STM32单片机开发入门(一)STM32F103C8T6小系统板电路原理图分析

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文章目录

• • 一.概要
  • 二.技术名词解释
  • 三.板子主要电子器件
  • 四.原理图电路分析
  • • 1.原理图总览
    • 2.电源电路
    • • 1) 5V电路
      • 2) 3.3V电路
    • 3.LED指示灯电路
    • 4.复位电路
    • 5.晶振电路
    • • 1) 高频晶振电路
      • 2) 低频晶振电路
    • 6.调试下载电路
    • • 1)调试电路（SWD接线方式）
      • 2)BOOT选择电路
    • 7.外围接口电路
    • 8.STM32F103C8T6主芯片电路
  • 五.小结

一.概要

STM32F103C8T6小系统板，主要由单片机、晶振电路、复位电路几部分构成，板载的资源能满足进行单片机GPIO,ADC,RTC,USART,IIC,SPI,USB数据通信等实验。
小系统板实物正面图如下：

二.技术名词解释

MCU：Microcontroller Unit 也就是单片机，STM32F103C8T6就是ST公司出品的一款经典单片机，需要3.3V供电。
LDO：低压差线性稳压器，是实现5V转3.3V给单片机供电的一颗电源芯片。
STLINK：是ST公司推出的一款用于STM32单片机调试和编程的一个工具，他的特点是除了程序能烧录，还能在线调试。

三.板子主要电子器件

板子上的主要器件如下图，主要是单片机，电源，按键，晶振，烧写口插针等

四.原理图电路分析

1.原理图总览

原理图如下图所示，包含电源电路，单片机，LED灯，复位电路，外围接口插针，晶振电路，调试下载电路等，后面会一一展开对每部分电路进行讲解分析。

2.电源电路

板子上电源电压由两部分电压组成，5V(VCC_5V)和3.3V(VCC_3V3)，5V主要给一些外接模块供电(需要5V供电的模块如步进电机，直流电机等)，3.3V主要给单片机，LED发光二极管和一些外接模块供电(需要3.3V供电的模块如温度传感器等)。

1) 5V电路

一般使用普通的USB 5V(U3)接口输入供电，同时板子上还有5V电压插针(P4的VCC_5V)，原理图上只要网络号名称一样，实际板子上的电路就是连起来的，插针上的5V跟USB口的5V是连在一起的，所以我们也可以用外接5V的电源供电，外接5V输入一般有两根线：电源的正极接5V插针(P4的VCC_5V)，电源的负极接GND(P4的GND)，一般我们推荐直接用一根USB线给USB口供电即可。

P4的VCC_5V与GND两个引脚如下图所示:

2) 3.3V电路

1.3.3V电压是通过USB口的5V电压输入到LDO电源芯片(ME6211C33)，从而实现5V电压降压到3.3V。

板子上C5,C7输入滤波电容的作用：
输入电压，当接入电源，其幅值是从零起始的，波动非常大，加入足够容量的电容进行滤波后，因电容的充放电效应，该脉动直流变成纹波不大的直流电，这是输入滤波的作用。

板子上C6,C15输出滤波电容的作用：
稳压电路的工作过程需要从输出采样，然后根据其反馈值调节输出以达稳压的目的。如果此时没有输出滤波电容，只要因负载变化带来的电压波动频率恰好与稳压电路的调节速率差不多就会产生振荡效应，导致输出失控，所以稳压输出也必须加滤波电容，而且增加滤波电容也可以进一步增加稳压输出的稳定性。
输入和输出为啥需要一大一小两个电容并联:
小电容滤高频干扰，大电容滤低频干扰，可以用公式C≈1/f0算出容值。一般要求没那么严格，直接加10uF和0.1uF并联，可以适用于一般的应用场合。

2.去耦电容
是放在单片机的电源引脚周边，主要用来滤除杂波，保持单片机电源脚引脚电压的稳定。这些电容得离单片机的VDD脚与GND脚尽量近一点，如果离的很远，单片机的输入电压容易受电源波动影响。

3.LED指示灯电路

板子上有两个指示灯，D1是电源指示灯(红色)，只要板子供电，就能常亮，D2是状态指示灯(绿色)，需要单片机的PC13引脚输出低电平才会亮，如果PC13周期性的输出高低电平，D2这个绿灯就会闪，R1,R5是限流电阻，电阻越小，LED灯越亮。

4.复位电路

STM32单片机运行过程中只要NSRT引脚(单片机的第7脚)输入低电平，芯片就会复位，R2上拉电阻作用是NSRT引脚常态是高电平，S1按键的功能是按键按下，板子能复位，C2作用上电复位，刚上电时候C2会充电，NSRT引脚先是低电平，后电容充满，NSRT引脚变成高电平。

5.晶振电路

1) 高频晶振电路

这个是单片机外部的高频晶振电路，采用无源晶振，高速晶振一般选8MHz，通过倍频和分频后给单片机提供系统时钟，为芯片内部各大模块的运转提供动力。使用外部8MHz高频晶振电路比使用单片机内部的8MHz晶振精度好很多，高低温下的稳定性也更好。特别是在应用USART,CAN等外设对通讯频率有要求的场合，正式的产品开发必须得使用外部晶振。
C13,C14两个负载电容需要跟晶振的负载电容匹配，一般选20pF左右就可以。

8M晶振规格参数如下

2) 低频晶振电路

这个是单片机外部的低频晶振电路，一般选32.768K晶振，低频晶振 32.768KHz 可以通过软件配置给单片机的RTC外设(实时时钟)提供时钟源，使用外部32.768KHz 低频晶振比使用单片机内部的40K晶振精度好很多。
C9,C12两个负载电容需要跟晶振的负载电容匹配，一般选12pF左右就可以。

32.768K晶振规格参数如下：

6.调试下载电路

1)调试电路（SWD接线方式）

程序下载调试都需要通过板子上P5这个口子进行(如下图)，采用SWD接线方式(4线)，SWD（Serial Wire Debug）是一种基于JTAG协议的两线调试接口，由ARM公司提出，用于替代JTAG接口，提高调试效率和降低成本。SWD接口需要两根信号线，分别是：
SWCLK（Serial Wire Clock）：串行时钟线，提供同步时钟信号；
SWDIO（Serial Wire Data Input/Output）：串行数据输入输出线，用于双向数据传输。
STLINK/JLINK调试器跟板子通过SWD口连接后，就能实现程序下载，单步调试，全速调试，查看或修改单片机内部的变量，内存等

STLINK下载调试器如何与STM32小系统板连接图:

STLINK下载调试器与STM32小系统板用4根杜邦线连接的信号定义：

2)BOOT选择电路

单片机上电或复位后，启动方式有三种 1.内部 FLASH 启动方式，2.内部 SRAM 启动方式 (用的较少)，3.系统存储器启动方式。
单片机通过设置BOOT0,BOOT1引脚的电平高低，这种硬件设置方式来进行设置，我们一般开发产品都是把BOOT0引脚通过10K电阻下拉到地(如下图中P1这个双排插针用短路帽把3，5脚短路)，BOOT1引脚可以任意状态，这样就配置成内部FLASH启动方式。用STLINK下载调试的时候，芯片正常运行的时候都是采用内部FLASH启动方式。

单片机三种启动方式简介：

内部FLASH启动方式原理：
当芯片上电后采样到 BOOT0 引脚为低电平时，0x00000000 和 0x00000004 地址被映射到内部 FLASH 的首地址 0x08000000 和 0x0800 0004。因此，内核离开复位状态后，读取内部 FLASH 的 0x08000000 地址空间存储的内容，赋值给栈指针 MSP，作为栈顶地址，再读取内部 FLASH 的 0x08000004 地址空间存储的内容，赋值给程序指针 PC，作为将要执行的第一条指令所在的地址。完成这两个操作后，内核就可以开始从 PC 指向的地址中读取指令执行了。

系统存储器启动方式原理：
当芯片上电后采样到 BOOT0 =1，BOOT1=0 的组合时，内核将从系统存储器的 0x1FFFF000 及 0x1FFFF004 获取 MSP 及 PC 值进行自举。系统存储器是一段特殊的空间， ST 公司在芯片出厂前就在系统存储器中固化了一段代码。因而使用系统存储器启动方式时，内核会执行该代码，该代码运行时，会为 ISP(In System Program)提供支持，一般这种启动方式是应用于用单片机串口对单片机进行程序烧录的场合，我们在学习单片机的阶段一般都是用STLINK对程序进行烧录，所以这种启动方式只有个别实验才会用到。

7.外围接口电路

如下图外围接口通过两个单排插针把单片机的引脚，电源，地等引出来，方便通过杜邦线连接各种传感器，模块等

下图就是实际做实验中通过板子边上的两排插针用杜邦线跟各种模块相连：

8.STM32F103C8T6主芯片电路

主芯片是板子最主要的器件，LQFP-48封装，需要把电源脚，地脚，信号脚连接到板子对应地方。

单片机每个引脚定义如下图：

为了方便画图，我们板子上做的原理图封装如下图：

芯片实物如图，焊接芯片得注意引脚序号，芯片正面摆放后，左下角有圆点处是芯片的第1脚，引脚按逆时针顺序排列

五.小结

在STM32单片机的开发学习中，读懂原理图，是初学者的基本功夫，在代码的开发编程的过程中需要经常查原理图引脚的定义，需要经常查看原理图，能读懂原理图也为以后自己设计图纸打下基础。

本文标签： 电路入门原理图单片机开发系统