3.3 存储电路部分
存储电路部分是微控制器与外部flash存储器进行数据的存储与读取部分,主要包括外部flash存储器芯片、存储器芯片与微控制器通信所用到的接口SPI以及其相关引脚的连接。
3.3.1 外部flash存储器芯片
本系统选用W25Q64BV芯片作为外部数据存储器,W25Q64BV芯片是容量为8MB的串行flash存储器芯片,使用时只需一个2.7V~3.6V的供电电源,且正常工作时的电流可低至4mA,在掉电模式下可低至1uA,其大容量、低功耗的特点正是被选为本系统的外部数据存储器的主要原因之一。
该芯片主要特点是:
1)数据读写方式:可通过Standard SPI、Dual SPI和Quad SPI等串行数据传输方式进行数据的读写;
2)高速串行数据传输;
3)高效率的“连续读取”模式;
4)低电源要求,低功耗和宽温度适应范围;
5)灵活的4KB扇区结构;
6)先进的安全保护特性;
本系统使用的W25Q64BV串行flash存储器外形如图3.6所示:
3.3.2 存储电路设计
STM32微控制器通过标准SPI串口和外部存储芯片相连接,图3.7即为系统中的存储电路部分的连接:
其中微控制器作为主设备对W25Q64BV从设备进行读写控制。微控制器的串行外设接口(SPI)资源,具有传输数据量大的特点,该特点恰好满足了采集存储数据过程中数据传输的要求
微控制器的SPI1引脚和串行flash存储器芯片的引脚连接关系如下:
1)微控制器芯片的PA6引脚复用为SPI1的MISO脚,和外部存储器芯片的DO引脚相连,用于接收从存储芯片传输过来的数据;
2)微控制器芯片的PA7引脚复用为SPI1的MOSI脚,和外部存储器芯片的DI引脚相连,用于向存储芯片发送命令或数据;
3)微控制器芯片的PA5引脚复用为SPI1的SCK脚,和外部存储器芯片的CLK引脚相连,用于向存储芯片提供通信所需的时钟;
4)微控制器芯片的PA4引脚配置成标准I/O引脚,和外部存储器芯片的 引脚相连,用于片选存储芯片。
W25Q64BV的 和 引脚均连接到+3.3V正电源,即不使用该芯片的暂停和状态寄存器保护功能,并且在该种连接下,存储器芯片将工作在标准SPI方式下。
数据传输过程:由PA4脚进行存储器芯片的片选,微控制器经PA5脚向存储器芯片提供通信过程中使用 的时钟,并由PA7脚向存储器芯片发送命令或数据,通过PA6脚读取存储器的数据。
3.4 供电电路部分
供电电路主要由两部分组成:电平转换电路、微控制器和存储器芯片的电源电路。
3.4.1 电平转换电路
在本系统中,因整个电路的两个主要芯片:微控制器芯片STM32F103RET6的工作电压为2.0V~3.6V;存储器芯片W25Q64BV的工作电压为2.7V~3.6V。且系统调试时将直接使用由计算机USB口接出来的5V电压进行供电,故设计时使用了AMS1117电平转换芯片,用以将5V的供电电压转换成3.3V电压给微控制器芯片和存储器芯片使用。
电路中AMS1117采用的封装是8L SOLC形式的芯片,该封装如图3.8所示:
由该芯片构成的+5V到+3.3V电平转换电路如图3.9所示:
对系统而言,电源是系统正常工作的最根本保证,稳定的电源供应能够保证系统正常运行,而夹杂过多干扰的电源将有可能直接导致系统异常。为了有效滤除供电电源的各种干扰,在+5V供电电源输入和地之间并联了0.1uF和22uF的电容,在经AMS1117电平转换后的输出;引脚与地之间也并联了0.1uF和22uF的电容。
其中,22uF电容对于滤除低频干扰有较好的作用,但对应高频干扰,电容容易呈感性,阻抗很大,无法有效滤除高频干扰,因此并一个0.1uF的电容滤除高频分量。
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