STM32自己从零开始实操06:无线电路原理图

一、WIFI 模块电路设计

1.1指路

延续使用 ESP-12S 芯片，封装 SMD 16x24mm。
实物图
原理图与PCB图

2.2电路图

电路较为简单，如下图：

2.2.1引脚说明

|----|------|----|---------------------------------|
| 序号 | 引脚 | 名称 | 描述 |
| 1 | RST | 复位 | 复位引脚，低电平有效 |
| 3 | EN | 使能 | 芯片使能端，高电平有效 |
| 8 | VCC | 电源 | 3.3V VDD;外部供电电源输出电流建议在 500mA 以上 |
| 9 | GND | 地 | 接地 |
| 15 | RXD0 | 读 | UART0_ RXD；GPIO3；I2SO_DATA |
| 16 | TXD0 | 写 | UART0_ TXD；GPIO1 |

2.2.2需要说明

（1）复位和使能

芯片内部已经有上拉，外部直接控制就可以。

（2）滤波电容

1. 我的想法：0.1uF 陶瓷电容
2. 数据手册：0.1uF＋1uF 陶瓷电容
3. 老师想法：RVT1A101M0505（100uF 铝电解电容）
4. 最终想法：采用老师的想法
5. 原因1：ESP-12S 芯片在工作时可能会有较大的电流波动，尤其是在无线传输数据时。100uF的铝电解电容能够提供足够的电容容量来应对这些电流波动，平滑电源电压。
6. 原因2：老师的器件选择都是经过调试的，后续应该更加实用。

（3）RXD0、TXD0

通过串口通信，连接单片机的串口

二、SIM 弹片式卡座（中卡）

2.1指路

创新使用芯片 MICRO SIM 6P H1.35 （自弹式）和 ESDA6V1-5W6 的TVS 管。

（没有找到和老师一模一样的器件，最终选择的是和老师的选型比较接近的器件）
SIM卡座实物图
原理图与PCB图
TVS管实物图
原理图与PCB

2.2需要知道

|----------|-------|----------------|
| 引脚相连 || 功能 |
| SIM卡 | SIM卡座 | / |
| SIM_VDD | VCC | 供电 3.3V |
| SIM_DATA | I/O | 传输数据 |
| SIM_CLK | CLK | 时钟 |
| SIM_RST | RST | 复位 |
| SIM_DET | / | SIM卡在位检测，设计中没用 |
[SIM卡和卡座接口定义]

2.3电路图

关于以下的说明我只想说我理解的最大原因只有一个：就是 SIM 卡座和 SIM 卡是可分离的两个接触型器件，所以对两者的保护格外多一点。

（1）51Ω 电阻作用

• 阻抗匹配：在高速信号传输中，线路的阻抗匹配非常重要。串联一个适当值的电阻可以帮助匹配信号源的输出阻抗和传输线路的特性阻抗，从而减少反射和信号失真。
• 信号完整性：高频信号容易产生反射和振荡，串联电阻可以起到衰减高频尖峰的作用，减少反射和振荡，确保信号的完整性。
• 电流限制：在某些情况下，串联电阻也可以起到限制电流的作用，保护电路不受瞬态电流冲击的损害。
• 51Ω 是一个常用的标准值，接近常见的信号线的特性阻抗（通常为50Ω ），因此可以很好地用于阻抗匹配和减少反射。
• 具体值的选择可能经过了设计和测试的权衡，确保在实际应用中达到最佳效果。

（2）30pF电容

• 高频滤波：并联电容可以滤除高频噪声和干扰，特别是从 SIM 卡座到地之间的高频噪声。这有助于稳定信号，减少 EMI 影响。
• 信号去耦：并联电容还可以在信号线和地之间提供一个低阻抗通路，使得高频噪声能够快速泄放到地，减少干扰。
• 30pF 是一个相对较小的电容值，适合滤除高频噪声而不会显著影响信号传输。
• **具体值的选择是基于设计和测试的结果，**确保在实际应用中有效抑制高频噪声，同时不影响信号的正常传输。

（3）TVS管

ESDA6V1-5W6 是一种多线保护二极管阵列，用于防止静电放电（ESD）和电涌对电子设备的破坏，通常在敏感信号线与地之间连接，用来吸收并泄放 ESD 能量，防止对电路的破坏。它的应用在SIM卡接口中具有重要意义，尤其是对于SIM卡的信号线（SIM_RST、SIM_CLK、SIM_DATA）。

• ESD保护：ESD 是指静电放电，这种事件可能会产生高达几千伏的电压瞬变，足以损坏电子元件。ESDA6V1-5W6 能够快速响应，提供低阻抗路径，将过量电荷引导到地，从而保护电路。
• 浪涌保护：除了 ESD 保护，它也能在一定程度上保护电路免受其他类型的电涌冲击。

选择ESDA6V1-5W6 是因为它能够同时保护多条信号线，具有快速响应时间、低电容和合适的钳位电压。将其与串联电阻和并联电容结合使用，可以全面提高电路的稳定性和可靠性。

三、GPRS 电路设计

3.1指路

延续使用 SIM800C 24Mbit 。
实物图
原理图与PCB图

3.2自己解读数据手册

3.2.1功能模块图

下图列出了模块的主要功能部分：

• GSM基带
• GSM射频
• 天线接口
• 其他接口

3.2.2引脚说明

|------------|--------------------------------|-----|--------------------------------------------------------------------------------------------|--------------------------|
| 引脚序号 | 引脚名称 | I/O | 描述 | 备注 |
| 34、35 | VBAT | I | 模块提供 2 个 VBAT 电源引脚。SIM800C 采用单电源供电，电压范围 3.4V~4.4V。电源要能够提供足够的峰值电流以保证在突发模式时高达 2A 的峰值耗流。 | |
| 28 | VRTC | I/O | 实时时钟电源输入：当系统电源 VBAT 没电时给实时时钟提供电流输入，当 VBAT 有电而且后备电池电压过低时可以给后备电池进行充电。 | VRTC 引脚上接电池或者电容。 |
| 40 | VDD_EXT | O | 2.8V 电源输出 | 如果不用，保持悬空 |
| GND | 8、13、19、21、 27、30、31、 33、36、37 | | 接地 | VBAT 回流 GND，推荐使用 36，37 脚 |
| 开机 关机 |||||
| PWRKEY | 39 | I | 通过拉低 PWRKEY 可以实现模块的开启和关闭 | 模块内部已经上拉至 3V |
| 音频接口 |||||
| MICP | 9 | I | 音频一路输入正端和负端 | 如果不用，保持悬空 |
| MICN | 10 | I | 音频一路输入正端和负端 | 如果不用，保持悬空 |
| SPKP | 11 | O | 音频一路输出正端和负端 | 如果不用，保持悬空 |
| SPKN | 12 | O | 音频一路输出正端和负端 | 如果不用，保持悬空 |
| GPIO 接口 |||||
| NETLIGHT | 41 | O | 网络状态指示灯 | 如果不用，保持悬空 |
| STATUS | 42 | O | 运行状态指示灯 | 如果不用，保持悬空 |
| 串口 |||||
| UART1 _DTR | 6 | I | 数据终端准备 | 如果不用，保持悬空 |
| UART1_RI | 7 | O | 振铃指示 | 如果不用，保持悬空 |
| UART1_DCD | 5 | O | 数据载波检测 | 如果不用，保持悬空 |
| UART1_CTS | 4 | O | 清除发送 | 如果不用，保持悬空 |
| UART1_RTS | 3 | I | 请求发送 | 如果不用，保持悬空 |
| UART1_TXD | 1 | O | 数据发送 | 如果不用，保持悬空 |
| UART1_RXD | 2 | I | 数据接收 | 如果不用，保持悬空 |
| UART2_TXD | 22 | O | 数据发送 | 如果不用，保持悬空 |
| UART2_RXD | 23 | I | 数据接收 | 如果不用，保持悬空 |
| 调试接口 |||||
| USB_VBUS | 24 | I | 用于调试以及下载 | 如果不用，保持悬空 |
| USB_DP | 25 | I/O | 用于调试以及下载 | 如果不用，保持悬空 |
| USB_DN | 26 | I/O | 用于调试以及下载 | 如果不用，保持悬空 |
| 模数转换（ADC） |||||
| ADC | 38 | I | 10bit 通用模拟数字转换器 | 如果不用，保持悬空 |
| 外部 SIM 卡接口 |||||
| SIM_VDD | 18 | O | SIM 卡 1.8V/3V 电源输入 | 所有引脚预留TVS管位置，防止 ESD 干扰 |
| SIM_DATA | 15 | I/O | SIM 卡数据输入/输出 | 所有引脚预留TVS管位置，防止 ESD 干扰 |
| SIM_CLK | 16 | O | SIM 卡时钟 | 所有引脚预留TVS管位置，防止 ESD 干扰 |
| SIM_RST | 17 | O | SIM 卡复位 | 所有引脚预留TVS管位置，防止 ESD 干扰 |
| SIM_DET | 14 | I | 外部 SIM 卡在位检测脚 | 如果不用，保持悬空 |
| 天线接口 |||||
| GSM_ANT | 32 | I/O | 连接 GSM 天线 | |
| BT_ANT | 20 | I/O | 连接 BT 天线 | |
| 射频同步信号 |||||
| RF_SYNC | 29 | O | 射频发射同步信号 | |

3.2.3接口应用

本项目有以下几个模块没有使用：

四、无线部分总结

在硬件设计中，无线部分通常是指设备实现无线通信所需的各种模块和组件。本项目无线部分包含WIFI 模块、SIM 卡座和 GPRS 模块，它们各自有不同的功能和作用，组合起来可以实现多种无线通信功能。以下是这些组件的详细说明：

4.1WIFI模块（ESP-12S）

• 功能：WIFI 模块用于连接无线局域网（WLAN），实现设备与网络之间的通信。ESP-12S 是一种常用的 WIFI 模块，基于 ESP8266 芯片，支持 2.4GHz 频段的 WIFI 连接。
• 作用 ：提供设备与互联网或局域网的无线连接，常用于物联网（IoT）设备中，用于数据传输、远程控制等。

4.2 SIM卡座（MICRO SIM 6P H1.35）

• 功能：SIM 卡座用于插入 SIM 卡，SIM 卡提供蜂窝网络连接的身份验证。
• 作用 ：SIM 卡座是 GPRS 模块工作所需的重要部件，SIM 卡提供蜂窝网络服务，允许设备通过蜂窝网络进行通信。

4.3 GPRS模块（SIM800C 24Mbit）

• 功能：GPRS（General Packet Radio Service）模块用于通过蜂窝网络进行数据通信。SIM800C 是一个常用的 GPRS 模块，支持 2G 蜂窝网络。
• 作用 ：提供设备与互联网或其他设备的无线数据连接，尤其在没有 WIFI 网络的情况下，通过蜂窝网络进行通信。

4.4其他相关组件

• 网络指示灯：通常用于指示网络状态，例如连接成功、数据传输中等。
• 开关机信号：用于控制模块的电源状态。
• 网络指示灯：指示 GPRS 模块的工作状态，如信号强度、连接状态等。

4.5这些组件的协同工作

• WIFI模块：用于连接 WIFI 网络，当设备在有 WIFI 覆盖的环境下工作时，通过 WIFI 进行通信。常用于数据量大或需要高带宽的应用场景。
• SIM卡座和GPRS模块：用于蜂窝网络通信。当设备在没有 WIFI 覆盖的环境下工作时自动切换，通过插入 SIM 卡并使用 GPRS 模块进行通信。适合需要广覆盖或移动环境下使用。