小巧“摳門”的FTHR-F0140開發(fā)板

• 緣起
• 硬件電路
  • 主控芯片
  • 供電系統(tǒng)
  • 調(diào)試器插座
  • LED燈
  • 按鍵
  • CAN接口電路
• 軟件資源
• 資源鏈接

緣起

工欲善其事，必先利其器。調(diào)試和開發(fā)MM32F0140這種小巧的芯片，還是需要小巧的板子去適配，搞起來才巴適。

我曾經(jīng)定義過POKT（口袋）系列和NANO（微小型）系列作為低成本微控制器的開發(fā)板套件，但POKT系列的開發(fā)板受定義限制，需要把引腳按照編號整整齊齊地引出來，對走線的面積要求較高；而NANO系列還需要配套擴展板才能引出方便易用的2.54mm間距的排針，這兩套板子在某些情況下，實際應(yīng)用起來的成本并不低。

今年半導(dǎo)體市場的整體行情不大好，大家做板子用料都比較摳門，為了進一步降低對這種小封裝芯片開發(fā)板的成本，我又定義了更輕量級的FTRH（羽毛）系列開發(fā)板。FTHR-F0140是FTHR系列的第一塊板子，這個板子上連USB轉(zhuǎn)UART的CH340E芯片和Type-C的USB插座都省掉了，整塊開發(fā)板的尺寸兼容DIP40封裝的8051單片機。如果不是因為F0140微控制器要用到CAN總線接口，可能連這個SOP-8引腳封裝的PHY芯片也省掉。FTHR-F0140電路板的外觀如圖x所示。當(dāng)然，這里也要點名感謝我的同事Hao，熟練使用KiCAD幫助我完成了PCB的設(shè)計工作。

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圖x FTHR-F0140電路板實物效果圖

到目前為止，主打摳門省錢的FTHR系列開發(fā)板，已經(jīng)有了3個成員，按照創(chuàng)建的時間順序，分別是FTHR-F0140、FTHR-F0160、FTHR-G0140。如圖x所示。

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圖x FTHR系列開發(fā)板全家福

其中，FTHR-F0160（左1）在FTHR-F0140（右1）基礎(chǔ)上增加了硬件支持的USB Device以及對應(yīng)的Type-C插座，FTHR-G0140（左2）在FTHR-F0140基礎(chǔ)上移除了CAN接口電路，成為了目前FTHR系列中最摳門的電路板。

硬件電路

使用FTHR-F0140進行開發(fā)，還需要配合調(diào)試器（J-Link）、USB轉(zhuǎn)UART（CH340G模塊）。這個電路系統(tǒng)連起來，如圖x所示。

figure-fthr-f0140-runtime

圖x FTHR-F0140開發(fā)板開發(fā)場景實物圖

這里使用了標(biāo)準(zhǔn)的JLink，以及轉(zhuǎn)換成miniJTAG插座的套件。如果開發(fā)者手頭上只有各種開源版本的Link調(diào)試器，也可以通過2.54mm間距規(guī)格的杜邦線從FTHR-F0140開發(fā)板的擴展引腳直連至SWD引腳。

主控芯片

FTHR-F0140開發(fā)板使用MM32F0144C4P微控制器，使用Arm Cortex-M0處理器內(nèi)核，最高可運行在72MHz主頻，片上集成64KB Flash和8KB RAM，LQFP32封裝，以及眾多的通信類外設(shè)、模擬類外設(shè)和定時器等。圖x中的表格列出了MM32F0140微控制器的所有選型。

figure-mm32f0140-ps

圖x MM32F0140選型

圖x中展現(xiàn)了MM32F0140微控制器的最小系統(tǒng)，其中包含了復(fù)位按鍵的復(fù)位阻容電路、晶體振蕩器，以及最簡的電源連線。

figure-sch-mcu-core

圖x MM32F0140最小系統(tǒng)

這里要注意的是，FTHR-F0140微控制器使用了12Mhz的晶振。因為MM32F0140微控制器上沒有集成USB外設(shè)，所以不強制開發(fā)者在設(shè)計自己的最小系統(tǒng)時使用 12MHz頻率的晶振（例如，也可以使用8MHz晶振），這里只是選了比較容易備貨的物料而已。

供電系統(tǒng)

FTHR-F0140板子上設(shè)計了一個產(chǎn)生3.3V電壓的LDO，可以從外部接收5V的供電，經(jīng)過LDO轉(zhuǎn)換成3.3V供給MM32F0140微控制器芯片。但LDO轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的3.3V供電默認是不對板外供電的（在擴展插座上設(shè)計了3V3的引腳），需要短接J3插座方可。

這個設(shè)計的意義在于，考慮到一種特殊的基于CAN總線的應(yīng)用場景，當(dāng)需要將微控制器本身的電源域同CAN總線上的電源域進行隔離時（電源干擾相關(guān)），可拆掉板子上的LDO，再短接J3插座，此時微控制器使用的3.3V供電可以通過擴展插座上的3V3引腳供電，而CAN總線使用自己的5V供電，兩個供電域沒有直接耦合。此時，也可以驗證MM32F0140微控制器在寬電壓供電情況下的工作狀態(tài)（不限定是3.3V）。

調(diào)試器插座

FTHR-F0140板子上使用了1.27mm間距的miniJTAG插座，以節(jié)約PCB面積，也更精致，這借鑒了一些國際大廠設(shè)計開發(fā)板常用的做法。但為了適配miniJTAG插座，還需要配套1.27間距的軟排線和對應(yīng)的轉(zhuǎn)接電路板，對于非專業(yè)開發(fā)者來說，也可能是一筆開銷。本著摳門的原則，這里將調(diào)試端口需要使用的SWCLK、SWDIO、RESET等信號線引出到擴展插座上。如圖x所示。

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圖x FTHR-F0140開發(fā)板的調(diào)試器接口

LED燈

FTHR-F0140開發(fā)板上集成了2個LED燈：

• 電源指示燈D2，顯示微控制器已經(jīng)供電。
• 可編程指示燈D1，對應(yīng)MM32F0140的PA15引腳。

按鍵

FTHR-F0140開發(fā)板上集成了1個復(fù)位按鍵SW1，對應(yīng)MM32F0140的硬件復(fù)位信號線。無可編程按鍵。

CAN接口電路

FTHR-F0140開發(fā)板上集成了CAN通信PHY芯片的電路，并可通過J2插座選擇是否由本開發(fā)板向CAN總線接入120ohm的電阻。如圖x所示。

figure-sch-can-if

圖x FTHR-F0140開發(fā)板上的CAN接口電路

關(guān)于CAN接口電路，這里還留了一個巧妙的設(shè)計，如果不想焊接PHY芯片（進一步節(jié)約成本），但仍想試用CAN總線接口，可以將PHY芯片焊接位上的標(biāo)記的兩個引腳用焊錫或者0ohm電阻短接起來，此時仍可使用J1插座對外連線。但要注意，此時J1插座上的CANH和CANL已經(jīng)不是CAN差分信號了，而是CAN_TX和CAN_RX，分別對應(yīng)于MM32F0140的PA10和PA9引腳。如圖x所示。

figure-pcb-can-if

圖x FTHR-F0140開發(fā)板上CAN接口的直連應(yīng)用

軟件資源

靈動官方的MindSDK（https://mindsdk.mindmotion.com.cn）已經(jīng)支持了MM32F0140微控制器，但目前僅有MINI-F0140這塊板子在官方的支持清單中對應(yīng)MM32F0140微控制器。但可以使用MINI-F0140板子的樣例工程運行在FTHR-F0140開發(fā)板上，因為MINI-F0140開發(fā)板使用的是8MHz的晶振，而FTHR-F0140開發(fā)板使用的是12MHz的晶振，此處需要調(diào)整一下clock_init.c文件中CLOCK_BootToHSE48MHz()函數(shù)中關(guān)于配置使用發(fā)生器PLL的代碼，指定RCC_PLLCFGR_PLLDN的值為7，從而基于12MHz的晶振信號源產(chǎn)生48MHz的主頻。

void CLOCK_BootToHSE48MHz(void)
{
    //RCC- >APB1ENR |= (1u < < 28u); /* enable PWR/DBG. */
    //PWR- >CR1 = (PWR- >CR1 & ~PWR_CR1_VOS_MASK) | PWR_CR1_VOS(1u); /* 1.65V. */

    /* enable HSE. */
    RCC- >CR |= RCC_CR_HSEON_MASK;
    while ( RCC_CR_HSERDY_MASK != (RCC- >CR & RCC_CR_HSERDY_MASK) )
    {
    }

    /* F_clko = F_refin * N/(M*P), F_refin = 12M. */
    RCC- >PLLCFGR = RCC_PLLCFGR_PLLSRC(1) /* (pllsrc == 1) ? HSE : HSI. */
                 | RCC_PLLCFGR_PLLDN(7) /* N = DN+1. */
                 | RCC_PLLCFGR_PLLDM(1) /* M = DM+1. */
                 | RCC_PLLCFGR_PLLDP(0) /* P = DP+1. */
                 | RCC_PLLCFGR_PLLLDS(1)
                 | RCC_PLLCFGR_PLLICTRL(3) /* 10uA. */
                 ;
    ...
}

之后，就可以使用MindSDK中為MM32F0140微控制器提供的芯片頭文件、啟動代碼、驅(qū)動程序，以及海量的樣例工程和多操作系統(tǒng)平臺多工具鏈的支持。

figure-mindsdk-examples

圖x MindSDK中支持MM32F0140微控制器的海量樣例工程