本文來聊聊ROS移動機(jī)器人中控制器與樹莓派進(jìn)行傳輸信號的通信接口電路設(shè)計。在此之前回顧下在本項目第一篇文章中提到的硬件框圖，如下圖所示：

從圖中可以清楚地看出，樹莓派通過wifi和PC機(jī)通信，同時樹莓派通過串口與控制器通信。 目前市面上的樹莓派3B，4B在電路設(shè)計時已經(jīng)加入了WIFI模塊，可以通過編程與PC機(jī)通信，這里的電路設(shè)計我們不用考慮。 樹莓派與主控進(jìn)行通信時需要使用USART通信協(xié)議。 此時常用的方法是使用TTL模塊將USB協(xié)議轉(zhuǎn)成USART協(xié)議，這時就不可避免的在樹莓派上插入USB轉(zhuǎn)TTL模塊，然后通過杜邦線與主控連接。

使用這種方法，看似方便，但是系統(tǒng)的整體布線看起來會顯得非常凌亂，還會存在接觸不良的問題，引起控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定。 對于電路設(shè)計集成度和完美主義追求者，這點是不能容忍的。 所以在控制器設(shè)計中，直接將通信協(xié)議轉(zhuǎn)換電路集成到了PCB板中，提高了系統(tǒng)集成度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

USB轉(zhuǎn)TTL電路設(shè)計

在控制器原理圖設(shè)計中，集成了如下USB轉(zhuǎn)TTL電路。 這個電路比較常見，它支持串口通信，與STM32程序一鍵下載功能(可省去購買仿真器)。

在電路中VD10用于防止電流倒灌，防止在STM32不需要供電時，CH340G芯片的TX引腳依然給主控芯片供電引起的程序的錯誤執(zhí)行情況。

芯片中V3引腳除了在不同電壓供電模式下接法不同，對于電容數(shù)值選用也是需要注意的。 V3引腳的電容用于內(nèi)部電源節(jié)點退耦，來改善USB傳輸過程中的EMI，通常容量在4700pF到0.1uF范圍，建議容量為0.01uF。

在CH340G芯片設(shè)計中需要外接12M石英晶振和與之匹配的22pf高頻起振電容。 為芯片在通信過程中提供時鐘基準(zhǔn)。 在PCB布局和布線時需要保證晶振走線盡可能短，在晶振走線下方不要布其他信號線，當(dāng)條件允許時，可以對晶振走線進(jìn)行包地處理，以防止時鐘信號受到干擾。

STM32一鍵下載電路實現(xiàn)原理

下面我們來看看CH340G是如何實現(xiàn)STM32一鍵下載功能的。

STM32有以下三種啟動模式：

從表中可以知道，使用串口燒寫程序，需要配置BOOT0為1，BOOT1為0，如果想STM32一復(fù)位就運行代碼，需要配置BOOT0為0，BOOT1配置為什么都可以，為了實現(xiàn)這個功能，可以設(shè)計一個電路，通過CH340G芯片的DTR#和RTS#引腳的信號來控制電路狀態(tài)，從而間接控制STM32的RESET和BOOT0引腳的信號， 實現(xiàn)一鍵下載功能。 控制電路如下圖所示：

當(dāng)使用FlyMcu軟件時需要選擇DTR的低電平復(fù)位，RTS高電平進(jìn)BootLoader模式,如下圖所示，這樣在進(jìn)行程序燒寫時，DTR和RTS引腳就能夠進(jìn)行控制一鍵下載電路在適當(dāng)?shù)臅r刻，使STM32復(fù)位引腳和BOOT0處于正確的電平，實現(xiàn)STM32復(fù)位與程序燒寫。

首先FlyMcu控制DTR置低，則DTR#輸出高電平，同時RTS置高，則RTS#輸出低電平。 這時三極管Q1和Q2同時導(dǎo)通，NRST引腳被拉低單片機(jī)復(fù)位，BOOT0引腳拉高為1。 延時一段時間后FlyMcu控制DTR為高電平，則DTR#為低電平，RTS#持續(xù)保持為低電平，三極管Q1截止單片機(jī)停止復(fù)位，此時BOOT0依然維持高電平1，單片機(jī)進(jìn)入ISP模式，這時就可以實現(xiàn)STM32一鍵燒寫程序了。 其中DTR#和RTS#的波形如下圖所示。