STM32 最小系统中的4种电路

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本帖最后由原来是wjc 于 2022-9-28 23:25 编辑

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

电源电路（图片来源百问网）

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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；

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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

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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；

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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）

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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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时钟电路

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）

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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）

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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。

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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。

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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。

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串口打印调试/下载电路（图片来源百问网）

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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。