硬件作品3----STM32F103RCT6最小系统板MCU配置

参考文章：对stm32F103RCT6原理图解析（详细）-CSDN博客

        本想绘制稍微复杂一些的电路，但是出现很多问题，因此先绘制一块最小系统板进行原理、绘制方法的验证。

设计难度：★

适合人群：初学者

一、原理说明

1. 主控芯片及GPIO拓展电路

        主控采用STM32F103RCT6，STM32与STM8系列芯片型号各字母代表不同的含义。

        数据手册：High-density performance line ARM®-based 32-bit MCU with 256 to 512KB Flash, USB, CAN, 11 timers, 3 ADCs, 13 communication interfaces

        这里的电路原理图中只有电源3V3、晶振引脚、DP下载引脚、USB数据引脚、BOOT引脚使用，故只给定这些网络标签，其余GPIO引脚均引出至排针。

        芯片关于电源的引脚有很多，VDD VDD1 VDD2 VDD3均为芯片正供电端， 一般为3.3V。VSS VSS1 VSS2 VSS3均为芯片接地端。数据手册对供电电压有介绍，纽扣电池为RTC供电，与32kHz晶振搭配使用。

        实际电路设计如下图，未接纽扣电池，但是将VBAT引脚单独引到排针。

2. 复位引脚NRST

        NRST引脚是异步复位引脚，NRST置为低电平时MCU复位，重设所有内部寄存器及片内SRAM；当NRST从低电平变为高电平时，PC指针（程序计数器）从0开始。

上电复位：

        上电复位是通过外部复位电路中的电容充放电来实现的，也就是通过电容给RST端输入一个短暂的高电平，此高电平随着Vcc对电容充电时间的增加而逐渐回落，即RST端的高电平持续时间取决于电容的充电时间。为保证单片机能可靠地复位，必须使RST引脚至少保持两个机器周期高电平，CPU 在第2个机器周期内执行内部复位操作，以后每一个机器周期重复一次， 直至RST端电平变低。

        单片机上电瞬间，由于电容的“隔直通交”，电容支路通过电流，NRST接地被置为低电平；电容充电需要一定时间，充电完成，NRST引脚被置为高电平，完成上电复位操作。

        上电复位是自动发生的，不需要外部干预，保证了每次电源开启时单片机都能从初始状态开始运行。

按键复位：

        按键复位是指通过外部按钮手动触发单片机的复位过程。用户按下复位按钮时，会向单片机提供一个低电平信号，使单片机的寄存器和状态位重置到初始状态。

        按键复位通常通过一个简单的按钮开关实现，该开关连接到单片机的复位引脚。当按钮被按下时，复位引脚接收到低电平信号，触发复位。为了确保稳定性，通常会在按钮和复位引脚之间加入去抖动电路，以防止由于接触不良或操作失误导致的多次复位。

        按键复位提供了用户干预的可能性，允许在不关闭电源情况下重置单片机，适用于需要用户控制复位过程的场合。

        复位按键电路如下。

3. 晶振配置

STM32 外部晶振电路设计和匹配_stm32晶振电路-CSDN博客

        STM32系列有内部时钟源（依靠芯片内部的RC振荡器，内部高速时钟HSI，精度不高）与外部时钟源HSE。高精度定时的场合使用内部晶振有误差，需要使用外部晶振时钟（一般选用8MHz外部晶振），接在芯片OSC_IN与OSC_OUT引脚之间的外部晶振需要外接负载电容到地。一般取负载电容CL1=CL2，两个负载电容与晶振Q构成三点式电容振荡器。

        负载电容与晶振的参数CL(Load Capacitance，数据手册可查)匹配，晶振电容CL=20pF，电路板走线上的寄生电容（约为3~5pF）与芯片输入端的等效电容（STM32F103晶振输入电容为5pF）约为Cs=10pF。计算公式为CL-Cs=(CL1*CL2)/(CL1+CL2)，取CL1=CL2，故匹配电容CL1=CL2=2*（CL-Cs）=2*（20pF-10pF）=20pF。

        晶振部分电路如下，这里选用4P引脚的贴片电容，32.768kHz的低速晶振与8MHz的高速晶振。其中，8MHz为外部晶振，32kHz晶振作为外部低速晶振最终到达RTC，纽扣电池为芯片RTC（real time clock，实时时钟）供电进而记录系统时间，若不需要此功能可以去掉纽扣电池与32kHz低速晶振。

4. 指示灯

        LED1为电源供电指示灯，LED2为PA0引脚高低电平指示灯。PA0=高电平，LED2两端无压差，灯不亮；PA0=低电平，LED2两端有压差，灯亮。

5. TYPE-C烧录接口与电源降压

        这里选用USB2.0协议的TYPE-C接口，根据其数据手册，原理图较为简单如下。但是由于TYPE-C接口从电脑端获得的电压为5V，直接给芯片工作容易烧坏芯片，故需要DC-DC电源转换。

        降压芯片选用AMS1117-3.3（低压差线性稳压器LDO），根据数据手册的固定电压输出的典型电路，将USB的5V电压转换为3.3V电压为芯片供电。C1 C2 C4 C5为滤波电容，一般为10uF与100nF(大电容与小电容)的组合，使得输出电压更稳定。

6. 烧录接口ST/DP

        GND与3V3引脚直接与芯片相连，SWDIO SWCLK引脚需要与芯片数据手册的引脚对应。

7. BOOT引脚

        关于BOOT引脚的配置，决定了芯片的启动模式。

STM32启动BOOT0 BOOT1设置方法 - zgc261 - 博客园

        总结来说，0X配置常见，从FLASH启动，一般程序下载模式；10配置通过出厂不可修改的boot loader下载程序，从ROM启动，使用麻烦，不常用；11模式从SRAM启动，程序调试用。

        为了能够实现三种模式，选用排针分别接3V3 BOOT GND引脚，用跳线帽连接。这里选择接两个保护电阻，防止配置错误直接烧坏引脚。

二、原理图与PCB绘制

        可开源，私信即可

三、调试过程

 电路已调试成功。烧写PA0端口的测试代码，能实现LED的闪烁。

		GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);Delay_ms(500);		GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);Delay_ms(500);

随意选择两个GPIO端口，进行OLED显示测试，能够正常工作。

		GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);Delay_ms(500);		GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);Delay_ms(500);

存在问题：

BOOT0 BOOT1引脚均处于悬空状态下，程序能够正常烧录并运行，后查阅数据手册得知默认状态为从0x0800 0000H即FLASH烧录，故能正常工作，使用跳线帽将两个BOOT引脚接到高电平，程序能够正常烧录但无法正常运行。