STM32單片機(jī)最小系統(tǒng)詳解

STM32F103RCT6：

STM32F103RCT6是一種嵌入式-微控制器的集成電路(IC)，32位 Cortex-M3內(nèi)核處理器，速度是72MHz，程序存儲(chǔ)器容量是256KB，程序存儲(chǔ)器類(lèi)型是FLASH，RAM容量是48K，封裝LQFP64。

STM32單片機(jī)命名規(guī)則：

STM32單片機(jī)最小系統(tǒng)：

所謂單片機(jī)最小系統(tǒng)，就是讓單片機(jī)能夠正常運(yùn)行，最少且必須的器件所組成的系統(tǒng)。

單片機(jī)最小系統(tǒng)上電之后，單片機(jī)可以正常復(fù)位，下載程序，除此之外沒(méi)有其他任何功能。

在最小系統(tǒng)保證正確的基礎(chǔ)上，可以依次添加其他功能模塊或器件，使之單片機(jī)具有實(shí)際功能。

STM32單片機(jī)最小系統(tǒng)包括一個(gè)復(fù)位電路和一個(gè)時(shí)鐘電路。如下圖1所示。

圖中復(fù)位電路使用的是上電復(fù)位電路，STM32單片機(jī)NRST引腳輸入低電平，則發(fā)生復(fù)位。

圖1  STM32F103單片機(jī)最小系統(tǒng)

電源引腳：

VDD是單片機(jī)的數(shù)字電源正極，VSS是數(shù)字電源負(fù)極，共有5個(gè)VDD引腳，5個(gè)VSS引腳。VDDA是單片機(jī)的模擬電源正極，負(fù)責(zé)給內(nèi)部的ADC、DAC模塊供電，VSSA是模擬電源負(fù)極。

還有一個(gè)電源引腳，就是VBAT，BAT就是Battery（電池），這個(gè)引腳用來(lái)連接電池的正極的。STM32帶RTC功能（實(shí)時(shí)時(shí)鐘），所以有VBAT引腳。

原理圖上預(yù)留了一個(gè)CR1220紐扣鋰電池，當(dāng)主電源供電存在的情況下，由系統(tǒng)中的VCC3.3給VBAT供電；

當(dāng)主電源斷電之后，由CR1220紐扣電池給STM32自帶的RTC模塊供電，從而能夠保證實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊在主電源掉電的情況下還能夠正常工作。

但是這樣設(shè)計(jì)的話(huà)，這里有一個(gè)矛盾需要解決。如果VBAT引腳直接與VCC3.3和CR1220連接的話(huà)，會(huì)存在下面問(wèn)題：

1、當(dāng)電池電壓高于3.3V，電池就會(huì)輸出電流到AMS1117，使得芯片發(fā)燙，還會(huì)很快消耗電池電量。

2、如果電池電壓低于3.3V，AMS1117產(chǎn)生的3.3V，就會(huì)給電池充電，而這種CR1220電池是不能夠充電的。

為了解決上面問(wèn)題，我們將VBAT引腳的供電電路設(shè)計(jì)如下：

D1防止電池的電流流向AMS1117，D2防止AMS1117產(chǎn)生的3.3V流向電池。

之所以這樣設(shè)計(jì)，用的就是“二極管的單向?qū)ㄐ浴薄?/span>

正常產(chǎn)品設(shè)計(jì)的時(shí)候，每個(gè)電源引腳旁邊，最好放置一個(gè)0.1uF的電容濾波，用來(lái)濾除電源的噪聲雜波。

復(fù)位引腳NRST

復(fù)位就是重啟。STM32復(fù)位引腳是低電平復(fù)位，正常工作狀態(tài)，復(fù)位引腳是高電平。

單片機(jī)的置位和復(fù)位，其目的都是為了把電路初始化到一個(gè)確定狀態(tài)。 復(fù)位時(shí)在單片機(jī)內(nèi)部單片機(jī)是將存儲(chǔ)設(shè)備和一些寄存器裝入生產(chǎn)廠(chǎng)商預(yù)設(shè)的一個(gè)值。一般來(lái)說(shuō)，單片機(jī)復(fù)位電路的作用是把一個(gè)狀態(tài)機(jī)初始化到一個(gè)空的狀態(tài)。

     單片機(jī)實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位的原理：

在復(fù)位引腳NRST上外接電容和電阻。

當(dāng)復(fù)位電平（低電平）持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上時(shí)復(fù)位有效，系統(tǒng)上電后由于電容的充電，會(huì)保持一段時(shí)間的低電平來(lái)使單片機(jī)復(fù)位。

剛上電，電容兩端電壓為0，即低電平復(fù)位，RC電路有個(gè)充電曲線(xiàn)（即電容兩端電壓變化曲線(xiàn)），單片機(jī)識(shí)別外部電平有一個(gè)連接電壓，保證rc電路電容電壓充到單片機(jī)臨界電壓的時(shí)間在兩個(gè)機(jī)器周期以上就能滿(mǎn)足單片機(jī)復(fù)位條件;

當(dāng)3.3V電源加到VCC3.3時(shí)，RC電路導(dǎo)通，NRST與地的電位差為電容與地的電位差。NRST與地的電位差只有電容充電完畢后才會(huì)達(dá)到3.3V，所以在電容的充電過(guò)程中，給芯片引腳的信號(hào)都是低電平。根據(jù)RC電路充電方程式V(t)=U+A*e-(t/RC)，只要合理的選擇好R跟C的值就可以保證充電時(shí)間大于芯片復(fù)位所要求的時(shí)間。我們一般R選擇10K電阻，C選擇0.1uF電容。

晶振引腳

STM 32有兩組晶振，一組用來(lái)給單片機(jī)提供主時(shí)鐘（5:OSC_IN,6:OSC_OUT），主時(shí)鐘晶振使用8MHz的晶振（為了程序內(nèi)部倍頻方便，一般選用8MHz的晶振）。

一組用來(lái)給RTC提供時(shí)鐘(3:OSC32_IN,4:OSC32_OUT)，RTC時(shí)鐘晶振，需要連接32.768K的晶振，關(guān)于為什么要用32.768KHz，大家可以去百度了解一下哈。

實(shí)際應(yīng)用中，如果不用RTC功能的話(huà)，RTC的晶振不必連接。

STM32的時(shí)鐘電路又分為內(nèi)時(shí)鐘和外時(shí)鐘兩種模式。

外部時(shí)鐘是在OSC_IN和OSC_OUT之間加上一個(gè)晶振，單片機(jī)內(nèi)部振蕩器便能產(chǎn)生自激震蕩，產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，在晶振的兩側(cè)加上20～30pF的瓷片電容起到了微調(diào)時(shí)鐘頻率的作用，讓頻率更加穩(wěn)定。

內(nèi)部時(shí)鐘是STM32內(nèi)部有時(shí)鐘產(chǎn)生，所以如果不用外部晶振的話(huà)，也可以不用連接，內(nèi)部時(shí)鐘是用芯片內(nèi)部振蕩電路，精度不高，溫漂也較大，不需要外部振蕩器件。

BOOT引腳

STM32有兩個(gè)BOOT引腳，分別是BOOT0和BOOT1，這兩個(gè)引腳的高低電平，決定了單片機(jī)的啟動(dòng)方式和運(yùn)行方式。

第一種（BOOT1=X，BOOT0=0）啟動(dòng)方式是最常用的用戶(hù)FLASH啟動(dòng)。 默認(rèn)啟動(dòng)方式 。

第二種（BOOT1=0，BOOT0=1）啟動(dòng)方式是系統(tǒng)存儲(chǔ)器啟動(dòng)方式。STM32中自帶的BootLoader（ 就是通常說(shuō)的ISP程序）就是在這種啟動(dòng)方式中，如果出現(xiàn)程序硬件錯(cuò)誤的話(huà)可以切換BOOT0=1到該模式下重新燒寫(xiě)Flash即可恢復(fù)正常。BootLoader所在區(qū)域的內(nèi)容在芯片出廠(chǎng)后沒(méi)有人能夠修改或擦除，即它是一個(gè)ROM區(qū)。

第三種（BOOT1=1，BOOT0=1）啟動(dòng)方式是STM32內(nèi)嵌的SRAM啟動(dòng)。該模式用于調(diào)試。

一般我都是將BOOT0和BOOT1接地。

上面就是最小系統(tǒng)的全部?jī)?nèi)容，當(dāng)然只有上面的部分還不行，一般最小系統(tǒng)還包括下面幾部分：

 

電源電路：

因?yàn)?a href="/tags/STM32單片機(jī)" target="_blank">STM32單片機(jī)一般都是3.3V供電，而生活中一般常見(jiàn)的都是5V電源（電腦的USB口，手機(jī)充電器，移動(dòng)電源...），所以一般使用AMS1117-3.3V 穩(wěn)壓電源芯片將5V降壓為3.3V，該芯片的封裝一般為SOT223。

下載電路：

當(dāng)然除了上面幾部分以為，還需要一個(gè)下載電路，STM32的下載方式有如下幾種：

（1）串口下載：使用串口下載需要單片機(jī)內(nèi)有相應(yīng)的程序的支持，而系統(tǒng)存儲(chǔ)器中就放了這么一段程序，由ST 在生產(chǎn)線(xiàn)上寫(xiě)入，用于通過(guò)可用的串行接口對(duì)閃存存儲(chǔ)器進(jìn)行重新編程。（在系統(tǒng)存儲(chǔ)器啟動(dòng)模式下下載，因?yàn)樵趶S(chǎng)家提供的BootLoader中，提供了串口下載程序的固件，可以通過(guò)這個(gè)BootLoader將程序下載到系統(tǒng)的Flash中。程序燒錄在FLASH）。

注意：使用此種方式需要BOOT0=1，即需要有外部電路支持才可以實(shí)現(xiàn)串口下載。

（2）JLINK或者STLINK下載

一般我們使用JTAG或者SWD模式下載程序。

推薦使用SWD模式下載，SWD模式只需要三個(gè)引腳（GND、SWCLK、SWDIO）即可實(shí)現(xiàn)程序的下載功能。

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