STM32單片機(jī)最小系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)

本文將基于 STM32 單片機(jī)(F1 系列)展開講解。

背景

學(xué)嵌入式，我們一般從單片機(jī)學(xué)起。學(xué)單片機(jī)，不能只學(xué)軟件，硬件知識(shí)也要跟上。軟硬件相結(jié)合的設(shè)計(jì)，才是真正優(yōu)秀的設(shè)計(jì)。

談及單片機(jī)的硬件設(shè)計(jì)，我們會(huì)先將其濃縮為最小系統(tǒng)，即能實(shí)現(xiàn)最基礎(chǔ)的功能的最簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。以 STM32(F1 系列)單片機(jī)為例，最小系統(tǒng)無非是這幾部分：電源、復(fù)位、時(shí)鐘、啟動(dòng)模式、下載調(diào)試。

電源

STM32 的電源有以下幾種類型：

主電源(VDD / VSS)

主電源指的是標(biāo)記為 VDD1、VDD2... 的引腳。

每個(gè)引腳必須加一個(gè) 100nF 的濾波電容，且盡量靠近引腳放置，此外需要一個(gè) 10uF 的鉭電容公用。

后備電源(VBAT)

VBAT 引腳可用于電池供電。如果不用，可以與 VDD 連接在一起。VBAT 也需要一個(gè) 100nF 電容濾波。

可參考以下的電源選擇電路：

ADC 電源(VDDA / VSSA)

為了提高轉(zhuǎn)換精度，ADC 設(shè)備可以從這里取電。一般將 VDDA 通過一個(gè)電感后， 與 VDD 相連接。

若不用到 ADC，可將 VDD，VDDA，VREF+(如果有的話) 接在一起，并對(duì)地接 1uF 鉭電容 + 10nF 陶瓷電容濾波。

復(fù)位

因?yàn)?STM32 內(nèi)部有上拉電阻，所以外部只接 100nF 電容 + 按鍵即可：

上電時(shí)，CPU 處于復(fù)位狀態(tài)，此時(shí)電容充電，NRST 引腳電位持續(xù)拉低，當(dāng)電容充滿電后，NRST 電位變?yōu)楦唠娖?，此時(shí) CPU 退出復(fù)位模式，進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)按鈕被按下時(shí)，電容被短路清空電量，按鈕松開后重新充電，觸發(fā)復(fù)位。

根據(jù)官方設(shè)計(jì)指南，電容選取 100nF 即可，以保證 NRST 低電平持續(xù)的時(shí)間滿足 CPU 復(fù)位的最小脈寬要求，能正常觸發(fā)復(fù)位。

如果不需要手動(dòng)復(fù)位功能，也可以略去按鍵。

時(shí)鐘

如上圖，STM32 的時(shí)鐘分以下幾種：

HSI：高速內(nèi)部時(shí)鐘，是內(nèi)部的 RC 振蕩器，頻率為 8MHz

HSE：高速外部時(shí)鐘，可接石英 / 陶瓷諧振器，或者接外部時(shí)鐘源，頻率范圍為 4MHz~16MHz

LSI：低速內(nèi)部時(shí)鐘，RC 振蕩器，頻率為 40kHz. 獨(dú)立看門狗的時(shí)鐘源只能是它，同時(shí)它也可以作為 RTC 的時(shí)鐘源

LSE：低速外部時(shí)鐘，接頻率為 32.768kHz 的石英晶體。LSE 是給 RTC 用的時(shí)鐘源

PLL：鎖相環(huán)倍頻輸出，其時(shí)鐘輸入源可選擇為 HSI/2，HSE 或 HSE/2. 倍頻可為 2~16 倍，但是輸出頻率最大不得超過 72MHz

從穩(wěn)定性上考慮，我們?cè)谠O(shè)計(jì)的時(shí)候一般使用外部晶振作為時(shí)鐘源。一般選取 8MHz 晶振作為 HSE，便于倍頻(一般倍頻到 72MHz);選取 32.768kHz 晶振作為 LSE，RTC 使用便于分頻(32768 是 2 的 15 次方，可以得到精準(zhǔn)的時(shí)間)。

至于晶振的選用，有源的精度高，無源的成本低，一般無源就足夠了。

如果選用無源晶振，則需要在兩端要加上起振電容，濾除晶振波形中的高頻雜波。容值可選 10 ～ 40pF.

晶振輸入輸出引腳之間可加一個(gè) 1M 的電阻，產(chǎn)生負(fù)反饋，保證放大器工作在高增益的線性區(qū)。同時(shí)還起到限流作用，防止反相器驅(qū)動(dòng)過載損壞晶振。

啟動(dòng)模式配置

一般將 BOOT0 引腳下拉(串接 10K 電阻再接地)，BOOT1 任意 即可。

如果需要模式切換，也可以參照以下的設(shè)計(jì)：

啟動(dòng)模式詳見 STM32 的啟動(dòng)模式

下載調(diào)試接口

一般我們用 SWD 接口(接線少，方便)，直接引出 SWDIO，SWCLK，VCC，GND 即可。

不需要添加外部上拉/下拉電阻，因?yàn)?STM32 內(nèi)部已經(jīng)有集成了。

總結(jié)

以上就是 STM32(F1 系列)最小系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)。