User 硬件使用手册 Manual UM01010101 V1.00 Date: 2015/07/11 类别 关键词 摘要 内容 QN9020;QN9021;ZLG9021P0-1; 介绍 ZLG9021P0-1 配套评估板的硬件电路和接口使用说明 广州周立功单片机科技有限公司
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目录 1. 开发套件简介... 1 1.1 产品图片... 1 1.2 产品特性... 1 2. 芯片 / 模块简介... 2 2.1 QN902x 介绍... 2 2.2 ZLG9021P0-1 蓝牙模块介绍... 3 3. 管脚说明... 4 3.1.1 J2/J3 接口管脚说明... 4 3.1.2 J5/J6/J12 接口管脚说明... 4 3.1.3 J1 接口管脚说明... 5 3.1.4 J7/J14 接口管脚说明... 5 3.1.5 J15 接口管脚说明... 6 3.1.6 J17 接口管脚说明... 6 4. 硬件电路设计... 7 4.1 电源... 7 4.2 USB 转 UART 电路... 7 4.3 LED 与按键电路... 8 4.4 LM75AD 温度传感器电路... 8 4.5 MMA8452Q 三轴加速度传感器电路... 8 4.6 FXAS21002 陀螺仪传感器电路... 9 4.7 调试接口... 9 附录 A 物料清单... 10 5. 免责声明... 11 1
1. 开发套件简介 是广州周立功单片机科技有限公司为广大企业用户 电子工程师 创客和高校师生精心设计的基于 ZLG9021P0-1 蓝牙模块的评估工具, 方便用户短时间内对 ZLG9021P0-1 蓝牙模块或 NXP QN902x 蓝牙芯片进行测试评估, 加快产品上市 集成 ZLG9021P0-1 蓝牙模块, 并引出该模块的所有引脚, 方便用户评估 针对蓝牙 4.0 应用对功耗有特殊需求的特点, 该评估板将模块电源单独设计并将外围通过短接帽与模块连接, 可以方便用户测试模块功耗和外围功能扩展 同时, 评估板上集成温度传感器 加速度传感器以及预留陀螺仪传感器, 并支持电池供电, 方便用户进行智能设备的开发评估 1.1 产品图片 实物如图 1.1 所示 图 1.1 实物 1.2 产品特性 Mini-USB 供电或电池供电 ; 集成 ZLG9021P0-1 蓝牙模块 ; 集成 LM75AD 温度传感器 ; 集成 MMA8452Q 三轴加速度传感器 ; 预留 FXAS21002 陀螺仪传感器电路 ; 集成按键和 LED; 集成 USB 转串口功能 ; 引出蓝牙模块所有引脚, 方便用户进行评估 ; 双层 PCB 工艺, 尺寸 :100mm 74mm 1
2. 芯片 / 模块简介 2.1 QN902x 介绍 QN902x 是一款超低功耗 高性能和高集成性的蓝牙 v4.0 节能 (BLE) 解决方案, 适合于蓝牙智能应用, 例如运动 / 保健 人机接口设备以及支持应用程序的智能配件 它专门针对可穿戴电子器件设计, 并且可以在小容量电池 ( 如纽扣电池 ) 上运行 QN902x 将 BLE 无线电 控制器 协议栈和配置软件集成于单个芯片上, 从而可以灵活 简单地使用 BLE SoC 解决方案 它还包括一个高性能 MCU 和片上存储器, 从而可以支持用户开发单芯片无线 MCU 解决方案 用户还可通过将其连接至应用处理器将 QN902x 用作网络处理器, 以实现更高级应用 其他系统功能包括完全集成的 DC/DC 和 LDO 低功耗睡眠定时器 电池监控器 温度传感器 通用 ADC 和 GPIO, 从而进一步降低了总系统成本和大小 QN902x 的工作电压范围为 2.4 V 至 3.6 V, 并且在所有模式下均具有极低功耗, 从而在电池驱动系统中具有更长的使用寿命, 同时保持出色射频性能 芯片特性 : 真正的单芯片 BLE SoC 解决方案 集成式 BLE 无线电 完整的 BLE 协议栈和应用程序配置文件 支持主机和丛机模式 主机模式下高达 8 个同步链路 射频 -95 dbm RX 灵敏度 ( 非直流 - 直流模式 ) -93 dbm RX 灵敏度 ( 直流 - 直流模式 ) TX 输出功率为 -20 dbm 至 4 dbm 快速 可靠的 RSSI 和通道质量指示 兼容全球射频规定 极低功耗 单电源 (2.4 V 至 3.6 V) 集成式直流 - 直流和 LDO 2 μa 深度睡眠模式 3 μa 睡眠模式 (32 khz RC OSC 开启 ) 9.25 ma Rx 电流 ( 直流 - 直流 ) Tx 功率为 0 dbm 时的 8.8 ma Tx 电流 ( 直流 - 直流 ) 紧凑型 6x6 QFN48 和 5x5 QFN32 封装 微控制器 集成式 32 位 ARM Cortex M0 MCU 64 kb 系统存储器 用户可控制代码保护 高度集成 2
4 通道 10 位通用 ADC 两个通用模拟比较器 多达 31 个 GPIO 引脚 GPIO 引脚可用作中断源 4 个通用定时器 32 khz 睡眠定时器 看门狗定时器 带校准功能的实时时钟 2 通道可编程 PWM 两个 SPI/UART 接口 I²C 主 / 从接口 掉电检测器 电池监控和温度传感器 AES-128 安全协处理器 16/32 MHz 晶体振荡器 低功率 32 khz RC 振荡器 32.768 khz 晶体振荡器 2.2 ZLG9021P0-1 蓝牙模块介绍 ZLG9021P0-1 是基于 NXP QN9021 蓝牙 Soc 设计的一款低成本 低功耗和小尺寸的蓝牙 4.0 BLE 模块, 该模块采用半孔工艺将 I/O 引出, 帮助客户绕过繁琐的射频硬件设计 开发与生产, 加快产品上市 完善的软件开发平台可满足快速开发需求, 减少软件投入, 缩短研发周期 该模块方便迅速桥接电子产品和智能移动设备, 可广泛应用于有此需求的各种电子设备, 如仪器仪表 健康医疗 智能家居 运动计量 汽车电子和休闲玩具等 图 2 ZLG9021P0-1 蓝牙模块 3
3. 管脚说明 通过将模块电源单独设计并将外围通过短接帽与模块连接, 可以方便 用户测试模块功耗和外围功能扩展 3.1.1 J2/J3 接口管脚说明 J2/J3 是将 ZLG9021P0-1 模块的引脚完整的引出, 具体功能请参考 ZLG9021P0-1 的数据 手册 表 1 J2/J3 管脚说明 J2 J3 管脚号 标号 管脚号 标号 1 P31 1 RST 2 P30 2 P23 3 P06 3 P24 4 P07 4 P26 5 P03 5 P27 6 P00 6 P10 7 P17 7 P11 8 VCC 8 P12 9 VDD 9 P13 10 GND 10 GND 3.1.2 J5/J6/J12 接口管脚说明 J5/J6/J12 是电源相关接口, 其中 J5 是根据模块的供电模式 (DC-DC 模式或 LDO 模式 ) 来 决定是否短接, 如表 2 所示 J6 是选择是否给模块供电, 用户可以通过 J6 来测试模块功耗, 如表 3 所示 J12 是选择供电方式 :USB 板载电源供电或电池供电, 如表 4 所示 表 2 J5 管脚说明 1 VCC 模块电源引脚 2 VDD 模块的供电模式决定是否和 1 脚短接 DC-DC 模式 : 不短接 LDO 模式 : 短接 ( 目前出厂模块均为 LDO 模式 ) 表 3 J6 管脚说明 1 VCC 模块电源引脚 2 3.3V 板载 3.3V 电源 4
表 4 J12 管脚说明 1 REG USB 电源经 LDO 输出的 3.3V 板载电源 2 3.3V 板载 3.3V 电源输入端 1 和 2 脚短接 : 采用 USB 供电 2 和 3 脚短接 : 采用电池供电 3 BAT 3V 电池电源 3.1.3 J1 接口管脚说明 J1 是 M0 内核仿真接口, 主要便于仿真器通过该 SWD 接口对模块进行仿真调试, 如表 5 所示 表 5 J1 管脚说明 1 3.3V 板载 3.3V 电源 2 WCLK M0 内核调试接口 :SWCLK 3 WDIO M0 内核调试接口 :SWDIO 4 GND 地 3.1.4 J7/J14 接口管脚说明 J7 和 J14 主要是传感器接口, 其中 J14 是 LM75AD 和 ZLG9021P0-1 模块的 I 2 C 连接接口, 如表 6 所示 J7 是 MMA8452Q 和 FXAS21002 芯片和 ZLG9021P0-1 模块的 I 2 C 连接接口, 如表 7 所示 表 6 J14 管脚说明 1 SDA LM75AD 芯片 I 2 C 接口的 SDA 引脚 2 P23 ZLG9021P0-1 模块的 SDA 引脚 3 SCL LM75AD 芯片 I 2 C 接口的 SCL 引脚 4 P24 ZLG9021P0-1 模块的 SCL 引脚 表 7 J7 管脚说明 1 SCL MMA8452Q 和 FXAS21002 芯片 I 2 C 接口的 SCL 引脚 2 P24 ZLG9021P0-1 模块的 SCL 引脚 3 SDA MMA8452Q 和 FXAS21002 芯片 I 2 C 接口的 SDA 引脚 4 P23 ZLG9021P0-1 模块的 SDA 引脚 5 MINT2 MMA8452Q 芯片的中断引脚 2 6 P12 ZLG9021P0-1 模块的引脚 P12 7 MINT1 MMA8452Q 芯片的中断引脚 1 8 P13 ZLG9021P0-1 模块的引脚 P13 5
续上表 9 FINT1 FXAS21002 芯片的中断引脚 1 10 P07 ZLG9021P0-1 模块的引脚 P07 11 FINT2 FXAS21002 芯片的中断引脚 2 12 P06 ZLG9021P0-1 模块的引脚 P06 3.1.5 J15 接口管脚说明 J15 是 LED 相关接口, 可以通过是否用短接帽短接来选择 LED 进行实验, 如表 8 所示 表 8 J15 管脚说明 1 GND 地 2 GND 地 3 LED4 LED4 控制引脚 4 P27 ZLG9021P0-1 模块的引脚 P27 5 LED5 LED5 控制引脚 6 P26 ZLG9021P0-1 模块的引脚 P26 7 LED6 LED6 控制引脚 8 P31 ZLG9021P0-1 模块的引脚 P31 3.1.6 J17 接口管脚说明 J17 是串口接口, 可通过短接帽连接将 ZLG9021P0-1 模块的串口连接到 USB 转串口实现 和 PC 进行通信, 如表 9 所示 表 9 J17 管脚说明 1 RX USB 转串口芯片 XR21V1410IL16 的 UART 输入引脚 2 TX0 ZLG9021P0-1 模块 UART0 的输出引脚 3 TX USB 转串口芯片 XR21V1410IL16 的 UART 输出引脚 4 RX0 ZLG9021P0-1 模块 UART0 的输入引脚 6
4. 硬件电路设计 硬件电路由广州周立功单片机科技有限公司的工程师精心设计, 电路主要包括供电电源 USB-To-UART 电路 LED 与按键电路 传感器电路和调试接口 下面将对各部分电路做简要说明 4.1 电源电源有 USB 供电与电池供电两种方式可供选择, 若 J12-1 与 J12-2 连接, 系统由 USB 提供电源,5V 电源输入给 SPX3819 转换输出 3.3V, 用于整个系统供电 若 J12-3 与 J12-2 连接, 系统由电池供电, 用 2 节 1.5V 干电池串接, 输出 3V 给整个系统供电 LED1 为电源指示灯 ( 绿色 ), 当系统供电正常时, 该指示灯常亮, 电路设计如图 4.1 所示 图 4.1 电源电路 4.2 USB 转 UART 电路为便于模块调试, 本系统加入了 USB 转 UART 电路, 电路设计如图 4.2 所示 采用 XR21V1410 单通道全速 USB-To-UART 芯片, 速率高达 12Mbps 为了防止热插拔过程的静电损坏该芯片, 在数据线上连接了 ESD 保护器件 PRTR5V0U2X 同时, 加入了 LED2 与 LED3 作为接收与发送的状态指示灯 图 4.2 USB 转 UART 电路 7
4.3 LED 与按键电路该 Demo 板上包含 3 个 LED 和 3 个独立按键 3 个 LED 作为通用 LED(LED4~LED6) 3 个按键作为通用按键 (S1~S3) LED 和按键电路如图 4.3 所示 使用 LED 时, 需要将 J15 对应引脚按照接口说明描述短接起来 图 4.3 LED 与按键电路其中 LED 为低电平有效 ( 低电平亮 ), 按键为低电平有效 ( 按下为低电平 ) 4.4 LM75AD 温度传感器电路 LM75AD 是一个高速 I 2 C 接口的温度传感器, 可以在 -55 ~+125 的温度范围内将温度直接转换为数字信号, 精度可达 0.125 LM75AD 的 7 位器件地址为 1001xxx, 后 3 位由用户通过 A0~A2 引脚自定义 电路设计如图 4.4 所示 图 4.4 LM75AD 温度传感器电路 上图中将 A0 A1 A2 硬件拉为低电平, 故温度传感器的 7bit 地址为 1001000 A0-A2 4.5 MMA8452Q 三轴加速度传感器电路 MMA8452Q 是一款具有 12 位分辨率的智能低功耗 三轴电容式加速度传感器 具有 ± 2g/±4g/±8g 的用户可选量程, 可以实时输出高通滤波数据和非滤波数据 该传感器是一款 采用 I 2 C 接口的数字传感器, 其器件地址为 001110x, 通过 SA0 引脚的高低电平来决定从机 地址, 本设计 SA0 为低电平, 故 7 位地址为 0011100, 电路设计如图 4.5 所示 8
图 4.5 三轴加速度传感器电路 4.6 FXAS21002 陀螺仪传感器电路 FXAS21002 是一款 3 轴陀螺仪, 可通过 I 2 C SPI 两种接口进行数据读取,FXAS21002 陀螺仪工作时功耗极低, 能进行最大满量程范围为 ±2000 /s 的测量, 输出数据速率高达 800Hz 本设计电路采用 I 2 C 接口进行数据读取, 其器件地址为 001000x, 通过 MISO/SA0 引脚的高低电平来决定从机地址, 本设计 MISO/SA0 为低电平, 故 7 位地址为 001000, 电路设计如图 4.6 所示 图 4.6 陀螺仪传感器电路 4.7 调试接口 SWD 调试下载采用 4 PIN 接口 (SWDIO SWCLK VCC GND), 与仿真器连接进行程序下载与调试, 电路设计如图 4.7 所示 图 4.7 调试接口 9
附录 A 物料清单 产品名称 : 制作 : 建立日期 :2015-07-11 名称 型号 封装 厂商 RoHS 数量 单位 标号 电阻 470Ω 0603 Ralec RoHS 6 只 R4,R9,R 10,R11, R12,R1 3 电阻 4.7KΩ 0603 Ralec RoHS 7 只 R2,R3,R 5,R6,R7,R8,R14 电容 103,±10%,50V,X7R 0603 murata RoHS 1 只 C10 电容 104,±10%,50V,X7R 0603 murata RoHS 5 只 C2,C3,C 8,C13,C 14 电容 225,2.2μF,±10%,16V,X5R 0603 murata RoHS 1 只 C12 电容 10μF,6.3V,X5R,GRM188R60J10 6M 0603 murata RoHS 1 只 C9 电容 475,4.7μF,±10%,10V,X5R 0805 RoHS 1 只 C1 电容 106,10μF,±10%,25V,X5R 1206 RoHS 1 只 C11 LED4,L 发光二极红色,0805 0805 RoHS 3 只 ED5,LE 管 D6 发光二极管 绿色,0805 0805 RoHS 3 只 LED1,L ED2,LE D3 IC XR21V1410IL16TR-F QFN-16 EXAR 1 片 U6 IC SPX3819M5-L-3-3 SOT-23-5 EXAR RoHS 1 片 U4 IC LM75AD SO-8 NXP 1 片 U5 IC PRTR5V0U2X SOT-14 3B NXP RoHS 1 片 U7 IC MMA8452Q Freescale 1 片 U2 IC FXAS21002 Freescale 1 片 U3 轻触按键 6 6 5.0mm, 黑色,SMD 3 只 S1,S2,S 3 轻触按键 6 6 5.0mm, 红色,SMD 1 只 S4 USB 插座 MiniUSB-B,5P/F,7.6 9 4,SMD RoHS 1 只 J16 蓝牙模块 ZLG9021P0-1 1 片 U1 电池盒 2 1.5v,5# 1 只 J13 PCB 100*76mm,FR-4,1.6mm 1 块 10
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