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  • STM32F103C8T6最小系统

    万次阅读 多人点赞 2019-07-09 23:25:17
    单片机最小系统一般有晶振电路、电源电路、复位电路以及调试电路组成。本文以STM32F103C8T6为例,介绍最小电路的设计和要注意的问题。

    各位同学,看完觉得好就点个赞,点个收藏,再来一波关注。白嫖不利于开源社区的发展,我这浏览数据都12000+了,点赞基本没有,收藏倒是快接近100了。开源本来就是吃力不讨好的事情,更新和创作的动力来源于社区有效的互动。
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    单片机最小系统一般有晶振电路、电源电路、复位电路以及调试电路组成

    1.电源电路

    主要有两部分组成:

    • 供电电路

    可以使用普通的USB接口电路,5V电源输出
    供电电路

    • 降压电路
      USB的5V输入,然后输出为3.3V
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      这里使用两种不同的电容。
    • 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。
    • 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
    • 大电容和小电容并联的作用:
      至于与大容量电解电容并联的小电容,其作用在于旁路频率较高的波动电压,因为铝电解电容的制造工艺导致其具有较大的ESL(等效电感),无法滤除高频成份,故需加个小电容。

    2.晶振电路

    晶振电路用来给芯片提供时钟信号,原理图如下:
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    需要注意的是:

    • 画板时晶振尽量离芯片近一点
    • 晶振底部尽量不要穿过其他支路,防止信号串扰
    • 不同型号的晶振可能需要不同的电路设计,根据自己使用的晶振型号设计,例如使用村田的CSTCE系列晶振,可以设计成如下电路:
      CSTCE8M系列晶振电路
    • 晶振的选择要根据数据手册来选,本芯片4-16M可选
      数据手册中对晶振的选择
      注意:上图使用了F102芯片手册,在外接晶振方面F103上是一样的

    3.复位电路

    复位电路如下:
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    stm32有三种复位方式:电源复位、系统复位和后备域复位

    电源复位时,当NRST引脚被拉低,产生外部复位,并产生复位脉冲,从而使系统复位。

    4.去耦电容

    主要用来滤除杂波,保持引脚电压的稳定。这些电容也尽量离芯片相关引脚近一点。分布在芯片四周即可。
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    5.调试下载电路

    • BOOT选择
    启动方式 BOOT0 BOOT1
    从主闪存存储器启动 0 x
    从系统存储器启动 1 0
    从内置SRAM启动 1 1

    BOOT选择

    • 调试电路(SW接线方式)
      PA13对应SWD,PA14对应SWC
      下载调试电路
      对应仿真器连接如下图:

    SW接线

    6.其他外围电路

    • 电源指示灯
      电源指示
    • 测试LED灯
      测试电路
      注意:如果要使用PC13,PC14和PC15则VBAT需要接3.3V
    • 这是因为VBAT引脚和芯片的其他VSS和VDD引脚功能是一致的,都是用来给相邻片区引脚供电

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    • 外围接口
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      注意:排序时,围绕stm32芯片一个方向顺序排列网络标号,依次排列外接IO,方便PCB排版.

    7.芯片STM32F103C8T6

    STM32F103C8T6

    • 封装是LQFP48,注意BOOT引脚接10K电阻

    STM32F103C8T6

    8.PCB布板

    • 正面
      布板
    • 反面
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      注意布板时提到的几个问题即可

    9.成品

    成品

    • 由于画的是HC-49U的晶振封装,但是不够了,用了个TC-38来凑数,也是8M,效果还不错。

    10.调试结果

    调试成功

    11.LED灯测试结果

    测试成功

    12.原理图说明

    • 楼主提供F103C8T6的原理图,各位可以参考图片版本

    • 照着图片画一版,增强记忆

    • 不提供PCB的原因是:大家使用的元器件库是不一样的,最好根据自己实验室现有器件规格来配置相应的元器件,并设计好PCB。

    • 另外需要说明一点:下载时的积分我设置不了,这是系统自动设置的。虽然,我也想把积分调低一点。

    • 好像能改。。。改成5积分了。
      滑稽

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  • STM32最小系统硬件组成详解

    万次阅读 多人点赞 2018-07-28 22:33:15
    STM32最小系统硬件组成详解 0组成: 电源 复位 时钟 调试接口 启动 1、电源 : 一般3.3V LDO供电 加多个0.01uf去耦电容 2、复位:有三种复位方式:上电复位、手动复位、程序自动复位 通常低电平复位:(51单片机...

    STM32最小系统硬件组成详解

    0组成: 电源   复位   时钟    调试接口  启动

    1、电源 : 一般3.3V  LDO供电   加多个0.01uf去耦电容  

    2、复位:有三种复位方式:上电复位、手动复位、程序自动复位

    通常低电平复位:(51单片机高电平复位,电容电阻位置调换)

    上电复位,在上电瞬间,电容充电,RESET出现短暂的低电平,该低电平持续时间由电阻和电容共同决定,计算方式如下:t = 1.1RC(固定计算公式)  1.1*10K*0.1uF=1.1ms

    需求的复位信号持续时间约在1ms左右。

    手动复位:按键按下时,RESET和地导通,从而产生一个低电平,实现复位。

    3、时钟 :   晶振+起振电容  +(反馈电阻MΩ级)   

    如使用内部时钟:

    对于100脚或144脚的产品,OSC_IN应接地,OSC_OUT应悬空。

    2)对于少于100脚的产品,有2种接法:

    iOSC_INOSC_OUT分别通过10K电阻接地。此方法可提高EMC性。

    32.768KHZ:

    可选择只接高速外部时钟8MHZ或 既多接一个32.768MHZ的外部低速时钟。

    32.768KHZ时钟作用:      用于精准计时电路  万年历

    通常会选择32.768KHz的晶振,原因在于32768=2^15,而嵌入式芯片分频设置寄存器通常是2的次幂的形式,这样经过15次分频后,就很容易的1HZ的频率。实现精准定时。用于精准计时电路  万年历 

    晶振:一般选择8MHZ  方便倍频     

    有源:更稳定 成本更高 需要接电源供电  不需要外围电路      3脚单线输出  

    无源:精度基本够 方便灵活 便宜          最大区别:是否需要单独供电         无源晶振需要外接起振电容:晶振的两侧有两个电容

    OSC——OUT不接,悬空

                                                                                      有源晶振

    作用:

    1、使晶振两端的等效电容等于或接近于负载电容;

    2、起到一定的滤波的作用,滤除晶振波形中的高频杂波;

    该起振电容的大小一般选择10~40pF,当然根据不同的单片机使用手册可以具体查阅,如果手册上没有说明,一般选择20pF、30pF即可,这是个经验值。

    调整电容可微调振荡频率:

    一般情况下,增大电容会使振荡频率下降,而减小电容会使振荡频率升高,

    反馈电阻:   1M    负反馈    同时也是限流

    1、连接晶振的芯片端内部是一个线性运算放大器,将输入进行反向180度输出,晶振处的负载电容电阻组成的网络提供另外180度的相移; 整个环路的相移360度,满足振荡的相位条件,

    2、 晶振输入输出连接的电阻作用是产生负反馈,保证放大器工作在高增益的线性区,一般在M欧级;

    3、 限流的作用,防止反向器输出对晶振过驱动,损坏晶振,有的晶振不需要是因为把这个电阻已经集成到了晶振里面。             

     

    4、启动:  用户使用通常都设置成Boot0  Boot1均为0即均为低电平  

    M3核的器件有3种启动方式,M4的有4种。通过BOOT0,BOOT1的电平进行选择。

           STM32三种启动模式对应的存储介质均是芯片内置的,它们是:

    1)用户闪存 = 芯片内置的Flash。

    2)SRAM = 芯片内置的RAM区,就是内存啦。

    3)系统存储器 = 芯片内部一块特定的区域,芯片出厂时在这个区域预置了一段Bootloader,就是通常说的ISP程序。这个区域的内容在芯片出厂后没有人能够修改或擦除,即它是一个ROM区,它是使用USART1作为通信口。

           M4在上述基础上又增加了可在FSMC的BANK1区域启动。

    5、调试接口:STM32有两种调试接口,JTAG为5针,  SWD为2线串行(一共四线)

    此外还有采用USB进行程序烧写数据输出:和电脑USB口连接也可以进行小负载驱动供电。

    通常采用CH340G的芯片:实现USB转串口。

    需要单独的振荡电路 12MHZ 

    使用该芯片将电脑的USB映射为串口使用,  注意电脑上应安装串口驱动程序,否则不能正常识别。

    当烧写程序时,我们希望BOOT0=1,BOOT1=0。当烧写完成后我们希望BOOT0=0,BOOT1=0(这个模式BOOT1可以是0可以是1,这里我们让BOOT1拉低,即整个过程BOOT1都为L接地,简化电路设计)。

     

     

     

     

     

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  • STM32 最小系统

    千次阅读 多人点赞 2021-03-23 08:57:39
    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。 电源电路 不同的MCU的工作电压可能是不一样的,比如51...

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    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。

    电源电路

    不同的MCU的工作电压可能是不一样的,比如51单片机通常为5V,而STM32单片机通常为3.3V。因此,通常需要查阅该MCU的数据手册才能确定工作电压和规范。

    打开“2_官方资料”的《1_STM32F103xE数据手册【重要】.pdf》(后简称,《数据手册》),找到“5.1.6Power supply scheme”电源方案小结,可以看到如图 5.2.1 框图。
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    结合《数据手册》“5.3.1 General operating conditions”的表 5.2.1 ,可得知上图中的各电压值大小。
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    1. VDD-VSS:标准工作电压;电压范围:2V~3.6V;从VDD1 ~ VDD11,VSS1 ~VSS11共有11组;需要11个100nF 和1个4.7uF去耦电容;经过MCU内部Regulator电源管理,为CPU、存储器等供电;
    2. 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);需要1个10nF和1个1uF去耦电容;由VDDA输入,为ADC、DAC等供电;
    3. 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;
    4. 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);

    从数据手册了解到以上知识后,再来看看原理图第三页的MCU电源部分。左边的U1B(U1A和U1B共同组成U1,即MCU)是MCU所有电源相关引脚,可以看到VDDA 、VDD1 ~ VDD11、 VREF+都直接接在了VDD_3V3上(3.3V),VSSA 、VSS1 ~ VSS11、 VREF-都接在了GND上,VBAT接在了VDD_BAT上。右边是一系列退耦电容,这些电容在Layout(PCB布局走线)时,需要均匀分布在每组电源引脚附近。此时,MCU电源部分符合数据手册的要求。
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    前面VDD_3V3需要外部提供给MCU,也就是通过电源适配器提供,而一般的电源适配器通常为5V或 12V,因此还需要电源转换电路,将外部输入的12V或5V转换为3.3V。下图 5.2.3、图 5.2.4、图 5.2.5分别为12V电源输入电路、12V转5V电路、5V转3.3V电路,在5V转3.3V电路中有一个红色LED灯,用于提示用户整个系统电源正常工作,该部分电路读者仅作了解即可。
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    最后再看看RTC电源电路,在外部12V输入时,VDD_3V3为3.3V,而J5的纽扣电池约为3V,D5为肖特基二极管,此时VDD_3V3大于纽扣电池电压,因此由VDD_3V3供电。当外部12V无输入时,VDD_3V3为0V, 而J5的纽扣电池约为3V,此时VDD_3V3小于纽扣电池电压,由纽扣电池供电,保证RTC继续运行,电路如图 5.2.6 所示。
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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。

    由《数据手册》可得到如图 5.2.7 所示的时钟树,这里只关心时钟源,时钟的分配使用放在后面讲解。
    在这里插入图片描述
    可以看到一共有四个时钟源:
    ①HSI(High Speed Internal clock signal):
    HSI是内部的高速时钟信号,频率8MHz。因为是内部提供,可以降低成本,缺点是精度较差。
    ②HSE(High Speed External clock signal):
    HSE是外部的高速时钟信号,需要外部电路晶振,输入频率范围要求为4-16MHz。因为需要外部电路提
    供,成本会增加,但精度较好。
    ③LSE(Low Speed External clock signal):
    LSE是外部的低速时钟信号,需要外部电路晶振,输入频率范围要求为32.768KHz。一般用于RTC实时
    时钟。
    ④LSI(Low Speed Internal clock signal):
    LSI是内部的低速RC振荡器,频率40KHz。一般用于看门狗、RTC实时时钟等。

    对于STM32F103系列的MCU,都需要一个高速时钟和一个低速时钟,而这两个时钟可以选择使用内部时钟源节约成本,也可以选择外部时钟源输入提高精度。如果使用内部时钟源,则无需设计外部电路,反之,则需要时钟电路。

    继续查看《数据手册》,可以看到如图 5.2.8 和图 5.2.9 所示的外部时钟输入参考电路。手册上提到对于HSE,当晶振为8MHz时,CL1和CL2的容值范围为5pF~25pF。REXT用于产生负反馈,保证放大器工作在高增益的线性区,同时也起到限流作用,通常在兆欧级,具体由晶振决定。
    在这里插入图片描述
    对于LSE,当晶振为32.768KHz时,CL1和CL2的容值范围为5pF~15pF。之所以选择32.768KHz,是因为32768=215,分频设置寄存器通常为2n的形式,这样经过15次分频就很容易得到1Hz的频率。
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    从数据手册了解到以上知识后,再来看看原理图第三页的时钟电路部分,如图 5.2.10 所示。高速时钟和低速时钟都可由外部提供,且电路设计与数据手册一致。

    晶振旁的负载电容,应选择高质量陶瓷电容(NPO),以满足高频率场合。在Layout(PCB布局走线)时,晶振和负载电容,应尽可能的靠近MCU,以减少输出失真和启动时的稳定时间,保证振荡器可靠工作。
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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。查看《参考手册》,可见如图 5.2.11 所示复位电路。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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    再来看看原理图上的复位电路,如图 5.2.12 所示。当开发板正常工作时,VDD_3V3上拉NRST, POWER_EN为前面12V转5V电源芯片的使能引脚,此时被电源芯片钳位在6.5V。当SW1被按下,D1为肖特基二极管,NRST和POWER_EN都会导通接地,拉低NRST和POWER_EN,使MCU复位,同时断开系统供电。
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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,同时也使用仿真调试。对于STM32,可以使用串口下载程序,也能使用串口打印进行简单调试,但STM32支持更高效的JTAG(Joint Test Action Group)调试接口和SWD(Serial Wire Debug)调试接口。

    该电路比较简单,所涉及的引脚参考表 3.4.1,原理图如图 5.2.13 所示。
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    启动选择电路

    不同的MCU,启动的方式的种类可能不一样。比如51系列单片机,只能从内置存储器读取数据启动,因此没有启动选择的必要。对于STM32,可以从内置存储器启动(默认),可以从系统存储器(用于从USART1下载程序),可以从内部SRAM启动(调电消失,可用于调试),出现多个启动方式,就需要启动选择。

    STM32通过BOOT1和BOOT2引脚的电平组合进行启动选择,组合方式和电路设计如图 5.2.14 所示。
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    当J1拨码开关的1、4脚断开(对应开发板红色拨码开关的1号拨码朝下),2、3脚任意(对应开发板红色拨码开关的2号拨码任意)。此时BOO1为0,BOOT1任意,开发板上电,MCU将从内部主存储器读取数据启动,是最常用的启动方式。

    当J1拨码开关的1、4脚连接(对应开发板红色拨码开关的1号拨码朝上),2、3脚断开(对应开发板红色拨码开关的2号拨码朝下)。此时BOO1为1,BOOT1为0,开发板上电,MCU将从系统存储器读取数据启动,在系统存储器里面厂家烧写的串口下载程序,此时可以通过USART1烧写新程序到主存储器。

    当J1拨码开关的1、4脚连接(对应开发板红色拨码开关的1号拨码朝上),2、3脚连接(对应开发板红色拨码开关的2号拨码朝上)。此时BOO1为1,BOOT1为1,开发板上电,MCU将直接从内部SRAM启动,SRAM的烧写次数寿命比Flash更多,可用于调试。

    各启动模式的启动示意图如图 5.2.15 所示。通常,我们只使用主存储器启动即可。从系统存储器启动,实现从串口下载程序也逐渐被淘汰,STM32的高端MCU已经不支持该方式下载。从SRAM启动也没什么必要,目前Flash的烧写寿命次数也远远超过用户实际烧写次数。
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    【总结】

    本小结带领读者学习了如何读原理图,也对STM32的最小系统有了一些了解。后面的电路众多,在分析某个电路时,结合相关手册的参考电路和说明, 加上不断积累,相信读者也能灵活分析原理图。

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    8086最小系统 8086; proteus 8086最小系统 转载于:https://www.cnblogs.com/Howbin/p/11103832.html

    8086最小系统

     

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  • 51单片机最小系统

    千次阅读 2018-03-27 12:35:08
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  • FPGA最小系统设计

    千次阅读 2019-06-09 21:58:00
    FPGA最小系统设计 以EP4CE6E22I7为例,设计FPGA最小系统。 更多详细资料见公众号 洛水梅家 程序存储设计 一般使用EPCS4I8N: FPGA_DATA0:13 FPGA_DCLK :12 FPGA_nCS:8 ASDO:6 时钟 待续 发表于...
  • 51单片机最小系统

    千次阅读 2019-01-24 16:10:08
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  • STM32最小系统设计

    千次阅读 2019-05-16 12:00:00
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空空如也

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