前言

上一篇中我們重點(diǎn)是講了一下怎么搭建開(kāi)發(fā)環(huán)境以及怎么下載燒錄的過(guò)程，這都是解決的電腦端的開(kāi)發(fā)環(huán)境問(wèn)題，還沒(méi)有到實(shí)際的開(kāi)發(fā)板上，我們的單片機(jī)是都是焊接在開(kāi)發(fā)板上的，PCB上有著它所需的工作電路。并不是直接給供電電壓就可以讓其工作的，本文主要是簡(jiǎn)介一下STM32的開(kāi)發(fā)的部分硬件知識(shí)。

單片機(jī)參數(shù)

主頻

在前面我們提到過(guò)ARM的不同架構(gòu)的主頻是不一樣的，這個(gè)主頻在單片機(jī)上的提現(xiàn)就是頻率，也就是它決定著單片機(jī)的性能或者說(shuō)是處理速度，主頻越高，單位時(shí)間內(nèi)可以處理的指令越多，處理速度越快，性能自然也就越高。
例如：STM32F103ZET6的主頻是72MHZ那么就說(shuō)明它在一秒內(nèi)可以處理72M（72 000 000）條機(jī)器指令，注意是機(jī)器指令，不是代碼條數(shù)，我們所有的代碼都是被編譯器編譯二進(jìn)制的機(jī)器指令供給單片機(jī)運(yùn)行的，在編程中，最開(kāi)始使用一種基礎(chǔ)延時(shí)，就是利用單片機(jī)運(yùn)行一定數(shù)量的機(jī)器周期實(shí)現(xiàn)的，而且所有的片內(nèi)外設(shè)都離不開(kāi)時(shí)鐘操作，所以對(duì)于主頻這個(gè)參數(shù)我們一定要清楚。

位數(shù)

前面也提到過(guò)，STM32是一款32位的單片機(jī)，這個(gè)32位的具體含義是個(gè)指在運(yùn)行過(guò)程中，單次運(yùn)行能夠處理多少位的二進(jìn)制數(shù)，像51單片機(jī)這類(lèi)8位單片機(jī)，單次就只能處理8個(gè)二進(jìn)制位，也就是256種狀態(tài)，而STM32單次可以處理32位，也就是2^32種狀態(tài)，差別可以說(shuō)是很夸張了，當(dāng)然實(shí)際中沒(méi)有這么夸張，一般都是把一個(gè)32位的寄存器分段定義給不同的外設(shè)來(lái)進(jìn)行控制的，這個(gè)在下一篇的寄存器控制GPIO中就會(huì)提到?？傊?，位數(shù)也是決定單片機(jī)性能的一個(gè)參數(shù)。

STM32最小系統(tǒng)

關(guān)于STM32最小系統(tǒng)的含義直接看看“C知道”的說(shuō)法吧，怎么說(shuō)呢，這個(gè)答案差點(diǎn)意思，但是也八九不離十，個(gè)人理解STM32最小系統(tǒng)就是能讓它運(yùn)行起來(lái)的最小電路結(jié)構(gòu)，以STM32為核心，圍繞其管腳設(shè)置有晶振電路、電源電路、復(fù)位電路、BOOT選擇電路、調(diào)試接口電路，以及外接GPIO口。下面我們就以幾塊常見(jiàn)開(kāi)發(fā)板為例，分模塊進(jìn)行介紹。

電源電路

電源是為STM32以及整個(gè)開(kāi)發(fā)板提供驅(qū)動(dòng)能源的，查看STM32的數(shù)據(jù)手冊(cè)我們可以看到其對(duì)于電源的要求，在手冊(cè)第五章，有一個(gè)電源架構(gòu)圖，其中VDD是標(biāo)準(zhǔn)工作電壓，STM32的標(biāo)準(zhǔn)工作電壓是3.3V，而VREF是參考電壓，是為ADC、DAC提供參考的，VBAT是后備區(qū)域供電腳。

注意在VDD左邊還放置了一個(gè)15100nf+14.7uf，這是因?yàn)镾TM32有多組電源引腳，這些都是用來(lái)對(duì)電源進(jìn)行濾波的小電容主要是用來(lái)濾除電源中的高頻雜波，而大電容一方面是濾除低頻噪聲，另一方是起到一個(gè)電源抗擾作用，可以在一定程度上防止電源被拉低。
根據(jù)芯片手冊(cè)的描述，各個(gè)開(kāi)發(fā)板生產(chǎn)商都會(huì)按照要求來(lái)制作自己的電路，

可以發(fā)現(xiàn)產(chǎn)商都是嚴(yán)格參照數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)的下圖是正點(diǎn)原子的探索者開(kāi)發(fā)板的電源部分截圖。

在進(jìn)行PCB繪制的時(shí)候就需要將上面的104電容放到每一組電源之前，下圖為立創(chuàng)的梁山派，白色部分為VDD電源輸入，可以看見(jiàn)每一組接到管腳的電源都是經(jīng)過(guò)了一個(gè)電容濾波的。

如果是自己做開(kāi)發(fā)板必須嚴(yán)格參照數(shù)據(jù)手冊(cè)的電壓電流限制，以及其他硬性指標(biāo)，而且要多多參考市面上已有方案的設(shè)計(jì)，可以借鑒。當(dāng)然軟件開(kāi)發(fā)的人也并不是一點(diǎn)硬件都不用管，就好比你去做開(kāi)發(fā)，突然單片機(jī)不工作了，我們排除問(wèn)題的首選就是要去查看電源電壓是否還正常，要去測(cè)一下STM32的3.3V供電還是否正常，如果電源電壓都異常了，大概率是芯片短路了或者部分引用電路短路了。
正點(diǎn)原子資料下載中心http://www.openedv.com/docs/index.html
在設(shè)計(jì)單片機(jī)的電源時(shí)，盡量選用LDO（線(xiàn)性電源）而非DCDC(開(kāi)關(guān)電源)，原因在于，DCDC的紋波大，會(huì)影響單片機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性。

晶振電路

晶振電路的作用是給單片機(jī)運(yùn)行提供一個(gè)準(zhǔn)確的時(shí)間基準(zhǔn)，保證單片能夠有序的運(yùn)行。

在芯片手冊(cè)中關(guān)于振蕩頻率的描述是說(shuō)需要選取4-26MHZ的振蕩源（晶振）

然后官方給出了一個(gè)8MHZ的參考電路，現(xiàn)在大部分廠(chǎng)商的外置晶振都是參照的下面這個(gè)8MHZ。而且給出了CL1與CL2的參考容值，以及特別說(shuō)明PCB走線(xiàn)時(shí)MCU的腳必須盡可能的接近此電路。


下圖是正點(diǎn)原子的探索者所用的：

細(xì)心同學(xué)可能發(fā)現(xiàn)了，很多開(kāi)發(fā)板上除了一個(gè)8M的晶振還有個(gè)32.768K的晶振電路，那么為什么有兩個(gè)晶振電路呢，實(shí)際上整開(kāi)發(fā)板還不止這兩個(gè)時(shí)鐘電路，這個(gè)在芯片的時(shí)鐘樹(shù)就可以看出來(lái)了

A： LSI RC:內(nèi)部低速時(shí)鐘

B ： LSE ：外部低速時(shí)鐘，也就是我們看見(jiàn)的板子上的另外一個(gè)晶振電路。


C：HSE：外部高速時(shí)鐘，HSE 的特點(diǎn)是精度非常高，上面的那個(gè)8MHZ的晶振電路。
注：諧振器和負(fù)載電容必須盡可能地靠近振蕩器的引腳，以盡量減小輸出失真和起振穩(wěn)定時(shí)間。負(fù)載電容值必須根據(jù)所選振蕩器的不同做適當(dāng)調(diào)整。也就是上面提到的PCB走線(xiàn)及布局時(shí)要盡可能接近芯片，減少失真。
D：HSI：內(nèi)部高速時(shí)鐘，可以不接外部時(shí)鐘直接使用其作為時(shí)鐘源但是其存在不穩(wěn)定性，精度也不及外部晶振。

小結(jié)：STM32的時(shí)鐘系統(tǒng)既有內(nèi)部時(shí)鐘又有外部時(shí)鐘，既有低速時(shí)鐘又有高速時(shí)鐘，內(nèi)部時(shí)鐘能用，但是穩(wěn)定性和精度都不是好，但是可以節(jié)省外部元器件，在一定程度上降低了成本；外部時(shí)鐘有更好的穩(wěn)定性，更高的速度，只是布線(xiàn)時(shí)需要注意盡可能的接近單片機(jī)的引腳。下圖中紅框就是立創(chuàng)梁山派的兩組晶振電路，距離主控MCU非常近。

復(fù)位電路

我們?nèi)粘Ｊ褂秒娔X或者手機(jī)的時(shí)候會(huì)偶然遇到卡死的狀況，單片機(jī)也不例外，出現(xiàn)程序卡死就需要使用到復(fù)位，讓代碼重頭開(kāi)始運(yùn)行；同理，掉電的一瞬間單片機(jī)也不知道運(yùn)行到哪兒了，如果上電不設(shè)置復(fù)位，那么就可能造成代碼混亂，所以我們需要設(shè)置上電復(fù)位電路，保證上電后代碼都說(shuō)是從第一行開(kāi)始運(yùn)行。
STM32是低電平復(fù)位，所以正常工作時(shí)我們需要為其上拉一個(gè)電阻，提供高電平。關(guān)于復(fù)位的邏輯要求芯片手冊(cè)中也已經(jīng)給出，復(fù)位時(shí)復(fù)位管腳需要一個(gè)小于0.8V的電壓，且時(shí)間要持續(xù)20us（濾波后的低脈沖時(shí)間是100ns未濾波的需要300ns）。這樣就可以復(fù)位了。

手冊(cè)中也給出了一個(gè)復(fù)位電路但這個(gè)電路是靠NRST管腳內(nèi)部上拉來(lái)實(shí)現(xiàn)正常工作時(shí)的NRST保持高電平，此電路僅僅實(shí)現(xiàn)了一個(gè)硬件復(fù)位的功能，但是現(xiàn)在似乎很少見(jiàn)這種方案的(筆者猜測(cè)是因?yàn)閮?nèi)部上拉太弱了，效果不好，僅僅是猜測(cè)，懂得老鐵麻煩在評(píng)論區(qū)說(shuō)一聲)。

現(xiàn)在比較主流的方案是在此電路的基礎(chǔ)上再上拉一個(gè)電阻，形成一個(gè)RC電路，這樣在上電的時(shí)候，得益于電容充電的延時(shí)作用，這個(gè)延時(shí)時(shí)間大約為：t=0.35RC=350us（計(jì)算過(guò)程參考此文——http://t.csdn.cn/8jiKg），對(duì)于20us的邏輯要求綽綽有余，這樣就實(shí)現(xiàn)了一個(gè)上電復(fù)位的效果。同時(shí)還兼顧硬件復(fù)位的功能。

復(fù)位實(shí)物圖：

BOOT選擇電路

關(guān)于BOOT選擇電路說(shuō)白了就是決定單片機(jī)從哪兒讀取程序開(kāi)始啟動(dòng)，有時(shí)候代碼量超出了片內(nèi)FLASH的存儲(chǔ)量，需要外掛內(nèi)存來(lái)存儲(chǔ)代碼，這時(shí)候就需要改變BOOT來(lái)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容，實(shí)際使用過(guò)程中一般都是夠用的，除了存圖片之類(lèi)的可能會(huì)超出，一般內(nèi)置FLASH的空間就夠用。

還有就是有時(shí)候會(huì)因?yàn)橐幌麓a時(shí)序問(wèn)題導(dǎo)致芯片內(nèi)部時(shí)序崩潰，無(wú)法正常燒錄和運(yùn)行，這時(shí)候就可以借用BOOT的啟動(dòng)方式來(lái)擦除不正常的代碼。

出現(xiàn)ST-LINK無(wú)法識(shí)別單片機(jī)內(nèi)核，而按下復(fù)位又可以看見(jiàn)內(nèi)核，卻無(wú)法燒錄時(shí)可以參考此文進(jìn)行BOOT操作，就可以解決——Invalid ROM Table解決方法_STM32http://t.csdn.cn/Nls6p

調(diào)試接口電路

前面概述的時(shí)候我們還有看見(jiàn)過(guò)一個(gè)東西就是下圖所示的JTAG/SW debug這兩種接口都是用來(lái)調(diào)試的，要知道，開(kāi)發(fā)過(guò)程中不可能一蹴而就的，整個(gè)產(chǎn)品的大量時(shí)間都是用來(lái)調(diào)試的，單片機(jī)廠(chǎng)商也都會(huì)留出調(diào)試的用的IO口。

其中SWD需要占用兩個(gè)專(zhuān)用IO口，SWDIO與SWCLK，這個(gè)與我們使用的ST-LINK是對(duì)應(yīng)的。

還有一種JTAG的調(diào)試方式，需要使用五個(gè)管腳。

而JTAG模式的IO包含著SW的IO口，所以我們常見(jiàn)的調(diào)試接口是2*10pin的排線(xiàn)接口。

以上就是最小系統(tǒng)的常見(jiàn)和必要電路了，除此之外我們還需要讀懂一些外設(shè)的連接方式圖，在原理圖中網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)一致的代表這兩個(gè)位置是連接在一起的。

其他電路

除了上述必須要的電路結(jié)構(gòu)以外，通常開(kāi)發(fā)板上還會(huì)設(shè)置LED燈的驅(qū)動(dòng)、蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)等等。這些電路也都是我們需要能夠看明白的，也需要有排查能力，遇到外設(shè)問(wèn)題要先自己排查，確保不是程序問(wèn)題再去找其他同事幫忙?，F(xiàn)在這個(gè)壓力超大的時(shí)代，能不麻煩別人盡量不麻煩，能自己解決就不辛苦他人。
關(guān)于其他電路我們?cè)诤竺娴奈恼轮杏龅揭粋€(gè)介紹一個(gè)，不在此做總論述。
想要詳細(xì)了解的可以去原子的開(kāi)源廣場(chǎng)下載資料查看，下圖就來(lái)自正點(diǎn)原子的開(kāi)源資料。

本文重點(diǎn)

掌握最小系統(tǒng)的構(gòu)成、知道BOOT選擇、調(diào)試接口怎么使用。

本文參考博客鏈接

1.認(rèn)識(shí)STM32最小系統(tǒng)http://t.csdn.cn/4ShDQ
2.STM32 最小系統(tǒng)中的4種電路http://t.csdn.cn/ys4pO
3.STM32F103C8T6復(fù)位電路設(shè)計(jì)http://t.csdn.cn/8jiKg
4.STM32 復(fù)位電路設(shè)計(jì)http://t.csdn.cn/XrRVY
5.STM32 最小系統(tǒng)http://t.csdn.cn/tBM50

M4系列目錄

1.嵌入式學(xué)習(xí)筆記——概述
2.嵌入式學(xué)習(xí)筆記——基于Cortex-M的單片機(jī)介紹
3.嵌入式學(xué)習(xí)筆記——STM32單片機(jī)開(kāi)發(fā)前的準(zhǔn)備
4.嵌入式學(xué)習(xí)筆記——STM32硬件基礎(chǔ)知識(shí)
5.嵌入式學(xué)習(xí)筆記——認(rèn)識(shí)STM32的 GPIO口
6.嵌入式學(xué)習(xí)筆記——使用寄存器編程操作GPIO
7.嵌入式學(xué)習(xí)筆記——寄存器實(shí)現(xiàn)控制LED小燈
8.嵌入式學(xué)習(xí)筆記——使用寄存器編程實(shí)現(xiàn)按鍵輸入功能
9.嵌入式學(xué)習(xí)筆記——STM32的USART通信概述
10.嵌入式學(xué)習(xí)筆記——STM32的USART相關(guān)寄存器介紹及其配置
11.嵌入式學(xué)習(xí)筆記——STM32的USART收發(fā)字符串及串口中斷
12.嵌入式學(xué)習(xí)筆記——STM32的中斷控制體系
13.嵌入式學(xué)習(xí)筆記——STM32寄存器編程實(shí)現(xiàn)外部中斷
14.嵌入式學(xué)習(xí)筆記——STM32的時(shí)鐘樹(shù)
15.嵌入式學(xué)習(xí)筆記——SysTick(系統(tǒng)滴答)
16.嵌入式學(xué)習(xí)筆記——M4的基本定時(shí)器
17.嵌入式學(xué)習(xí)筆記——通用定時(shí)器
18.嵌入式學(xué)習(xí)筆記——PWM與輸入捕獲（上）
19.嵌入式學(xué)習(xí)筆記——PWM與輸入捕獲（下）
20.嵌入式學(xué)習(xí)筆記——ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器
21.嵌入式學(xué)習(xí)筆記——DMA
22.嵌入式學(xué)習(xí)筆記——SPI通信
23.嵌入式學(xué)習(xí)筆記——SPI通信的應(yīng)用
24嵌入式學(xué)習(xí)筆記——IIC通信文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-813676.html

到了這里，關(guān)于嵌入式學(xué)習(xí)筆記——STM32硬件基礎(chǔ)知識(shí)的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！