前言

• 比赛内容偏向于软件编程，本篇可以跳过不看。在软件设计中涉及的相关硬件知识会在后面的软件篇中进行补充
• 文章中涉及的资料在GitHub中自取：PCB-Design/蓝桥杯嵌入式开发板CT117E-M4（基于STM32G431RBT6） at main · CSUST-IOTQRS/PCB-Design

CT117E-M4蓝桥杯竞赛平台

开发板介绍

• 嵌入式竞赛实训平台（CT117E-M4）是北京国信长天科技有限公司设计、生产的一款“蓝桥杯全国软件与信息技术专业人才大赛-嵌入式设计与开发科目”专用竞赛平台，平台以STM32G431RBT6为主控芯片，预留扩展板接口，可为用户提供丰富的实验场景。

板载资源

资源	配备
微控制器	STM32G431RBT6
调试器	CMSIS DAP-Link
USB转串口	1路
TFT-LCD	2.4寸
功能按键	4个
复位键	1个
八路D型透明锁存器（控制LED）	SN74HC573ADWR
LED	8个
E2PROM	AT24C02
可编程电阻芯片	1个（100k）
信号发送器	2路
电位器	4个
扩展接口	2个

PCB布局

• 如果想要学习这一款开发板的PCB绘制，可以去Github中获取资源。PCB使用立创EDA专业版制作，布局和器件选型于参考手册基本一致，走线是自己摸索的。

跳线

• 为方便配置和扩展功能，竞赛平台上预留了各种配置跳线，用于选择不同的功能。
• 现在的比赛已经取消了扩展板的使用，所以这些跳线在平常实际操作中都不去动用

序号	跳线编号	功能说明	备注
1	J6	调试器/SWCLK	断开后调试器不可用
2	J7	调试器/NRST	断开后调试器不可用
3	J8	调试器/SWDIO	断开后调试器不可用
4	J9	脉冲输出/PB4
5	J10	脉冲输出/PA15
6	J11	电位器分压/PB15
7	J12	电位器分压/PB12
8	J13	USB D+/PA12	USB通信
9	J14	USB D-/PA11	USB通信
10	J15	可编程电阻 W
11	J16	可编程电阻 B
12	J17	参考电源/VREF+

电位器功能

序号	跳线编号	功能说明	备注
1	电位器 R37	模拟电压输出	在0~3.3V电压范围内调节
2	电位器 R38	模拟电压输出	在0~3.3V电压范围内调节
3	电位器 R39	脉冲输出	调整脉冲输出的频率
4	电位器 R40	脉冲输出	调整脉冲输出的频率

引出接口

电路设计原理图

MCU基本电路

滤波电容

• 首先左上角的电容的职能是滤波电容，负责芯片电源滤波。100nf是常见的经验取值，负责高频滤波。在实际电路中的直流电并不是理想直流电，是带不同频率脉动直流电，所以需要进行滤波给单片机输入稳定的直流电源

晶振电路

• 这里使用的是无源晶振，外接的电容是负责电容，具体取值要参考数据手册

复位电路

• 这里的复位电路是典型设计，复位电路中的电容，其核心作用是利用 “电容两端电压不能突变” 这一基本物理特性，为微控制器（MCU）提供一个持续时间可控的复位脉冲，确保系统能够从一个确定无疑的初始状态开始工作。

启动电路

• STM32通过BOOT0和BOOT1（有些型号只有BOOT0）两个引脚的电平组合来决定芯片复位后从什么地方开始执行程序。这里直接把BOOT0接地就是正常工作模式，从内部Flash运行用户程序

  BOOT1	BOOT0	启动模式	用途说明
  X	0	主闪存存储器	正常工作模式，从内部Flash运行用户程序
  0	1	系统存储器	串口下载模式，用于通过串口烧录程序
  1	1	内置SRAM	调试模式，用于调试和测试

ADC参考电位电路

• 电路功能：芯片左下角设计了LC滤波电路，用于电源去耦和噪声滤波，确保输出洁净、稳定的电压。
• 引脚作用：该电压直接供给VREF+引脚，作为芯片内部模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)的基准电压。

DAP-Link与串口调试接口

• CT117E-M4程序下载和调试需要连接CN2（USB-TypeB）接口，并保证NRST、
  SWCLK、SWDIO的跳线连接。调试器的USB转串口功能默认与STM32G431RBT6
  微控制器USART1连接。

DAP-Link电路原理图

• 左上角是常用的LDO降压方案，电容用于滤波，输入端进行了短路保护设计
• DAP-Link下载器选用的芯片是STM32F103C8T6，下载DAP-Link的固件后就可以用作芯片的下载器/调试器。与之同理的ST-Link也是如此，不过芯片选型用的是STM32F103CBT6（更大的Flash）
• USB接口处在USB-D+/-信号处串联的电阻是用作USB信号的阻抗匹配（高速信号中的设计规则），同时给USB-D+接入一个上拉电阻，作用是告诉主机“我是全速设备”。详细参考这篇博客https://www.cnblogs.com/wcat/p/13843641.html

模拟输出

• 简单的电位器串电阻分压，引脚与MCU的ADC引脚相连可获取该点的电压值

信号发生器

XL555（俗称三五定时器）

• 这里是用三五定时设计的脉冲发生电路，主要靠调节R40/R39的电阻值改变脉冲的频率。可调节的频率范围为：700Hz~14000Hz（三五定时器的使用自行查阅）

LED指示灯电路

SN74HC573ADWR芯片

• 这是74系列的D触发器（数电的知识），简单的概括这个芯片的功能就是把芯片右边的D引脚上的电平进行锁存，同时给同步到左边的Q引脚控制LED。锁存的功能通过对LE引脚的电平设计控制
• 为什么要用这个芯片？因为这里的引脚与控制LCD屏幕的引脚有冲突，这么做是为了做隔离。只要LE引脚不操作，不管D引脚上的电平怎么变化都不会影响到LED。

UBS通信接口

• 这里的USB接口所连接的引脚是做USB通信用的，与前面的PA9/PA10的串口通信接口不是一个概念

LCD屏幕引脚

• LCD屏幕排针直插主板的排母连接

四路按键

• 这里的按键对芯片的引脚都进行了上拉，在按键按下的时候接地，检测0电平即可判断按键是否按下

AT24C02+MCP4017

IIC通信接口

• 芯片的IIC通信引脚要进行上拉设置

AT24C02

• AT24C02是一个2K位串行CMOS E2PROM， 内部含有256个8位字节，CATALYST公司的先进CMOS技术实质上减少了器件的功耗。AT24C02有一个16字节页写缓冲器。该器件通过IIC总线接口进行操作，有一个专门的写保护功能。

MCP4017

• 通过IIC通信写入数据后可以调整内部电阻值，同时接入了芯片的PB14引脚可以通过ADC读取该点的电位

扩展接口

• 芯片的外用引脚通常用排母或者排针对外引出使用
• 这里的J3引脚是用于外接扩展板的，但是比赛已经不使用扩展板了，所以这里就不再介绍扩展板

结语

• 之后将开始更新比赛的软件部分，关注本栏及时获取后续更新📚