Материнская плата 3D принтера на основе МК STM32F407VE.

Приветствую всех, кто заглянул прочитать об очередной моей материнской плате для 3D печати и других ЧПУшных развлечений. Сегодня я расскажу вам о моем проекте на базе STM32F407VET6. Уже несколько месяцев как он был окончен, однако времени для "боевого" тестирования не было, а выставлять на ваше обозрение что то сырое не хотелось. Теперь же все шероховатости сглажены, и я могу с чистой совестью поделиться.

Немного предыстории. Собственно, зачем мне понадобилось обновить электронику - задумал я построить еще один замечательный принтер, но в отличии от того, что уже имеется, чтобы была в нем активная термокамера. А раз есть термокамера, то сразу докидываем печать при более высоких температурах хотенда (а значит типовые решения на термисторах нам не подойдут, даешь сразу PT1000 на борту, а вообще, насыпьте два, пусть будет), водяное охлаждение термобарьера, дополнительный канал для подключения твердотельного реле нагревателя термокамеры, дополнительный канал измерения температуры этой термокамеры, и прочие мелочи, не зря же добрые люди оставляли комментарии к предыдущему моему творению. А в качестве основы был выбран STM32F407VET6, потому что 100 ног, 168 МГц и 512 Кбайт флеша - хватит на все хотелки, за скромную сумму в 200 (а сейчас уже, увы, от 300) вечнодеревянных рублей.

И вот, что у меня получилось:

Итак, что же мы тут имеем:

• Питание платы осуществляется от блока питания 24 В, никаких дополнительных линий питания не требуется.
• Возможность подключения до 5 независимых осей. Реализовано управление драйверами ШД через UART. Для конфигурирования работы драйверов в режиме Standalone или UART, а так же настройки микрошага, установите соответствующие перемычки. Джампера на плате теперь с шагом 1.27. Потому что так они занимают меньше места, оставляя больше места для земляных полигонов и силовых дорожек пошире.
• Питание нагревателя экструдера и шаговых двигателей осуществляется напряжением первичного питания (24 В).
• 4 силовых управляемых выходов для подключения нагревателей стола, экструдера, дополнительных устройств от 24 В. Один совсем жирный на базе IRLS3034, и еще три на базе IRLR024. Затворы накачиваются через драйвер MC33152 напряжением 12V, так что нагрев на переходных процессах минимален.
• 2 управляемых TTL выхода для подключения внешних SSR реле. Один на стол (считаю, что питать стол от 24V это не здорово), один на термокамеру.
• 2 выхода на базе сдвоенного мосфета IRF7341. Это для вентиляторов / помпы.
• 5 независимых концевых выключателей, имеющих опторазвязку. Напряжение питание концевых выключателей может быть выбрано. К использованию рекомендуются концевые выключатели, в которых общий (COM) сигнальный контакт нормально-замкнут на землю и при срабатывании коммутируется с напряжением питания. При таком способе подключения выключатель "срабатывает" так же в случае его обрыва или отсоединения от платы. Также может быть использован индуктивный выключатель NPN с нормально замкнутым контактом (LJ12A3-4-ZAX или аналогичные).
• Разъем PROBE для подключения датчиков BL-touch или аналогичных.
• Разъем FILAMENT для подключения датчика наличия/движения филамента (с опторазвязкой).
• Возможность реализовать автоотключение внешним реле через сигнал PS_ON. (тут стоит дополнить про еще два модуля, которые задействованны в этой схеме: собственно модуль с реле, обеспечивающий включение с кнопки на передней панели и отключение по внешнему сигналу, и модуль-переходник для OrangePi Zero 3, которые работает с 3 внешними сигналами (ошибка = сразу отключиться, сигнал, что включена материнка принтера, сигнал, что включена сама OrangePi) и до кучи добавляющая 2 USB порта. Если вам будет интересно, пишите в комментариях, я поделюсь).
• 2 аналоговых входа для подключения стандартных NTC термисторов. Это для термокамеры и стола, там температур выше 150 градусов не бывает, поэтому достаточно и таких термисторов.
• 2 аналоговых входа на базе ОУ MCP6022 для подключения датчиков температуры PT1000. Очень они мне понравились в работе: высокая точность, никакого шума при измерениях на всех диапазоне от 0 до 300 градусов.
• На дополнительные разъемы EXP1 и EXP2 выведены интерфейсы SPI, UART для подключения внешних устройств. Плата протестированна с модулями дисплеев RepRap Discount Smart Controller и MKS MINI12864 V3.
• Отдельный разъем для подключения I2C устройств.
• Отдельный разъем для подключения CAN BUS (требуется отдельный внешний трансивер).
• Настройки хранятся в EEPROM AT24C32.
• USB интерфейс защищен от электростатических разрядов.
• Возможность прошивки платы через ST-LINK, либо по DFU протоколу через USB, переведя плату в режим DFU (для этого необходимо перезагрузить плату с нажатой кнопкой BOOT0). В будующем хочу перейти на bootloader и заливку прошивки с SD карты, как  это я реализовал (только сейчас, на старте этого не было) в предыдущем проекте.

Разъемы, как и просили, я постарался разнести по периметру платы, для обязательных разъемов это удалось на 100%, для дополнительных на 90%. Пришлось пожертвовать размерами некоторых разъемов, они теперь с шагом 2 мм вместо 2.54 мм.

DC-DC преобразователи посовременнее, TPS5430, с частотой преобразования 500 КГц. Греются не сильно, большая часть тепла уходит в полигон на плате, без прогрева аналоговой части, земля которой отделена от общей и соединена в одной точке, по науке. Вот тепловая сигнатура платы, отчетливо видно что самое горячее место это полигон вокруг 12V преобразователя, кристалл МК, немного драйвера ШД:

И более общий вид (это уже после печати в течении часа с закрытой крышкой отсека электроники):

Так вся эта красота выглядит для человеческого глаза:

Видно, что несмотря на большое количество соединений, и мою любовь к запасу в длине провода, месива над самой платой удается избегать, что дает нам лучший доступ и охлаждение.

Подробности, в виде модификации Marlin'а для поддержки платы, схемы, герберов, инструкций, вы сможете найти в моем репозитории.

Я буду рад обратной связи от вас в виде предложений и пожеланий по улучшению поддержки текущей платы, либо о том, что бы вы хотели увидеть в следующей. Конструктивная критика не останется безнаказанной, простите, не замеченной, и будет учтена.