第一周学习

电阻原理阻碍电流流动将电能转化为热能。核心作用限流 分压 耗能限流加电阻控制回路电流大小分压 利用两个电阻串联可以从一个电压如5V得到你需要的另一个电压如3.3V给传感器供电。Vout Vin * (R2 / (R1 R2))。耗能 将电能转化为热能焦耳热。电炉丝、白炽灯泡灯丝本质上就是一个电阻。电感原理储存磁场能量阻碍电流变化。电感量取决于线圈匝数和磁芯特性。特性通直流阻交流电流变化滞后电压。高频下受寄生电容影响应用滤波电路LC滤波器、能量存储开关电源、阻抗匹配、变压器能量耦合。电容原理储存电场能量阻碍电压变化。电容量由极板间距/面积及介电材料决定特性隔直流通交流电压不能突变 电容两端的电压不能瞬间改变需要时间充电/放电过程。这个特性在延时、滤波、电源稳压中至关重要。应用在电源电路中尤其是开关电源储能的作用。还有滤除电源中的交流纹波高频和低频输出更平滑的直流电压常大小电容组合使用。二极管二极管是用半导体材料(硅、硒、锗等)制成的一种电子器件。它具有单向导电性能即给二极管阳极加上正向电压时二极管导通。当给阳极和阴极加上反向电压时二极管截止。因此二极管的导通和截止则相当于开关的接通与断开。二极管的正向压降一般为0.3V或者0.7V。此外二极管反接还可以当作稳压二极管使用此时二极管的反向电压恒定。三极管三极管全称应为半导体三极管也称双极型晶体管是一种控制电流的半导体器件。其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号也用作无触点开关。三极管分两种型号PNP和NPN,一般根据箭头的指向来判断三极管时NPN型还是PNP型箭头都是由P指向N。c是集电极b是基极e是发射极。NPN型导通条件1、 Vbe电压大于导通电压通常为0.6V至0.7V根据芯片资料确定芯片资料上可能称为恒压峰值Vbe(on)2、不导通的时候相当于断路导通的时候C端和E端之间会有一个很小的压降芯片手册上称为集电极-发射极饱和压降写作Vce(sat)或者Vce(on)一般为几十到几百毫伏。PNP型导通条件1、Vbe电压小于导通电压通常为-0.6V至-0.7V详细看芯片资料。2、导通的时候发射极和集电极之间也会有一个小压降。三极管有三种状态截止状态放大状态饱和状态。截至状态当加在三极管发射结的电压小于PN结的导通电压发射结反偏基极电流为零集电极电流和发射极电流都为零集电极和发射极之间相当于开关的断开状态放大状态当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压并处于某一恰当的值时三极管的发射结正向偏置集电结反向偏置这时基极电流对集电极电流起着控制作用使三极管具有电流放大作用饱和状态当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压并当基极电流增大到一定程度时集电极电流不再随着基极电流的增大而增大即发射结和集电结都是正向偏置应用截止和饱和状态下三极管失去放大作用主要作为电子开关使用。放大状态下三极管具有线性控制能力主要作为信号放大器使用。MOS管MOSFET管是FET的一种广泛应用于功率放大开关控制电机驱动DC-DC转换射频信号处理。可以被制造成增强型或耗尽型P沟道或N沟道共4种类型但实际应用的只有增强型的N沟道MOS管和增强型的P沟道MOS管所以通常提到NMOS或者PMOS指的就是这两种。mos管有有三个引脚漏极(D)源极(S)栅极(G)。栅极是控制导通的漏极和源极分别是电源流入和流出端。NMOS的特性Vgs大于一定的值就会导通适合用于源极接地时的情况低端驱动只要栅极电压达到4V或10V就可以了。PMOS的特性Vgs小于一定的值就会导通适合用于源极接VCC时的情况高端驱动。三极管与MOS管相比BUCK、BOOST、BUCK-BOOS电路BUCK(降压)电源要给负载供电需要经过电感所以导通时电源经开关和电感给负载供电断开时电感为维持电流阻碍电流突变产生反向感应电动势上负下正二极管 D 正向导通形成 “电感 L → 开关管 S2 → 负载 R → 电容 C” 的续流回路而输出电压低于输入电压这就是降压。BOOST(升压)电感和电源串联在一起导通时电源先给电感存能断开后电感为了维持电流端电压 反向输出电压就是vin反向后的电感电压输出电压大于输入电压这就是升压。BUCK-BOOST电路当开关管导通时输入电流从流过电感直接到地电源的能量以磁场能的形式存储在电感中右端输出主要由电容放电来维持。当开关断开时电感中的电流不会立即归零电感感应出电压维持电流使二极管正向导通之前储存的能量释放给负载。所以此电路是从电感先从电源一侧存储能量再转过来释放给负载。升压还是降压需要靠存和放的时间比列来算。LDOLDOlow dropout regulator即低压差线性直流稳压电源模模块。工作原理是将反馈电压的大小输出给运放来调整内部功率管MOSFET或BJT的导通程度从而“消耗”掉多余的电压使输出电压稳定在设定值。类似于一个可变电阻通过调整电路的阻抗变化使输出电压保持稳定。图一 LDO典型电路设计DC-DC开关电源DC-DCDirectcurrent-Directcurrent转换器一般由控制芯片、电感线圈、二极管、三极管、电容器等构成通过控制内部开关管MOSFET的快速导通和关断开关频率从几十kHz到几MHz配合电感和电容进行能量的储存和释放来实现电压的变换。开关电源DC-DC包括三种类型BUCK降压、BOOST升压、BUCK/BOOST升降压。而且LDO只能降压不能升压DCDC比较灵活可升可降STM32启动过程第 1 步上电 / 复位与时钟初始化STM32 芯片上电后硬件会自动复位。首先启动内部高速时钟HSI虽然精度不高但能保证最基本的锁相环稳定和时钟树配置完成。待锁相环锁定后再切换到外部高速时钟HSE或者其他设定时钟源。系统时钟SYSCLK、AHB 总线时钟HCLK、APB1 总线时钟PCLK1以及 APB2 总线时钟PCLK2等在此阶段被初始化完成第 2 步堆栈初始化启动文件首先会分配一段连续内存作为栈Stack栈顶指针SP复位后指向该区域起始地。程序运行中局部变量、函数调用返回地址等暂存于此区域。同样启动文件会分配一段连续内存作为堆Heap用于程序动态内存申请malloc/free等操作作用给程序运行准备堆栈空间第 3 步读取 复位中断服务函数地址存储各种中断和复位向量入口地址的表格称为向量表。在启动阶段硬件会访问特定地址初始化中断。向量表基地址0x00000000: BOOT00/BOOT1x 时即 FLASH 启动模式CPU 从 FLASH 起始处读取向量表起始地址重映射。0x00000004: 复位中断向量地址RESET HANDLERCPU 将取出复位向量地址并执行复位中断处理函数第 4 步跳转到 Reset_Handler 复位函数这是程序真正执行的第一行代码由启动文件startup_stm32xx.s提供。第 5 步初始化数据段.data将 初始化变量 从 Flash 复制到 RAM例如int a 10;第 6 步清零未初始化数据段.bss把 int b; 这类未赋值变量全部清 0防止随机值导致程序异常第 7 步跳转到 C 语言的 main () 函数上电 ↓ 读栈顶地址(SP) ↓ 读复位函数地址 ↓ 执行 Reset_Handler ↓ 初始化 .data 和 .bss ↓ 进入 main() ↓ while(1) 死循环GPIO的工作原理GPIO代表通用输入/输出是一种用于与外部设备通信的通用接口。GPIO控制器框图GPIO的工作模式输入模式上拉输入、下拉输入、浮空输入。GPIO输入模式常用来检查芯片外部IO引脚的状态外部电压经过TTL施密特触发器之后将输出逻辑最终写于GPIO寄存器。TTL施密特触发器施密特触发器是一种整形电路可以将输入信号整形为方波信号当输入电压高于正向阈值电压输出为高当输入信号低于负向阈值电压输出为低。IO口信号经过触发器后可以将电平分为高电平与低电平也就是1和0的数字信号。TTL施密特触发器上触发点2.31V0.7*VDD1.7V≤VDD≤3.6VTTL施密特触发器下触发点0.99V0.3*VDD1.7V≤VDD≤3.6V5V容忍输入电压范围-0.3V~5.5V2V≤VDD≤3.6V上拉输入上拉输入的特点是具有内部上拉电阻引脚的默认电平为高电平常用于检测外部信号为低电平。下拉输入下拉输入的特点是具有内部下拉电阻引脚的默认电平为低电平常用于检测外部信号为高电平。浮空输入浮空输入模式是一种高阻态模式不设置上拉或者是下拉引脚不连接到外部电路处于高阻状态。当接入外部电路时则可通过读取引脚的电平状态来检测外部信号高低电平的变化。GPIO输出模式GPIO控制器输出模式主要是由P-MOS管和N-MOS管组成的一个结构单元。当P-MOS管和N-MOS管同时工作可组成推挽输出模式。当只有N-MOS管工作时可组成开漏输出模式。推挽输出推挽输出模式是根据P-MOS和N-MOS管的工作方式命名的。在该结构单元输入一个低电平时P-MOS管导通N-MOS管截止对外输出高电平。在该结构单元输入一个高电平时P-MOS管截止N-MOS管导通对外输出低电平。开漏输出开漏输出模式时不论输入是高电平还是低电平P-MOS管总处于关闭状态。当输入高电平时N-MOS管导通输出即为低电平当输入低电平时N-MOS管截止这个时候引脚状态既不是高电平也不是低电平我们称之为高阻态。如果想让引脚输出高电平那么引脚必须外接一个上拉电阻由上拉电阻提供高电平。复用模式IO复用模式主要是为后续各种控制器驱动对应外设时提供的一个配置将IO引脚设置为复用模式后该管脚状态的控制不再由GPIO控制器控制其高低状态而是由对应的外设控制器进行状态控制。模拟模式GPIO模拟输入的原理相对简单IO引脚上的模拟电压在GPIO部分不做任何处理直接输入到芯片内部的ADC控制器部分进行采样处理。