_XCLK 这 5 个信号是不属于 STM32F4 硬件摄像头接口的信号，通过普通 IO 控制即可，分别接在 MCU 的：PD6/PD7/PG15/PG9/PA8 上面。特别注意：DCMI_PWDN 和 1WIRE_DQ 信号共用 PG9 这个 IO，所以摄像头和 DS18B20/DHT11 不能同时使用，但是可以分时复用。另外，DCMI
32、_XCLK 和REMOTE_IN 共用，在用到 DCMI_XCLK 信号的时候，则红外接收和摄像头不可同时使用，不过同样是可以分时复用的。其他信号全接在 STM32F4 的硬件摄像头接口上，DCMI_VSYNC/DCMI_HREF/DCMI_D0/DCMI_D1/DCMI_D2/DCMI_D3/DCMI_D4/DCMI_D5/DCMI_D6/DCMI_D7/DCMI_PCLK 分别连接在：PB7/PA4/PC6/PC7/PC8/PC9/PC11/PB6/PE5/PE6/PA6 上。特别注意：这些信号和 DAC1输出以及 SD 卡，I2S 音频等有 IO 共用，所以在使用 OLED 模块或摄像头
33、模块的时候，不能和DAC1 的输出、SD 卡使用和 I2S 音频播放等三个功能同时使用，只能分时复用。2.1.23 有源蜂鸣器 ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载了一个有源蜂鸣器，其原理图如图 2.1.23.1 所示：图 2.1.23.1 有源蜂鸣器 有源蜂鸣器是指自带了震荡电路的蜂鸣器，这种蜂鸣器一接上电就会自己震荡发声。而如 STM32F4 开发指南(库函数版)ALIENTEK 探索者 STM32F407 开发板教程 27 果是无源蜂鸣器，则需要外加一定频率（25Khz）的驱动信号，才会发声。这里我们选择使用有源蜂鸣器，方便大家使用。图中 Q1 是用来扩流，R61 则是一
34、个下拉电阻，避免 MCU 复位的时候，蜂鸣器可能发声的现象。BEEP 信号直接连接在 MCU 的 PF8 上面，PF8 可以做 PWM 输出，所以大家如果想玩高级点（如：控制蜂鸣器“唱歌”），就可以使用 PWM 来控制蜂鸣器。2.1.24 SD 卡接口 ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载了一个 SD 卡（大卡/相机卡）接口，其原理图如图 2.1.24.1 所示：图 2.1.24.1 SD 卡/以太网接口 图中 SD_CARD 为 SD 卡接口，该接口在开发板的底面，这也是探索者 STM32F4 开发板底面唯一的元器件。SD 卡采用 4 位 SDIO 方式驱动，理论上最大速度可
35、以达到 24MB/S，非常适合需要高速存储的情况。图中：SDIO_D0/SDIO_D1/SDIO_D2/SDIO_D3/SDIO_SCK/SDIO_CMD 分别连接在MCU 的 PC8/PC9/PC10/PC11/PC12/PD2 上面。特别注意：SDIO 和 OLED/摄像头的部分 IO 有共用，所以在使用 OLED 模块或摄像头模块的时候，只能和 SDIO 分时复用，不能同时使用。2.1.25 ATK 模块接口 ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载了 ATK 模块接口，其原理图如图 2.1.25.1 所示：图 2.1.25.1 ATK 模块接口 如图所示，U7 是一个 1*
36、6 的排座，可以用来连接 ALIENTEK 推出的一些模块，比如：蓝牙串口模块、GPS 模块等。有了这个接口，我们连接模块就非常简单，插上即可工作。图中：GBC_TX/GBC_RX 可通过 P10 排针，选择接入 PB11/PB10（即串口 3），详见 2.1.9 STM32F4 开发指南(库函数版)ALIENTEK 探索者 STM32F407 开发板教程 28 节。而 GBC_KEY 和 GBC_LED 则分别连接在 MCU 的 PF6 和 PC0 上面。特别注意：GBC_LED和 3D_INT 共用 PC0，所以同时使用 ATK 模块接口和 MPU6050 的时候，要注意这个 IO 的设置
37、。2.1.26 多功能端口 ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载的多功能端口，是由 P12 和 P2 构成的一个 6PIN端口，其原理图如图 2.1.26.1 所示：图 2.1.26.1 多功能端口 从上图，大家可能还看不出这个多功能端口的全部功能，别担心，下面我们会详细介绍。首先介绍左侧的 P12，其中 TPAD 为电容触摸按键信号，连接在电容触摸按键上。STM_ADC和 STM_DAC 则分别连接在 PA5 和 PA4 上，用于 ADC 采集或 DAC 输出。当需要电容触摸按键的时候，我们通过跳线帽短接 TPAD 和 STM_ADC，就可以实现电容触摸按键（利用定时器的输入
38、捕获）。STM_DAC 信号则既可以用作 DAC 输出，也可以用作 ADC 输入，因为 STM32的该管脚同时具有这两个复用功能。特别注意：STM_DAC 与摄像头的 DCMI_HREF 共用 PA4，所以他们不可以同时使用，但是可以分时复用。我们再来看看 P2，PWM_DAC 连接在 MCU 的 PA3，是定时器 2/5 的通道 4 输出，后面跟一个二阶 RC 滤波电路，其截止频率为 33.8Khz。经过这个滤波电路，MCU 输出的方波就变为直流信号了。PWM_AUDIO 是一个音频输入通道，它连接到 WM8978 的 AUX 输入，可通过配置 WM8978，输出到耳机/扬声器。特别注意：P
39、WM_DAC 和 USART2_RX 共用 PA3，所以PWM_DAC 和串口 2 的接收，不可以同时使用，不过，可以分时复用。单独介绍完了 P12 和 P2，我们再来看看他们组合在一起的多功能端口，如图 2.1.26.2 所示：图 2.1.26.2 组合后的多功能端口 图中 AIN 是 PWM_AUDIO，PDC 是滤波后的 PWM_DAC 信号。下面我们来看看通过 1 个跳线帽，这个多功能接口可以实现哪些功能。当不用跳线帽的时候：1，AIN 和 GND 组成一个音频输入通道。2，PDC 和 GND 组成一个 PWM_DAC 输出；3，DAC 和 GND 组成一个 DAC 输出/ADC 输入
40、（因为 DAC 脚也刚好也可以做 ADC 输入）；4，ADC 和 GND 组成一组 ADC 输入；5，TPAD 和 GND 组成一个触摸按 STM32F4 开发指南(库函数版)ALIENTEK 探索者 STM32F407 开发板教程 29 键接口，可以连接其他板子实现触摸按键。当使用 1 个跳线帽的时候：1，AIN 和 PDC 组成一个 MCU 的音频输出通道，实现 PWM DAC播放音乐。2，AIN 和 DAC 同样可以组成一个 MCU 的音频输出通道，也可以用来播放音乐。3，DAC 和 ADC 组成一个自输出测试，用 MCU 的 ADC 来测试 MCU 的 DAC 输出。4，PDC和 AD
41、C，组成另外一个子输出测试，用 MCU 的 ADC 来测试 MCU 的 PWM DAC 输出。5，ADC 和 TPAD，组成一个触摸按键输入通道，实现 MCU 的触摸按键功能。从上面的分析，可以看出，这个多功能端口可以实现 10 个功能，所以，只要设计合理，1+1是大于 2 的。2.1.27 以太网接口（RJ45）ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载了一个以太网接口(RJ45)，其原理图如图 2.1.27.1所示：图 2.1.27.1 以太网接口电路 STM32F4 内部自带网络 MAC 控制器，所以只需要外加一个 PHY 芯片，即可实现网络通信功能。这里我们选择的是 LAN8
42、720A 这颗芯片作为 STM32F4 的 PHY 芯片，该芯片采用 RMII接口与 STM32F4 通信，占用 IO 较少，且支持 auto mdix（即可自动识别交叉/直连网线）功能。板载一个自带网络变压器的 RJ45 头（HR91105A），一起组成一个 10M/100M 自适应网卡。图中：ETH_MDIO/ETH_MDC/RMII_TXD0/RMII_TXD1/RMII_TX_EN/RMII_RXD0/RMII_RXD1/RMII_CRS_DV/RMII_REF_CLK/ETH_RESET 分别接在 MCU 的：PA2/PC1/PG13/PG14/PG11/PC4/PC5/PA7/PA
43、1/PD3 上。特别注意：网络部分 ETH_MDIO 与 USART2_TX 共用PA2，所以网络和串口 2 的发送，不可以同时使用，但是可以分时复用。STM32F4 开发指南(库函数版)ALIENTEK 探索者 STM32F407 开发板教程 30 2.1.28 I2S 音频编解码器 ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载 WM8978 高性能音频编解码芯片，其原理图如图2.1.28.1 所示：2.1.28.1 I2S 音频编解码芯片 WM8978 是一颗低功耗、高性能的立体声多媒体数字信号编解码器。该芯片内部集成了 24位高性能 DAC&ADC，可以播放最高 192K24bi
44、t 的音频信号，并且自带段 EQ 调节，支持 3D音效等功能。不仅如此，该芯片还结合了立体声差分麦克风的前置放大与扬声器、耳机和差分、立体声线输出的驱动，减少了应用时必需的外部组件，直接可以驱动耳机（1640mW）和喇叭（8/0.9W），无需外加功放电路。图中，P1 是扬声器接口，可以用来外接 1W 左右的扬声器。MIC 是板载的咪头，可用于录音机实验，实现录音。PHONE 是 3.5mm 耳机输出接口，可以用来插耳机。LINE_IN 则是线路输入接口，可以用来外接线路输入，实现立体声录音。该芯片采用 I2S 接口与 MCU 连接，图中：I2S_LRCK/I2S_SCLK/I2S_SDOUT/
45、I2S_SDIN/I2S_MCLK/IIC_SCL/IIC_SDA 分别接在 MCU 的：PB12/PB13/PC2/PC3/PC6/PB8/PB9 上。特别注意：I2S_MCLK 和 DCMI_D0 共用 PC6，所以 I2S 音频播放和 OLED 模块/摄像头模块不可以同时使用。另外，IIC_SCL 和 IIC_SDA 是与 24C02/MPU6050 等共用一个 IIC 接口。2.1.29 电源 ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载的电源供电部分，其原理图如图 2.1.29.1 所示：STM32F4 开发指南(库函数版)ALIENTEK 探索者 STM32F407 开发板
46、教程 31 图 2.1.29.1 电源 图中，总共有3个稳压芯片：U15/U16/U18，DC_IN 用于外部直流电源输入，经过U15 DC-DC芯片转换为 5V 电源输出，其中 D4 是防反接二极管，避免外部直流电源极性搞错的时候，烧坏开发板。K1 为开发板的总电源开关，F1 为 1000ma 自恢复保险丝，用于保护 USB。U16 和 U18均为 3.3V 稳压芯片，给开发板提供 3.3V 电源，其中 U16 输出的 3.3V 给数字部分用，U18 输出的 3.3V 给模拟部分（WM8978）使用，分开供电，以得到最佳音质。这里还有 USB 供电部分没有列出来，其中 VUSB 就是来自 U
47、SB 供电部分，我们将在相应章节进行介绍。2.1.30 电源输入输出接口 ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载了两组简单电源输入输出接口，其原理图如图2.1.30.1 所示：图 2.1.30.1 电源 图中，VOUT1 和 VOUT2 分别是 3.3V 和 5V 的电源输入输出接口，有了这 2 组接口，我们可以通过开发板给外部提供 3.3V 和 5V 电源了，虽然功率不大（最大 1000ma），但是一般情况 STM32F4 开发指南(库函数版)ALIENTEK 探索者 STM32F407 开发板教程 32 都够用了，大家在调试自己的小电路板的时候，有这两组电源还是比较方便的。同
48、时这两组端口，也可以用来由外部给开发板供电。图中 D5 和 D6 为 TVS 管，可以有效避免 VOUT 外接电源/负载不稳的时候（尤其是开发板外接电机/继电器/电磁阀等感性负载的时候），对开发板造成的损坏。同时还能一定程度防止外接电源接反，对开发板造成的损坏。2.1.31 USB 串口 ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载了一个 USB 串口，其原理图如图 2.1.31.1 所示：图 2.1.31.1 USB 串口 USB 转串口，我们选择的是 CH340G，是国内芯片公司南京沁恒的产品，稳定性经测试还不错，所以还是多支持下国产。图中 Q3 和 Q4 的组合构成了我们开发板的
49、一键下载电路，只需要在 flymcu 软件设置：DTR的低电平复位，RTS 高电平进 BootLoader。就可以一键下载代码了，而不需要手动设置 B0 和按复位了。其中，RESET 是开发板的复位信号，BOOT0 则是启动模式的 B0 信号。一键下载电路的具体实现过程：首先，mcuisp 控制 DTR 输出低电平，则 DTR_N 输出高，然后 RTS 置高，则 RTS_N 输出低，这样 Q4 导通了，BOOT0 被拉高，即实现设置 BOOT0 为 1，同时 Q3 也会导通，STM32F4 的复位脚被拉低，实现复位。然后，延时 100ms 后，mcuisp 控制DTR为高电平，则DTR_N输出
50、低电平，RTS维持高电平，则RTS_N继续为低电平，此时STM32F4的复位引脚，由于 Q3 不再导通，变为高电平，STM32F4 结束复位，但是 BOOT0 还是维持为1，从而进入 ISP 模式，接着 mcuisp 就可以开始连接 STM32F4，下载代码了，从而实现一键下载。USB_232 是一个 MiniUSB 座，提供 CH340G 和电脑通信的接口，同时可以给开发板供电，VUSB 就是来自电脑 USB 的电源，USB_232 是本开发板的主要供电口。2.2 开发板使用注意事项 为了让大家更好的使用 ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板，我们在这里总结该开发板使用的时候尤其