一、电阻1.电阻的工作原理电阻内部晶格原子持续小幅热振动通电后定向移动的自由电子与原子碰撞电子损失动能减速晶格原子获得动能加剧震动电子的定向运动动终转化为热能释放。二、电容1.电容的组成构造两个导电强的金属板夹一个绝缘层边缘有两个引脚组成电源正极把正电荷推到上级板负极把负电荷拉到下极板两块板分别堆满相反电荷极板之间形成电场电能以电场形式存储。2.电容的工作原理滤波稳压当电压突然变大时此时电容两端电压低于输入电压多余电流给电容充电 电荷存入电容极板把多余电能存起来。当电压突然变小时 电容两端电压高于线路电压电容立刻对外放电释放储存的电荷补充电流 补上瞬间缺失的电能阻止电压大幅下跌。耦合隔直交流电不停的变化电容不停的充电放电一侧的电压波动会通过电场感应传到另一个级板从而形成交流电的传递而直流电的方向不变在电容充电时电路电流不断衰减在充满电后完全隔直因此直流电无法传递。旁路去耦电容并联在元件的两端使高频干扰只通过电容而不通过主路进入到芯片只让直流走主线干扰从电容流回到地。在芯片和地之间就近并联小电容芯片内高速通断会产生很大的瞬时电流会导致供电电压降低而小电容会放电来稳定电压。三、电感的工作原理1.电感的组成构造由一根带绝缘层的导线绕成线圈可搭配磁芯来增强磁场两端引出接线引脚通电线圈会产生磁场能量以磁场能储存。2.电感的工作原理滤波当电感串联时直流稳定通过几乎无阻力而交流电通过时电感会产生反向电压来抵消交流电压对交流电形成阻碍。当电感串联加电容并联接地时交流电先通过电感抵挡大部分交流波纹剩余的少量杂波被并联电容导入地使电压非常的平滑干净。振荡电容和电感接在一起先给电容充满电储存电场能电容开始放电电流流过电感电能全部变成电感的磁场能电感不想电流消失感应反向电压反过来给电容反向充电磁场能变回电场能一直循环电压、电流周期性上下波动生成正弦交流信号。四、二极管二极管是只允许电流单向导通、反向截止的二端半导体器件由P型半导体和N型半导体组成两者紧密合在一起的接触面形成PN 结。正向偏置导通阳极电压阴极电压时电子、空穴顺利穿过 PN 结电流流通。反向偏置截止阴极电压阳极电压时几乎无电流通过相当于断路。 电压过高会击穿 PN 结永久损坏二极管。五、三极管三极管全称双极型晶体管BJT是三端半导体控制元件依靠微小输入电流控制大电流属于电流控制器件。分两类NPN 型、PNP 型。NPNN发射区— P基区— N集电区PNPP发射区— N基区— P集电区三极管有三种状态截止状态发射结零偏 / 反偏集电结反偏相当于开关断开。饱和状态发射结正偏集电结正偏相当于通路。放大状态发射结正偏集电结反偏具有电流放大功能。六、MOS管增强型MOS管分N 沟道增强型 NMOS、P 沟道增强型 PMOS两者都有四个电极G 栅极控制导通输入电压控制导电S 源极载流子发源端D 漏极载流子流出端B 衬底基底电极多数电路中衬底和源极短接。无栅极电压时源极和漏极之间绝缘、几乎无电流必须给栅极加开启电压 VGS (th) 才能生成导电沟道。NMOS 增强当GS的电压大于GS的开启电压大于零时才导通。PMOS 增强当GS的电压小于GS的开启电压小于零时才导通。七、BUCK、BOOST、BUCK-BOOST电路1.BUCK开关管高速通断把输入高压直流斩成断续高压脉冲电感、电容配合储能滤波抹平脉冲波动当导通时间小于整体周期时输出平均电压就一定低于输入电压实现降压。导通阶段开关 MOS 导通通路Vin → 开关S → 电感L → 电容C → 地。电感电流线性上升电感储存磁场能量同时给电容充电、给负载供电。关断阶段开关断开电感电流不能突变会产生反向感应电动势维持电流流动电感L → 电容负载 → 二极管D → 回到 电感L。电感释放储存的磁场能量继续给负载和电容供电电流线性下降。2.BOOST电感串在输入侧二极管隔开电感与输出电容导通时电感把电能存成磁场断开瞬间电感变出一个反向电压和输入电压串联相加叠加后的高压给输出电容充电电容维持更高的输出直流。导通阶段通路Vin → L → MOS → GND二极管反向截止和输出完全断开电感两端电压 Vin左正右负电感电流线性上升储存磁场能量此时负载只靠输出电容 C 放电维持电压。关断阶段断开时电感电流不能突变产生反向感应电动势电感极性翻转右正左负此时电感电压 输入电压叠加在一起通路Vin → L → D → C / 负载 → GND电感释放之前储存的能量叠加输入电压一起给电容充电、给负载供电。3.BUCK-BOOST电感 L 在开关与二极管中间输入和输出地不共地输出电压极性与输入相反当导通时间比关断时间短(D 0.5)时实现降压当导通时间比关断时间长(D 0.5)时实现升压。导通阶段通路Vin → MOS → 电感 L → GND电感左正右负电流上升储存磁能二极管截止输出电容独自放电带负载。关断阶段电感极性反转二极管导通电感把上阶段存的所有能量释放给输出电容与负载。 整个输出能量完全来自电感储存的磁场。八、DC-DC和LDO的区别1.LDOLDO本质是串联可变电阻输入电压高于输出多余电压全部以热量损耗掉电流全程连续流过功率管无开关动作并且只能降压不能升压。2.DC-DCDC-DC靠高速开关 电感储能能量转换不靠发热分压开关高频通断电感储存 / 释放能量传递功率从而实现升降压。九、STM32启动过程1.上电 / 复位供电上电电源稳定后产生复位信号内核、外设全部清零。复位释放瞬间硬件读取 BOOT0、BOOT1 引脚电平选择启动地址启动模式BOOT0BOOT1启动介质主要用途主闪存存储器0X任意主Flash正常运行用户程序系统存储器10系统存储器串口下载程序ISP芯片出厂预置内置SRAM11内置SRAM调试用程序掉电丢失适合快速验证CPU跳转到选中的启动基地址一次读取两个数据CPU先从启动地址读取数据然后赋值给主栈指针(MSP)初始化完栈指针后CPU开始访问启动基地址4读取里面存的地址这个地址是复位中断服务函数Reset_Handler的入口也就是 startup.s 里的汇编启动代码。硬件直接跳转到这个地址开始执行汇编指令从此进入软件初始化流程。2.startup.s 汇编启动文件执行Reset_Handler 是复位入口函数所有初始化操作都写在这个函数里第一步栈堆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。启动文件还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等操作第二步初始化数据段.data将Flash中初始化变量拷贝到SRAM中.data里存放的是全局/静态变量int a 5第三步清零未初始化数据段.bss.bss存放的是未初始化的全局/静态变量int b把这些变量默认值为0防止随机值导致程序异常。第四步调用 SystemInit () 时钟初始化首先启动内部高速时钟(HSL)然后切换到外部高速时钟(HSE),并配置PLL倍频、配置 AHB/APB 总线分频第五步跳转到 C 语言的 main 函数十、GPIO工作原理1.TTL施密特触发器TTL施密特触发器是一种整形电路将输入信号整形为方波信号当输入很低时慢慢上升输出是高电平当电压超过触发点时输出立即变成低电平当输入很高时慢慢下降输出是低电平当电压低于触发点是输出变回高电平。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≤3.6V2.输入模式上拉输入开启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。下拉输入开启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。浮空输入上下拉电阻全部关闭引脚不连接外部电路处于高阻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。3.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为高阻态。如果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。4.模拟模式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。5.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。
STM32基础
一、电阻1.电阻的工作原理电阻内部晶格原子持续小幅热振动通电后定向移动的自由电子与原子碰撞电子损失动能减速晶格原子获得动能加剧震动电子的定向运动动终转化为热能释放。二、电容1.电容的组成构造两个导电强的金属板夹一个绝缘层边缘有两个引脚组成电源正极把正电荷推到上级板负极把负电荷拉到下极板两块板分别堆满相反电荷极板之间形成电场电能以电场形式存储。2.电容的工作原理滤波稳压当电压突然变大时此时电容两端电压低于输入电压多余电流给电容充电 电荷存入电容极板把多余电能存起来。当电压突然变小时 电容两端电压高于线路电压电容立刻对外放电释放储存的电荷补充电流 补上瞬间缺失的电能阻止电压大幅下跌。耦合隔直交流电不停的变化电容不停的充电放电一侧的电压波动会通过电场感应传到另一个级板从而形成交流电的传递而直流电的方向不变在电容充电时电路电流不断衰减在充满电后完全隔直因此直流电无法传递。旁路去耦电容并联在元件的两端使高频干扰只通过电容而不通过主路进入到芯片只让直流走主线干扰从电容流回到地。在芯片和地之间就近并联小电容芯片内高速通断会产生很大的瞬时电流会导致供电电压降低而小电容会放电来稳定电压。三、电感的工作原理1.电感的组成构造由一根带绝缘层的导线绕成线圈可搭配磁芯来增强磁场两端引出接线引脚通电线圈会产生磁场能量以磁场能储存。2.电感的工作原理滤波当电感串联时直流稳定通过几乎无阻力而交流电通过时电感会产生反向电压来抵消交流电压对交流电形成阻碍。当电感串联加电容并联接地时交流电先通过电感抵挡大部分交流波纹剩余的少量杂波被并联电容导入地使电压非常的平滑干净。振荡电容和电感接在一起先给电容充满电储存电场能电容开始放电电流流过电感电能全部变成电感的磁场能电感不想电流消失感应反向电压反过来给电容反向充电磁场能变回电场能一直循环电压、电流周期性上下波动生成正弦交流信号。四、二极管二极管是只允许电流单向导通、反向截止的二端半导体器件由P型半导体和N型半导体组成两者紧密合在一起的接触面形成PN 结。正向偏置导通阳极电压阴极电压时电子、空穴顺利穿过 PN 结电流流通。反向偏置截止阴极电压阳极电压时几乎无电流通过相当于断路。 电压过高会击穿 PN 结永久损坏二极管。五、三极管三极管全称双极型晶体管BJT是三端半导体控制元件依靠微小输入电流控制大电流属于电流控制器件。分两类NPN 型、PNP 型。NPNN发射区— P基区— N集电区PNPP发射区— N基区— P集电区三极管有三种状态截止状态发射结零偏 / 反偏集电结反偏相当于开关断开。饱和状态发射结正偏集电结正偏相当于通路。放大状态发射结正偏集电结反偏具有电流放大功能。六、MOS管增强型MOS管分N 沟道增强型 NMOS、P 沟道增强型 PMOS两者都有四个电极G 栅极控制导通输入电压控制导电S 源极载流子发源端D 漏极载流子流出端B 衬底基底电极多数电路中衬底和源极短接。无栅极电压时源极和漏极之间绝缘、几乎无电流必须给栅极加开启电压 VGS (th) 才能生成导电沟道。NMOS 增强当GS的电压大于GS的开启电压大于零时才导通。PMOS 增强当GS的电压小于GS的开启电压小于零时才导通。七、BUCK、BOOST、BUCK-BOOST电路1.BUCK开关管高速通断把输入高压直流斩成断续高压脉冲电感、电容配合储能滤波抹平脉冲波动当导通时间小于整体周期时输出平均电压就一定低于输入电压实现降压。导通阶段开关 MOS 导通通路Vin → 开关S → 电感L → 电容C → 地。电感电流线性上升电感储存磁场能量同时给电容充电、给负载供电。关断阶段开关断开电感电流不能突变会产生反向感应电动势维持电流流动电感L → 电容负载 → 二极管D → 回到 电感L。电感释放储存的磁场能量继续给负载和电容供电电流线性下降。2.BOOST电感串在输入侧二极管隔开电感与输出电容导通时电感把电能存成磁场断开瞬间电感变出一个反向电压和输入电压串联相加叠加后的高压给输出电容充电电容维持更高的输出直流。导通阶段通路Vin → L → MOS → GND二极管反向截止和输出完全断开电感两端电压 Vin左正右负电感电流线性上升储存磁场能量此时负载只靠输出电容 C 放电维持电压。关断阶段断开时电感电流不能突变产生反向感应电动势电感极性翻转右正左负此时电感电压 输入电压叠加在一起通路Vin → L → D → C / 负载 → GND电感释放之前储存的能量叠加输入电压一起给电容充电、给负载供电。3.BUCK-BOOST电感 L 在开关与二极管中间输入和输出地不共地输出电压极性与输入相反当导通时间比关断时间短(D 0.5)时实现降压当导通时间比关断时间长(D 0.5)时实现升压。导通阶段通路Vin → MOS → 电感 L → GND电感左正右负电流上升储存磁能二极管截止输出电容独自放电带负载。关断阶段电感极性反转二极管导通电感把上阶段存的所有能量释放给输出电容与负载。 整个输出能量完全来自电感储存的磁场。八、DC-DC和LDO的区别1.LDOLDO本质是串联可变电阻输入电压高于输出多余电压全部以热量损耗掉电流全程连续流过功率管无开关动作并且只能降压不能升压。2.DC-DCDC-DC靠高速开关 电感储能能量转换不靠发热分压开关高频通断电感储存 / 释放能量传递功率从而实现升降压。九、STM32启动过程1.上电 / 复位供电上电电源稳定后产生复位信号内核、外设全部清零。复位释放瞬间硬件读取 BOOT0、BOOT1 引脚电平选择启动地址启动模式BOOT0BOOT1启动介质主要用途主闪存存储器0X任意主Flash正常运行用户程序系统存储器10系统存储器串口下载程序ISP芯片出厂预置内置SRAM11内置SRAM调试用程序掉电丢失适合快速验证CPU跳转到选中的启动基地址一次读取两个数据CPU先从启动地址读取数据然后赋值给主栈指针(MSP)初始化完栈指针后CPU开始访问启动基地址4读取里面存的地址这个地址是复位中断服务函数Reset_Handler的入口也就是 startup.s 里的汇编启动代码。硬件直接跳转到这个地址开始执行汇编指令从此进入软件初始化流程。2.startup.s 汇编启动文件执行Reset_Handler 是复位入口函数所有初始化操作都写在这个函数里第一步栈堆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。启动文件还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等操作第二步初始化数据段.data将Flash中初始化变量拷贝到SRAM中.data里存放的是全局/静态变量int a 5第三步清零未初始化数据段.bss.bss存放的是未初始化的全局/静态变量int b把这些变量默认值为0防止随机值导致程序异常。第四步调用 SystemInit () 时钟初始化首先启动内部高速时钟(HSL)然后切换到外部高速时钟(HSE),并配置PLL倍频、配置 AHB/APB 总线分频第五步跳转到 C 语言的 main 函数十、GPIO工作原理1.TTL施密特触发器TTL施密特触发器是一种整形电路将输入信号整形为方波信号当输入很低时慢慢上升输出是高电平当电压超过触发点时输出立即变成低电平当输入很高时慢慢下降输出是低电平当电压低于触发点是输出变回高电平。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≤3.6V2.输入模式上拉输入开启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。下拉输入开启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。浮空输入上下拉电阻全部关闭引脚不连接外部电路处于高阻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。3.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为高阻态。如果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。4.模拟模式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。5.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。
