【经验分享】STM32 最小系统中的4种电路

STMCU小助手 · 2022-05-24T11:34:33+00:00

STM32 最小系统中的4种电路3 e. I% v; a* d& y" g0 a! J. U 单片机最小系统是指用最少的电路组成单片机可以工作的系统，通常最小系统包含：电源电路、时钟电路、复位电路、调试/下载电路，对于STM32还需要启动选择电路。7 Z: \- L0 F. m: n9 p3 n+ P3 X 1. 电源电路 2 v* S" k- Z5 S( A$ g( X) K. C# E : ]! @: V# @$ O6 s; U) U E8 X% m , F4 y1 B. H# F# N! U- m# I ; d6 ]) D+ K2 W2 a 电源电路（图片来源百问网）" r. j; Z4 k1 L/ a+ y. A w, M6 e: `6 ?4 W VDD-VSS：标准工作电压；电压范围：2V~3.6V；从VDD1 ~ VDD3，VSS1 ~ VSS3共有3组；经过MCU内部Regulator电源管理，为CPU、存储器等供电；' ?" x1 }6 T& G. M2 i: a 6 m1 [' C3 u0 ^4 E* n1 aVDDA-VSSA：模拟工作电压；电压范围：2V~3.6V(未使用ADC) 2.4V~3.6V(使用ADC)；由VDDA输入，为ADC、DAC等供电； 0 @- }" ~0 I y x3 }; ?0 L3 Z+ ?6 _- d; P: S VREF±VREF-：基准参考电压；电压范围：2.4V~ VDDA；可以使用独立参考电压VREF(需10nF+1uF高频滤波电容)，也可使用VDDA输入，为ADC、DAC等作基准参考电压； 7 B% {* F& r) j5 G0 \9 {4 f; c0 h * `4 @7 E2 P! G0 O% CVBAT：RTC备用电源；电压范围：1.8V~ 3.6V；通常使用纽扣电池外部供电，当主电源VDD掉电后，VBAT为实时时钟（Real-Time Clock，RTC）和备份寄存器供电（此时功耗超低）6 A3 x( y7 l4 q0 b & U& H: o; r2 A% k 从数据手册了解到以上知识后，再来看看原理图的MCU电源部分。开发板采用USB供电，通常USB都为5V，因此需要将5V转换成3.3V，使用AMS1117-3.3电源芯片即可实现。 |. I# M6 m8 c% S ; F# X) S7 A [+ L5 D$ r! U' K / T& n) y5 M/ h6 A2 d! H1 B# Z 2 X' D$ a2 W: a* V8 r1 Q 电压转化（图片来源百问网）! W% Y) d1 q7 p0 b* w% B 时钟电路 # F" A; p( x' F7 b2 V: j5 ~9 u1 D0 ]$ R/ K: ]* D* ~* E% G 2. 时钟电路 i" a) d, W+ w" s 1.MCU是一个集成芯片，由非常复杂的数字电路和其它电路组成，需要稳定的时钟脉冲信号才能保证正常工作。时钟如同人体内部的心脏一样，心脏跳动一下，推动血液流动一下。时钟产生一次，就推动处理器执行一下指令。除了CPU，芯片上所有的外设(GPIO、I2C、SPI等)都需要时钟，由此可见时钟的重要性。芯片运行的时钟频率越高，芯片处理的速度越快，但同时功耗也越高。为了功耗和性能兼顾，微处理器一般有多个时钟源，同时还将时钟分频为多个大小，适配不同需求的外设。1 M& n' _+ G- { T5 n: w1 h, p , a. M* t6 j; [8 ?7 k ( C0 Q) d# ^1 G5 K! l8 T5 |4 f : Z+ K! s1 g S! JSTM32F103x8 时钟树（图片来源百问网）. ]0 X) W5 o7 a+ y , h3 I" D" R! p5 i n6 Z$ K3. 复位电路! V, g! r$ q! N8 Y 嵌入式系统中，由于外界环境干扰，难免出现程序跑飞或死机，这时就需要复位让MCU重新运行。该电路将一个按键接在了NRST引脚，一旦按键按下，NRST就会接地，拉低NRST，实现复位。, o1 c7 W; E; J' g0 C, q+ C 6 q* R! w, @' U% f" Z " h" D/ k8 e; f8 Q* B& A ( v* R# Y/ P& [, U+ K复位参考电路（图片来源百问网）& }5 P' C( m) z* x/ ]; _% s 原理图上的复位电路，当开发板正常工作时，3V3上拉NRST，当K1被按下，NRST会导通接地，拉低NRST，使MCU复位。+ P0 z Y) M* W' q( M - C" J2 G* P" o; w8 i @: | E5 Q& H# W$ t0 _' K' ? ( {, P* r/ ]4 `% a( F$ J4. 调试/下载电路 ; D5 \% j: f# E# \不同的MCU，调试/下载的方式可能不一样。比如51系列单片机，使用串口下载程序，部分也使用串口仿真调试。对于STM32，可以使用串口下载程序，也可以使用串口打印的方式进行简单调试，如果想仿真单步调试，就需要JTAG（Joint% e- z" b( C1 T/ b Test Action Group）调试接口或SWD（Serial Wire Debug）调试接口。4 H( q) N* n; w3 I4 F . o6 p7 d. b0 _9 v. p# X( G5 D; i! J 5 o. S8 G" o5 e* o) l; K5 H9 F' \" H+ V! C 串口自动下载电路涉及BOOT启动选择，当BOOT0和BOOT1引脚都为低电平时，MCU正常启动；当BOOT1引脚为低电平，BOOT0引脚为高电平时，进入串口下载模式（In System Programing，ISP）。串口打印调试/下载电路如图 5.2.9 所示，上电后，CH340G的RTS和DTR都输出高电平，电脑上位机软件控制DTR引脚输出低，PMOS管导通，电容C2充能，BOOT0逐渐变为高，此时三极管Q2导通，复位拉低，MCU复位。随后控制DTR输出高，PMOS管关闭，C2放电，BOOT1会保持一段时间高电平，此时三极管Q2截止，RESET ) A9 v# s. x1 i/ B' G* |上拉，开发板启动，进入串口下载模式。下载完后，跳到下载程序位置，运行下载程序。: x1 F) i- A4 ^5 W; J / \- }8 y: ^/ Q) h% R ' K2 c' {. f9 a$ k4 d' K% R% _ & L, }' n! ]1 F串口打印调试/下载电路（图片来源百问网） , a$ v& @% M) P, R5 f' h开发板除了用于单步仿真调试/下载SWD接口，也可以作为ST-Link去调试下载其它SWD接口。这里把两个接口做在了一起，实现了两个板子直连，一个作为ST-Link去调试/下载，一个作为开发板被调试/下载。 5 r3 d# c& Y/ @0 w7 I2 z 6 q! s5 N+ ~$ k. _- @" A " L; h2 R: Y9 U* w: v & N# `7 [8 m5 S; e& S' D& pSWD 接口调试/下载电路2 h/ j' i1 k+ N* f# ~+ i ; f( n7 K6 P& u% b 3 j. y/ G. h+ G' T, f# a

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STMCU小助手发布时间：2022-5-24 19:34

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文章简介:	STM32 最小系统中的4种电路

STM32 最小系统中的4种电路
单片机最小系统是指用最少的电路组成单片机可以工作的系统，通常最小系统包含：电源电路、时钟电路、复位电路、调试/下载电路，对于STM32还需要启动选择电路。
1. 电源电路

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电源电路（图片来源百问网）

VDD-VSS：标准工作电压；电压范围：2V~3.6V；从VDD1 ~ VDD3，VSS1 ~ VSS3共有3组；经过MCU内部Regulator电源管理，为CPU、存储器等供电；

VDDA-VSSA：模拟工作电压；电压范围：2V~3.6V(未使用ADC) 2.4V~3.6V(使用ADC)；由VDDA输入，为ADC、DAC等供电；

VREF±VREF-：基准参考电压；电压范围：2.4V~ VDDA；可以使用独立参考电压VREF(需10nF+1uF高频滤波电容)，也可使用VDDA输入，为ADC、DAC等作基准参考电压；

VBAT：RTC备用电源；电压范围：1.8V~ 3.6V；通常使用纽扣电池外部供电，当主电源VDD掉电后，VBAT为实时时钟（Real-Time Clock，RTC）和备份寄存器供电（此时功耗超低）

从数据手册了解到以上知识后，再来看看原理图的MCU电源部分。开发板采用USB供电，通常USB都为5V，因此需要将5V转换成3.3V，使用AMS1117-3.3电源芯片即可实现。

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电压转化（图片来源百问网）
时钟电路

2. 时钟电路
1.MCU是一个集成芯片，由非常复杂的数字电路和其它电路组成，需要稳定的时钟脉冲信号才能保证正常工作。时钟如同人体内部的心脏一样，心脏跳动一下，推动血液流动一下。时钟产生一次，就推动处理器执行一下指令。除了CPU，芯片上所有的外设(GPIO、I2C、SPI等)都需要时钟，由此可见时钟的重要性。芯片运行的时钟频率越高，芯片处理的速度越快，但同时功耗也越高。为了功耗和性能兼顾，微处理器一般有多个时钟源，同时还将时钟分频为多个大小，适配不同需求的外设。

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STM32F103x8 时钟树（图片来源百问网）

3. 复位电路
嵌入式系统中，由于外界环境干扰，难免出现程序跑飞或死机，这时就需要复位让MCU重新运行。该电路将一个按键接在了NRST引脚，一旦按键按下，NRST就会接地，拉低NRST，实现复位。

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复位参考电路（图片来源百问网）
原理图上的复位电路，当开发板正常工作时，3V3上拉NRST，当K1被按下，NRST会导通接地，拉低NRST，使MCU复位。

4. 调试/下载电路
不同的MCU，调试/下载的方式可能不一样。比如51系列单片机，使用串口下载程序，部分也使用串口仿真调试。对于STM32，可以使用串口下载程序，也可以使用串口打印的方式进行简单调试，如果想仿真单步调试，就需要JTAG（Joint
Test Action Group）调试接口或SWD（Serial Wire Debug）调试接口。

串口自动下载电路涉及BOOT启动选择，当BOOT0和BOOT1引脚都为低电平时，MCU正常启动；当BOOT1引脚为低电平，BOOT0引脚为高电平时，进入串口下载模式（In System Programing，ISP）。串口打印调试/下载电路如图 5.2.9 所示，上电后，CH340G的RTS和DTR都输出高电平，电脑上位机软件控制DTR引脚输出低，PMOS管导通，电容C2充能，BOOT0逐渐变为高，此时三极管Q2导通，复位拉低，MCU复位。随后控制DTR输出高，PMOS管关闭，C2放电，BOOT1会保持一段时间高电平，此时三极管Q2截止，RESET
上拉，开发板启动，进入串口下载模式。下载完后，跳到下载程序位置，运行下载程序。