Cortex-M4嵌入式开发板简介

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1.1 Cortex-M4嵌入式开发板框架设计

Cortex-M4嵌入式开发板主要包括如下四部分：

  1. 核心STM32F407IGT6芯片；

  2. 外围设备：包括LED灯、按键开关、数码管、蜂鸣器、UART接口、LCD屏接口、USB接口等；板载芯片包括AT24C02、CH455H等；开发板上还集成了电源、下载器等模块；

  3. 开发板的上面JD1黄排母是供摄像头模块OV2640使用；JD2黄排母供SPI/IIC接口lcd屏幕使用；P1排母引出FSMC总线，供大尺寸LCD屏使用；J2和J3单排针共有56个通用IO口和一些GND、Power通道；背面P2排母和正面P1排母管脚相同；

  4. USB下载电缆。开发板自带DAP-LINK仿真器，实现开发板与电脑之间的传输功能，用以下载代码、串口通信和给实验板供电；

图1.1.1是Cortex-M4嵌入式开发板实物图。STM32F4芯片的介绍将在1.2节给出，外围功能模块的介绍将在1.3节给出。

图1.1.1 Cortex-M4嵌入式开发板正面

1.2 ARM微处理器简介

ARM
STM32处理器

1.3 Cortex-M4嵌入式开发板外围功能模块介绍

1.3.1 输入操作类模块

该模块包括2个和ARM直接相连按键开关和16个和CH455H相连按键开关，用来输入外部操作信号，CH455H芯片和ARM通过IIC总线通信。

  1. 图1.3.1和图1.3.2为2个普通按键开关KEY1-KEY2的硬件连接图。表1.3.1为其引脚说明。按键开关一端接地，另一端接至STM32F4对应引脚，并通过上拉电阻接至3.3V电源。按键按下，与地接通，输入低电平；按键释放，通过上拉电阻接至电源，输入高电平。

图1.3.1 普通按键开关硬件连接图

图1.3.2 复位按键开关硬件连接图

表1.3.1 普通按键开关引脚说明

设备名 引脚号 PCB上硬件
KEY1 PG6 KEY17
KEY2 PG7 KEY18
  1. 图1.3.3为16个按键的硬件连接图，16个按键通过4*4矩阵方式（SEG0-SEG3;DIG0-DIG3）连接到CH455芯片端口，CH455自动扫描键盘，通过读取相应寄存器的值，就能够判断哪个按键按下。CH455与ARM通过IIC接口通信。表1.3.2为其引脚说明。


图1.3.3 16个按键硬件连接图

表1.3.2 CH455和ARM引脚说明

设备名 引脚号
CH455_SCL PC14
CH455_SDA PC15
CH455_INT PC13

1.3.2 输出显示类模块

该模块包括4盏LED灯、4位数码管，用来显示部分实验结果。

  1. 图1.3.4为4盏LED灯LED1-LED4的硬件连接图。表1.3.3为其引脚说明。LED灯为高电平驱动，即STM32F4向其输出高电平，则点亮；输出低电平，则熄灭。


图1.3.4 LED灯硬件连接图

表1.3.3 LED灯引脚说明

设备名 引脚号
LED1 PF6
LED2 PF7
LED3 PI10
LED4 PI11
  1. 图1.3.5为4位七段共阴极数码管COM1-COM4的硬件连接图。STM32通过IIC接口配置CH455H寄存器，CH455H芯片控制数码管显示和按键扫描。每位数码管由对应的位选信号DIG1-DIG4控制是否选中，低电平有效，即输出低电平则选中该位数码管；选中的七段共阴极数码管由七个字码段SEG0-SEG6以及小数点位SEG7控制是否点亮，高电平有效，即输出高电平对应的引脚点亮。IIC接口1.3.4为其引脚说明。


图1.3.5 数码管硬件连接图

表1.3.4 数码管引脚说明

设备名 引脚号
CH455_SCL PC14
CH455_SDA PC15
CH455_INT PC13

1.3.3串口UART模块

板载一个串口(USART3)连接到单片机STM32F103C8T6（JTAG功能）的串口，STM32F407可以通过USART3和上位机通信。

图1.3.7为STM32F407的USART3(PB10,PB11)和STM32F103C8T6的串口硬件连接图。表1.3.6为其引脚说明。

图1.3.7 UART硬件连接图

表1.3.6 UART引脚说明

设备名 引脚号
USART3_RX PB11
USART3_TX PB10

1.3.4 音频或发声类模块

该模块包括1个无源蜂鸣器，用来发声以表示某些实验现象或系统报警。图1.3.8为无源蜂鸣器的硬件连接图。通过STM32F4向其对应引脚输出低频的PWM波，可以使其发声。表1.3.7为其引脚说明。


图1.3.8 蜂鸣器硬件连接图

表1.3.7 蜂鸣器引脚说明

设备名 引脚号
BEEP PF8

1.3.5 存储器类模块

该模块包括1个EEPROM芯片24C02，作为外部存储器用来存储数据。

(1)图1.3.9为EEPROM芯片的硬件连接图。表1.3.8为其引脚说明。EEPROM存储数据掉电不丢失，EEPROM通过STM32F4的I2C引脚与之通信，实现数据的读写。

图1.3.9 EEPROM芯片硬件连接图

表1.3.8 EEPROM芯片引脚说明

设备名 引脚号
I2C2_SCL PF1
I2C2_SDA PF0

1.3.6 拓展IO口接口

该模块包括I2C、SPI、TIMER、ADC、DAC、UART、摄像头、TFT屏幕，主要涉及部分外设的复用IO引脚。

  1. JD2贴片排母座用于插接各种LCD模块，图1.3.16为硬件连接图。表1.3.15为其引脚说明。


图1.3.16 I2C/SPI/TIMER/ADC/DAC/UART硬件连接图

表1.3.15 引脚说明

设备名 引脚号 设备名 引脚号
SPI5_SCK PH6 I2C2_SCL PF1
SPI5_ MOSI PPF9 I2C2_SDA PF0
PF10 PF10 PH2 PH2
SPI5_MISO PPH7 PH3 PH3
SPI5_NSS PH5 PH4 PH4
PF4 PF4 PF2 PF2
PC2 PC2 PF3 PF3
  1. JD1模块连接0V2640摄像头模块，可通过DCMI总线数据采集。

图1.3.17 OV2640的硬件连接图。表1.3.16为其引脚说明。


图1.3.17 OV2640硬件连接图

表1.3.16 引脚说明

设备名 引脚号 设备名 引脚号
DCMI_PWDN PH15
DCMI_PIXCLK PA6 DCMI_D7 PI7
DCMI_D6 PI6 DCMI_D5 PI4
DCMI_D4 PH14 DCMI_D3 PH12
DCMI_D2 PH11 DCMI_D1 PH10
DCMI_D0 PH9 DCMI_RESET PH13
I2C1_SDA PB9 DCMI_HSYNC PH8
I2C1_SCL PB8 DCMI_VSYNC PI5
  1. P1和P2连接显示屏模块，可通过FMC总线控制外部TFTLCD屏幕。

图1.3.18的硬件连接图。表1.3.17为其引脚说明。


图1.3.18 TFT/FSMC硬件连接图

表1.3.17 P1引脚说明

设备名 引脚号 设备名 引脚号
GND GND PB10 PB10
GND GND PB11 PB11
FMC_NE3 PG10 FMC_NE2 PG9
FMC_A16 PD11 FMC_A17 PD12
FMC_A12 PG2 FMC_A13 PG3
FMC_A14 PG4 FMC_A15 PG5
FMC_A8 PF14 FMC_A9 PF15
FMC_A10 PG0 FMC_A11 PG1
3V3 3V3 PF13 PF13
GND GND FMC_D15 PD10
FMC_D14 PD9 FMC_D13 PD8
FMC_D12 PE15 FMC_D11 PE14
FMC_D10 PE13 FMC_D9 PE12
FMC_D8 PE11 FMC_D7 PE10
FMC_D6 PE9 FMC_D5 PE8
FMC_D4 PE7 FMC_D3 PD1
FMC_D2 PD0 FMC_D1 PD15
FMC_D0 PD14 RESET RESET
FMC_NOE PD4 FMC_NWE PD5
FMC_A18 PD13 FMC_NE1 PD7
  1. J2单排针扩展IO。

图1.3.19 J2硬件连接图

  1. J3单排针扩展IO。

图1.3.20 J3硬件连接图