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STM32最小系統(tǒng)及電路基本原理 時(shí)間:2024-08-28      來源:華清遠(yuǎn)見

本文講述了STM32最小系統(tǒng)及其電路基本原理,在本文中以STM32F103C8T6單片機(jī)為例,在下文中以F103簡稱。STM32最小系統(tǒng)是指能夠使STM32正常工作的最基本的電路單元,主要由微控制器、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、電源電路、下載電路組成。

1、微控制器

STM32其實(shí)是對ST(意法半導(dǎo)體)公司生產(chǎn)的32為微控制器的簡稱。STM32更具名稱不同有非常多的版本規(guī)格,以STM32F103C8T6為例(命名規(guī)則如下圖),它代表的就是ST公司生產(chǎn)的有48或者49個(gè)引腳、64kbytes閃存、QFP(方形扁平式)-40封裝、適用溫度范圍在℃-85℃的基礎(chǔ)型主流入門級(jí)32位單片機(jī)。命名規(guī)則圖如圖1所示。

圖1·STM32命名規(guī)則

微控制器是一種集成電路,以F103為例,它集成了CPU、GPIO、SPI、UART、IIC等外設(shè),可以滿足市面上絕大多數(shù)的電子元器件的控制要求。芯片圖如圖2所示。

圖2·STM32F103C8T6

2、電源電路

本STM32最小系統(tǒng)上的電源電路使用了AMS1117-3.3V模塊,屬于典型的降壓電源電路。將輸入的 5V 電壓進(jìn)行降壓,最終輸出需要使用的 3.3V 電壓。電源電路如圖3所示。

本電路除了降壓模塊還有三個(gè)電容,當(dāng)電源接入時(shí),其幅值是從0開始的,波動(dòng)非常大,故加入電容可以起到濾波作用,由電容充放電效應(yīng)將大波動(dòng)的直流電轉(zhuǎn)為小波動(dòng)的直流電。

圖3·電源電路

3、時(shí)鐘電路

STM32最小系統(tǒng)時(shí)鐘電路又被稱為“晶振電路”。晶振電路,全稱為晶體震蕩電路,用于產(chǎn)生穩(wěn)定,準(zhǔn)確的頻率信號(hào)的電路,它的主要功能是提供精確的時(shí)間基準(zhǔn)和穩(wěn)定的系統(tǒng)時(shí)鐘。時(shí)鐘電路的原理圖如圖4所示。

圖4·時(shí)鐘電路

晶振電路一般采用8MHz的高速晶振,也可以是其他的,F(xiàn)103支持的外部高速晶振是4MHz-16MHz,通過倍頻和分頻為單片機(jī)提供系統(tǒng)時(shí)鐘,為芯片的各個(gè)模塊提供運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)力。圖中的兩個(gè)電容為時(shí)鐘電路的負(fù)載電容,可以讓晶振提供更加穩(wěn)定的震蕩頻率,它與晶振一起形成一個(gè)并聯(lián)諧振電路,可以對輸出信號(hào)進(jìn)行微調(diào),同時(shí)提供相位補(bǔ)償。一般來說8MHz的晶振通常采用12pF或者20pF的電容作為負(fù)載電容。

4、復(fù)位電路

STM32有三種復(fù)位方式:電源復(fù)位、系統(tǒng)復(fù)位和后備域復(fù)位。在STM32最小系統(tǒng)中,復(fù)位電路就是使單片機(jī)產(chǎn)生電源復(fù)位的電路。電路圖如圖5所示。STM32單片機(jī)運(yùn)行過程中只要NSRT引腳輸入低電平,芯片就會(huì)復(fù)位。如圖5,芯片上電后,NSRT引腳將保持高電平,當(dāng)KEY1按下時(shí),VCC將接地,此時(shí)NRST將會(huì)置為低電平,產(chǎn)生復(fù)位。電容C1的作用是在單片機(jī)上電時(shí)產(chǎn)生上電復(fù)位,剛上電時(shí)C1會(huì)進(jìn)行充電,NRST將會(huì)保持低電平,當(dāng)C1充滿后NRST將變?yōu)楦唠娖健?/p>

圖5·復(fù)位電路

5、下載電路

程序下載電路包括BOOT電路和程序下載接口。

BOOT電路如圖6所示。在單片機(jī)上電或復(fù)位后,啟動(dòng)方式有三種:內(nèi)部FLASH(主閃存存儲(chǔ)器)啟動(dòng)、內(nèi)部SRAM啟動(dòng)、系統(tǒng)存儲(chǔ)器啟動(dòng)。

圖6·BOOT電路

單片機(jī)可以通過設(shè)置BOOT0和BOOT1的引腳電平的高低來設(shè)置啟動(dòng)方式。由STM32芯片參考手冊可知,BOOT0和BOOT1的電平高低和啟動(dòng)方式的對應(yīng)關(guān)系如下圖圖7所示。

圖7·BOOT啟動(dòng)模式圖

(1)主閃存存儲(chǔ)器啟動(dòng)

啟動(dòng)地址:0x08000000 是 STM32 內(nèi)置的 Flash,一般我們使用 JTAG 或者 SWD 模式下載程序時(shí),就是下載到里,重啟后也直接從這啟動(dòng)程序。基本上都是采用這種模式。

(2) 系統(tǒng)存儲(chǔ)器啟動(dòng)

啟動(dòng)地址:0x1FFF0000從系統(tǒng)存儲(chǔ)器啟動(dòng),這種模式啟動(dòng)的程序功能是由廠家設(shè)置的。一般來說,這種啟動(dòng)方式用的比較少。系統(tǒng)存儲(chǔ)器是芯片內(nèi)部一塊特定的區(qū)域,STM32在出廠時(shí),由ST在這個(gè)區(qū)域內(nèi)部預(yù)置了一段BootLoader, 也就是我們常說的ISP程序, 這是一塊ROM,出廠后無法修改。一般來說,我們選用這種啟動(dòng)模式時(shí),是為了從串口下載程序,因?yàn)樵趶S家提供的BootLoader 中,提供了串口下載程序的固件,可以通過這個(gè)BootLoader將程序下載到系統(tǒng)的Flash中。但是這個(gè)下載方式需要以下步驟:

<1>將BOOT0設(shè)置為1,BOOT1設(shè)置為0,然后按下復(fù)位鍵,這樣才能從系統(tǒng)存儲(chǔ)器啟動(dòng)BootLoader

<2>最后在BootLoader的幫助下,通過串口下載程序到Flash中

<3>程序下載完成后,又有需要將BOOT0設(shè)置為GND,手動(dòng)復(fù)位,這樣,STM32才可以從Flash中啟動(dòng)可以看到, 利用串口下載程序還是比較的麻煩,需要跳帽跳來跳去的,非常的不注重用戶體驗(yàn)。

(3) 內(nèi)置SRAM啟動(dòng)

啟動(dòng)地址:0x20000000 內(nèi)置SRAM,既然是SRAM,自然也就沒有程序存儲(chǔ)的能力了,這個(gè)模式一般用于程序調(diào)試。假如我只修改了代碼中一個(gè)小小的 地方,然后就需要重新擦除整個(gè)Flash,比較的費(fèi)時(shí),可以考慮從這個(gè)模式啟動(dòng)代碼(也就是STM32的內(nèi)存中),用于快速的程序調(diào)試,等程序調(diào)試完成后,在將程序下載到SRAM中。

6、總結(jié)

在本文中,我們探討了STM32最小系統(tǒng)的基本組成部分及其電路原理。STM32是最常用的32位微控制器之一,廣泛應(yīng)用于各種嵌入式系統(tǒng)項(xiàng)目中。了解其最小系統(tǒng)的構(gòu)成有助于開發(fā)者構(gòu)建可靠的硬件平臺(tái),并為進(jìn)一步的軟件開發(fā)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵要點(diǎn)回顧

1、微控制器(MCU): 最小系統(tǒng)電路的核心,負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)和運(yùn)行程序;

2、時(shí)鐘電路: 提供MCU運(yùn)行所需的時(shí)鐘信號(hào),通常包括晶體振蕩器和相關(guān)的電容;

3、電源電路: 為MCU和其他電路提供穩(wěn)定的電源?赡馨妷赫{(diào)節(jié)器、濾波電容等;

4、復(fù)位電路: 確保MCU在上電或需要時(shí)能夠正確地啟動(dòng)和復(fù)位;

5、下載電路: 允許程序員將代碼燒錄到MCU中,并在開發(fā)過程中進(jìn)行調(diào)試。這通常包括JTAG、SWD、ISP等接口。

結(jié)論

通過本文的學(xué)習(xí),我們可以了解到構(gòu)建一個(gè)STM32最小系統(tǒng)所需的關(guān)鍵組件和技術(shù)細(xì)節(jié)。這些基礎(chǔ)知識(shí)不僅對于初學(xué)者非常重要,而且對于經(jīng)驗(yàn)豐富的開發(fā)者來說也是很好的復(fù)習(xí)和鞏固機(jī)會(huì)。掌握了這些核心概念之后,開發(fā)者可以更加自信地進(jìn)行STM32相關(guān)的項(xiàng)目開發(fā),無論是簡單的原型制作還是復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

展望未來

隨著嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展,STM32的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)展。未來,STM32將繼續(xù)發(fā)揮其在物聯(lián)網(wǎng)(IoT)、自動(dòng)化控制和其他領(lǐng)域的關(guān)鍵作用。因此,掌握STM32最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理和實(shí)踐技巧對于從事相關(guān)工作的工程師們來說至關(guān)重要。

最后的建議

在設(shè)計(jì)STM32最小系統(tǒng)時(shí),請確?紤]到EMC(電磁兼容性)和熱管理問題,以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn),嘗試自己動(dòng)手構(gòu)建一個(gè)STM32最小系統(tǒng),這將幫助你更好地理解和掌握這些概念。持續(xù)關(guān)注STM32的新版本和更新,以便利用最新的功能和優(yōu)化。

希望本文能幫助你更好地理解和設(shè)計(jì)STM32最小系統(tǒng)。祝你在未來的項(xiàng)目中取得成功。感謝您的閱讀!

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