控制模块的功能简述 控制模块电路原理图设计

在本节中，我们来完成控制模块的电路设计。首先我们需要对控制模块做一下简单的功能分析，也就是说我们先要了解控制模块都具有哪些功能，然后再逐步的完成这些功能。

• 控制系统处理器和其周边电路功能
• 电源模块插槽
• NanoPi插槽
• 其它接口（距离模块、GPIO等）

实际上我们所做的控制模块除了本身的功能之外，还需要将电源模块和NanoPi两个电路板插在其上方组合在一起，所以我们的控制电路板的整体结构如下：

也就是说，控制模块是一个底板，上面带有几组插槽，电源模块和NanoPi通过引脚插入到底板当中完成组装。

此外，控制模块还需要接入超声波模块用于测量前方障碍物到车体的距离，以及一些预留的GPIO引脚。

现在我们来完成控制模块的电路设计，首先是芯片的选型，我们本来可以选用STM32F103RCT6作为控制模块的处理芯片，并在其上完成嵌入式程序的开发，但就目前情况来看此芯片价格高居不下，于是我们选用了STM32F407VET6，也就是说使用了Cortex-M4系列芯片来作为我们的处理芯片。

第一步，为STM32F407VET6加入到我们的电路原理图当中：

第二步，在12和12脚上加入外部晶振电路，其中晶振频率为8MHz，两个电容均为22pF：

第三步，为14脚加入复位电路，并将94脚BOOT0和37脚BOOT1通过下拉电阻接地：

第四步，为VBAT、VDD、VSS、VDDA、VERF接入电源并接入电容：

第五步，为72脚和76脚加入SWD固件烧写接口，即1.27mm间距孔（使用其它间距也可以，例如2.54mm间距）：

第六步，为VCAP加入电容：

这样我们的STM32F407VET6的基础电路就完成，之后我们需要在相应的GPIO上加入我们定制的功能。

功能一：加入AD采集功能，我们使用PA0、PA1、PC2、PC3进行电压采集，分别是ADC1_CH0、ADC1_CH1、ADC1_CH12、ADC1_CH13，其中ADC1_CH0为我们的电源电压采集功能，其它通道为预留功能：

功能二：电机驱动信号PWM输出，我们使用TIM4的4个PWM输出脚PD12、PD13、PD14、PD15以及TIM3的4个PWM输出脚PC6、PC7、PC8、PC9，其中TIM3的4路PWM输出为预留功能：

功能三：使用HCSR04超声波测距功能，接入PD9和PD8，由于HCSR04的ECHO脚输出是5V，所以我们使用10K和20K分压电阻将其转为3.33V：

功能四：我们参考MPU6050电子陀螺仪的外围电路，将其加入到设计图当中，并将PA6和PA7接入到其中，也就是I2C1接口，其中PB6和PB7都加了10K的上拉电阻：

功能四：我们使用PE0和PE1两个引脚来作为系统的信号指示灯：

功能五：加入与电源模块的接口，此接口我们在前一节中已经完成，对应的连接到控制模块中。接口中输入5V电源，我们需要通过AMS1117电源芯片将其转为3.3V，同时加入一个LED电源指标灯，当电源工作正常时LED灯亮起：

功能六：加入NanoPi接口并将其USB接口引出，NanoPi与我们控制模块中有几个部分需要连接：

电源接口5V供电。

使用串口与STM32连接。

引出USB插槽到控制模块。

我们参考NanoPi Duo2的GPIO接口来完成相应的功能：

其中，U4为USB插座，用于插入USB摄像头；P3为NanoPi-Duo2自身的Debug接口；NanoPi的UART1和STM32的UART1相连，用于数据通信，注意Tx和Rx需要反相接入。

功能七：使用串口2作为STM32的Debug接口：

最后：引出预留的5V电源和3V电源以及一些GPIO脚：

这样，我们就基本上完成了控制模块的电路设计，整体设计原理图如下：

可以看到我们的STM32F407VET6和NanoPi-Duo2剩余了很多GPIO引脚没有被使用，包括I2C、SPI、UART、GPIO等功能，读者可以根据自己的需要加入相应的功能。我们将在下一节来对控制模块的电路进行布局和布线。