STM32 LoRaWAN探索板B-L072Z-LRWAN1中文用户手册

天南地北客

译者：本文译自意法半导体官方文档UM2115第1版，翻译有不当之处，敬请指正！

UM2115用户手册

支持LoRaWAN和 LPWAN协议的STM32L0探索套件

前言

B-L072Z-LRWAN1探索套件采用了 Murata公司的CMWX1ZZABZ-091 LoRa模块。该探索套件允许用户可以在一个单独模块中轻松开发使用STM32L072CZ和LoRa RF射频连接的应用程序。

B-L072Z-LRWAN1探索套件具有STM32L0系列提供的全部功能，并提供超低功耗和LoRa RF射频功能。B-L072Z-LRWAN1探索套件是低成本且易于使用的开发套件，可快速评估和开始开发STM32L072CZ微控制器。

B-L072Z-LRWAN1探索套件包括 LoRa RF射频接口、LED、按钮、天线、Arduino Uno V3连接器和Micro-B USB 2.0 FS接口。板载的ST-LINK/V2-1为STM32L0微控制器提供了在线调试器和编程器。

LoRaWAN堆栈符合A级和C级认证。它在I-CUBE-LRWAN固件包内。

B-L072Z-LRWAN1探索套件可直接访问http://mbed.org上ARM mbed的在线资源以及若干示例，帮助用户设置完整的LoRaWAN节点。

图 1. B-L072Z-LRWAN1 LoRa探索套件

1        功能

B-L072Z-LRWAN1探索板具有以下功能：

•        Murata 村田公司的CMWX1ZZABZ-091 LoRa模块：

–        采用超低功耗STM32L072CZ系列微控制器，基于ARM Cortex-M0+内核，具有192 KB的闪存，20 KB RAM，20 KB EEPROM

–        USB 2.0 FS

–        4通道12位的ADC，两路ADC

–        6位定时器、LP-UART、I2C和SPI

–        板载SX1276收发器

–        LoRa、FSK、GFSK、MSK、GMSK和OOK调制

–        +14 dBm或+20 dBm可选输出功率

–        最大链路预算为157 dB

–        可编程位速率高达300 Kbit/s

–        高灵敏度：低至-137 dBm

–        防弹前端：IIP3 = -12.5 dBm

–        89 dB的抗阻塞能力

–        低RX电流为10 mA，寄存器保持为200 nA

–        完全集成的合成器，分辨率为61 Hz

–        内置用于时钟恢复的位同步器

–        同步字识别

–        前导码检测

–        127 dB+动态范围RSSI

•        SMA和U.FL射频接口连接器

•        包括50欧姆SMA射频天线

•        板载ST-LINK / V2-1仿真器/编程器，支持USB重新枚举功能：大容量存储设备、虚拟串口和调试端口

•        探索板供电电源：

–        USB ST LINK/V2-1

–        USB FS接口

–        来自Arduino Uno V3连接器的 外部VIN

–        CN13接口的外部3.3 V

–        USB充电器

–        电池

•        3xAAA型电池座，用于独立操作

•        7个LED指示灯：

–        4个通用LED

–        1个5V供电的LED

–        1个ST-LINK通信LED

–        1个故障电源LED

•        2个按钮（用户和复位）

•        Arduino Uno V3连接器

•        支持ARM mbed（详见 http://mbed.org）

2        产品标记

标记为“ES”或“E”的评估工具尚未合格，因此它们还没有准备好用作参考设计或生产。 任何由此类使用产生的后果ST不会负责。 在任何情况下，ST不会对使用这些工程样品工具作为参考设计或生产的任何客户负责。

“E”或“ES”标记位置示例如下：

•        在电路板上焊接的目标STM32上（有关STM32标记的说明，请参见www.st.com上STM32数据手册的“封装信息”部分）。

•        在评估工具订购编号旁边，粘贴或丝印在电路板上

3        约定

表1提供了本文件中使用的一些约定的定义。

表 1. ON/OFF约定

约定	定义
跳线 JPx ON	安装跳线
跳线JPx OFF	未安装跳线
焊桥SBx ON	使用焊锡连接SBx
焊桥SBx OFF	SBx连接断开

4        系统要求

•        Windows操作系统（XP、7、8、10）， 64位Linux或者OS X

•        USB Type-A转Micro-B电缆

5        开发环境

•        Keil MDK-ARM

•        IAR EWARM

•        基于GCC的IDE，包括AC6公司的SW4STM32免费版

•        ARM  mbed在线编译环境

6        演示软件

演示软件预装在STM32闪存中。 可以在www.st.com/i-cube-lrwan网页下载最新版本的演示源代码和相关文档。

7        订购和产品信息

在安装和使用本产品之前，请接受www.st.com/stm32app-discovery网页的评估产品许可协议。

有关STM32L072探索套件的更多信息，请访问www.st.com/stm32app-discovery 网页。

要订购B-L072Z-LRWAN1探索套件，请参考表2。

表 2. 订购信息

RPN	目标STM32
B-L072Z-LRWAN1	STM32L072CZ

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8        硬件布局和配置

B-L072Z-LRWAN1探索套件围绕Murata村田的LoRa模块设计，包括采用49引脚WLCSP封装的STM32L072CZ微控制器。

图2显示了Murata村田的LoRa模块与外设（ST-LINK / V2、RF天线、LED、按钮、USB 2.0 FS Micro-B连接器、3xAAA电池座）之间的连接。

图3和图4帮助用户在STM32L072探索套件上找到这些功能。

图 2. 硬件框图

图 3. B-L072Z-LRWAN1顶层布局

图 4. B-L072Z-LRWAN1底层布局

8.1           B-L072Z-LRWAN1探索套件机械尺寸图

图5. B-L072Z-LRWAN1机械尺寸图

8.2           嵌入式ST-LINK/V2-1

B-L072Z-LRWAN1探索套件集成了ST-LINK / V2-1编程和调试工具。 与ST-LINK/V2相比，变化如下：

ST-LINK / V2-1支持的新功能：:

•        USB软件重新枚举

•        在USB上虚拟COM端口

•        在USB上的大容量存储接口

•        USB端口上需求超过100mA的电流的USB电源管理

ST-LINK / V2-1不再支持这些功能：

•        SWIM接口

•        应用电压低于3 V

欲了解有关V2和V2-1版本两者通用的调试和编程功能的基本信息，请参考用于STM8和STM32的ST-LINK / V2在线调试器/编程器用户手册（UM1075）。

8.2.1           驱动程序

ST-LINK/V2-1需要一个专用的USB驱动程序，可以在www.st.com找到适用于Windows XP、 7、8和10的驱动程序。

在安装驱动程序之前，当B-L072Z-LRWAN1探索套件连接到PC时，在PC的设备管理器中一些B-L072Z-LRWAN1接口有可能显示为“未知设备”。在这种情况下，用户必须安装驱动程序文件，并从设备管理器更新连接设备的驱动程序。

注：        推荐使用“USB复合设备”进行全面修复。

图 6. USB复合设备

8.2.2           ST-LINK/V2-1固件更新

ST-LINK/V2-1集成了一个固件升级机制，用于通过USB端口进行原位升级。由于固件可能在ST-LINK/V2-1的生命周期内发生变化（比如新的功能、错误修复、支持新的微控制器系列），推荐在开始使用B-L072Z-LRWAN1探索板时，访问www.st.com以保持最新的固件版本，且定期回访。

8.3           电源

B-L072Z-LRWAN1探索套件设计为以多种方式供电。 只需要使用一条Micro-B USB电缆插入到 PC的USB端口。 在这种模式下，通过CN7上的ST-LINK / V2-1 USB端口对电路板进行编程和调试。 可以使用以下不同供电方式的任意一个：

•        连接到CN13的外部+3.3 V（必须连接CN13的+3.3 V和GND引脚）

•        在Arduino Uno V3连接器上插入7-12 V直流电源：CN4的8脚VIN和7脚GND（VIN 和GND引脚必须都连接）

•        CN11连接器上的USB 2.0 FS Micro-B（设备模式）。电源由连接到CN11的USB端口提供。

•        位于探索套件底部的板载3xAAA大小的电池座BT1（电池不包含在探索套件包装内）。 请注意电池盒中提到的电池极性。

•        限制的5V ST_LINK直流电源，来自ST-LINK USB接口。 ST-LINK / V2-1的USB型Micro-B连接器CN7。如果USB枚举成功（如下所述），通过置位PWR_ENn信号来使能ST-LINK 5V链路电源。该引脚连接到电源开关芯片(ST890)，该芯片向电路板供电。该电源开关芯片还有电流限制的功能，一旦电路板发生短路（超过625mA）时保护PC。探索套件可以通过ST-LINK USB连接器供电，但是在USB枚举之前只有ST-LINK电路部分有电，因为那时主机PC只向电路板提供100 mA电流。在USB枚举期间，探索套件需要主机PC提供300 mA电流。如果主机能够提供所需的功率，则通过“SetConfiguration”命令完成枚举过程，然后电源开关管ST890接通，红色LED LD7接通，因此探索套件可以消耗最大300mA的电流，但不能再多。如果主机不能提供所需的电流，枚举过程将会失败。因此，ST890保持断开，并且STM32部分包括扩展板都不会通电。因此，红色LED LD7保持熄灭。在这种情况下，必须使用外部电源。

为了进一步降低电路板的电流消耗，必须通过打开SB18断开LED7。

用户不必通过跳线或开关管理不同的配置。电源由相应电源分支上的一组二极管内部管理。

如果电路板由CN13、电池或CN11供电，则必须拆下SB37才能释放由ST-LINK管理的RESET引脚。 在这种情况下，ST-LINK不再供电。

只要存在上述电源之一，就会点亮红色LED LD7（+5 V电源）（SB18接通）。

注意：        探索套件必须由符合EN-60950-1：2006 + A11 / 2009标准的电源模块或辅助设备供电，并且必须是具有限制功率能力的安全超低电压（SELV）。

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8.4           IDD测量

B-L072Z-LRWAN1探索套件的功耗是以三个连接器（最初未安装）JP1、JP2和JP3 的平均值来衡量。这三个连接器分别连接到电源输入VDD_RF_LRA、VDD_USB_LRA和LoRa模块的 VDD_MCU_LRA。目的是分别检测分支的不同功耗，分支分为三个部分：RF、USB和MCU。为了能够在需要进行测量的每个分支中插入万用表，用户必须移除默认配置中最初连接JPx连接器的相关焊桥。

表3总结了一些可能的配置：

表 3. IDD测量和焊桥配置

跳线名称	状态	IDD测量
JP1 VDD_RF_LRA	SB17 ON （默认）	N/A
	SB17 OFF	IDD VDD_RF_LRA
JP2 VDD_USB_LRA	SB19 ON （默认）	N/A
	SB19 OFF	IDD VDD_USB_LRA
JP3 VDD_MCU_LRA	SB14 ON （默认）	N/A
	SB14 OFF	IDD VDD_MCU_LRA

8.5           时钟源

当使能时，Murata LoRa 模块嵌入了自己的TCXO，工作频率为32 MHz。

TCXO既可以由STM32的引脚PA12控制（当JP9的引脚1连接到JP9的引脚2），也可以总是使能（当JP9的引脚2连接到JP9的引脚3）。 有关跳线的描述，请参见表10。

当STM32需要一个精确的外部高速时钟时，通过连接SB13，TCXO_OUT时钟引脚由模块引脚PH0_OSC_IN提供。

如果需要，B-L072Z-LRWAN1探索套件可以配备外部晶体振荡器。 可以在电路板上添加一个带有20 pF电容的8 MHz振荡器（默认情况下，未安装X1、C1和C2），以满足用户需求。

8.6           复位源

B-L072Z-LRWAN1探索套件的复位信号是低电平有效，复位源可以是以下之一：:

•        复位按钮B2

•        CN4的Arduino Uno V3扩展板

•        来自STSAFE安全IC或STM32L072CZ微控制器（可通过跳线JP10选择）的LoRa模块的内部复位

•        板载的ST-LINK/V2-1

8.7           天线和RF连接

B-L072Z-LRWAN1探索套件包含一根粗短的900 MHz 50欧姆天下，当进行任何RF通信时必须连接到SMA接口CN10。RF信号设计有两个路径（图7中的蓝色箭头），默认路径连接到SMA连接器的输出（图7中的红色箭头），第二个路径是U.FL连接器CN9（图7中的绿色箭头）。每个RF信号路径包括天线匹配电路，可以由高级用户安装和进行调整。

最初，默认路径将LoRa模块RF信号通过安装在C14和C15的0欧姆电阻连接到SMA连接器。 请注意，如图7所示，C13和C14在天线电路布局上有一个公共焊盘。 如果用户想要连接U.FL连接器而不是SMA，则他们需要通过C13重定向RF信号，然后在预期的封装上旋转组件。

图7. RF信号路径和连接

8.8           虚拟COM端口

串行接口USART2可直接作为PC的虚拟COM端口，连接到ST-LINK / V2-1 USB连接器CN7。 有关配置详细信息，请参考“用于STM32Cube的STM32 LoRa软件扩展用户手册（UM2073）”。

8.9           按钮和LED

位于探索套件顶部的黑色按钮B2可复位STM32L072CZ微控制器。

位于顶部的蓝色按钮B1可用作数字输入或唤醒替代功能。 当按下按钮时，逻辑状态为1，否则逻辑状态为0。

默认情况下，用户按钮连接到PB2，它也可以连接到PA0作为唤醒源。 在这种情况下，必须拆下SB31，并安装SB30。

可以使用位于顶部的七个LED，其中四个是用于用户需求的通用LED。 要点亮LED，在相应的GPIO寄存器中写入高逻辑状态1。 表4显示了LED指示灯的控制端口的分配。

表4. 控制端口的分配

参考标号	颜色	名称	注释/功能
B1	蓝色	USER	复用功能唤醒
B2	黑色	RESET	微控制器复位
LD1	绿色	GP	用户自定义
LD2	绿色	GP	用户自定义
LD3	蓝色	GP	用户自定义
LD4	红色	GP	用户自定义
LD5	红色/绿色	ST-LINK COM	通信时为绿色
LD6	红色	故障电源	超过625mA电流
LD7	红色	5 V电源	5 V电源

8.10           USB FS

B-L072Z-LRWAN1电路板通过USB Micro-B连接器支持USB FS 2.0通信。 当B-L072Z-LRWAN1电路板作为USB设备时，VBUS由另一个USB主机供电。

注:                当B-L072Z-LRWAN1电路板通过USB FS连接器（CN11）由外部电源供电时，在设备模式下，如果电流消耗大于100 mA，则不要使用PC作为电源，否则PC 可能会损坏。