基于STM32的最小系统电路设计（手把手零基础教学）

文章目录

前言
一、复位电路
二、晶振电路
三、电源转换电路
四、SWD下载电路
五、LED测试电路
六、芯片外扩引脚
七、STM32微控制电路
总结

前言

在上篇介绍完《STM32的核心板制作流程》后，本篇我们将开始学习STM32最小系统电路的设计。具体包括复位电路、晶振电路、电源转换电路、SWD下载电路、LED测试电路、芯片外扩引脚和STM32微控制电路，核心板原理图如下所示。

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一、复位电路

一个简单的复位电路图，如下所示：

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我们可以发现复位电路由一个按键、一个电容、一个上拉电阻组成。

设计复位电路的目的是对芯片进行强制复位，使电路恢复到起始状态。其中NRST连接STM32芯片的复位引脚，查阅STM32芯片手册该复位引脚为低电平复位。该复位电路由两种工作方式：第一种是接入电源的一瞬间上电复位，第二种是手动按键复位。

上电复位原理：接上电源瞬间，电容C7等效于短路，此时NRST点为低电位接地，STM32复位。当电容充电完成后，电容C1等效于开路，NRST点电位回升为高电平。

按键复位原理：按下按键KEY1，NRST点接地变为低电平，STM32复位。按键松开后，NRST点回升为高电平。

二、晶振电路

STM32外部晶振电路，如下图所示：

在这里插入图片描述
这里的外接晶振电路，我们采用的是32.768kHz的外部低速晶振和8MHz的外部高速晶振。

设计原因：单片机的运行必须依赖稳定的时钟脉冲，由于单片机的内部时钟容易受外界干扰，所以需要外接晶振电路。

晶振电路中两个电容的作用：这两个电容一般称为“匹配电容”或者“负载电容”、“谐振电容”。晶振电路中加这两个电容是为了满足谐振条件。一般外接电容，是为了使晶振两端的等效电容等于或接近负载电容，只有连接合适的电容才能满足晶振的起振要求，晶振才能正常工作。

负载电容无法满足的话一般会使晶体频率产生偏差，严重的话晶体无法起振。负载电容的值由如下公式计算：CL=C1*C2/(C1+C2)+CS，CL为晶振的负载电容值，一般通过查询晶振的数据手册获得。CS为电路板的寄生电容，一般取3-5pf。取C1=C2，公式可简化成：CL=C1/2+CS。一般情况下，增大负载电容值，会使震荡频率下降；减小负载电容值，会使振荡频率上升。

三、电源转换电路

一个5V转3.3V的电源转换电路，如下图所示：

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我们可以发现电源转换电路是由一个稳压芯片AMS1117-3.3V、两个电解电容和两个贴片电容组成。

设计原因：STM32芯片的工作电压为2.0~3.6V，我们一般取3.3V。而通过USB接口输出的电源为5V，为防止STM32芯片损坏，需要我们通过该电源转换电路，把5V的输入电压降低到3.3V工作电压。

电容作用：C12和C15是输出滤波电容，作用是抑制自激振荡，如果不接这两个电容，通常线性稳压器的输出会是个振荡波形。C13和C14是输入电容，对于交流电压整流输入，它们的第一个作用是把单向脉动电压转换成直流电压，在本图中输入已经是+5V直流电源了，它们的作用就是防止断电后出现电压倒置，因此通常输入电容的容量应该大于输出电容。

四、SWD下载电路

以下为SWD下载电路：

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该电路为一个4P排针，用来外接ST-Link下载器。其中排针的2、3引脚分别连接芯片的PA13和PA14引脚（PA13和PA14为STM32F103C8T6芯片的SWD下载调试引脚）。

五、LED测试电路

以下为LED测试电路：

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该电路由三个LED灯和三个限流电阻组成。

LED3的作用：电源指示灯，标志电路是否正常工作。

LED1/LED2的作用：后期测试核心板是否焊接成功，能否下载程序到芯片点亮LED灯。

限流电阻的作用：降低工作电流，防止输入电压变化时，电流大幅度变化导致LED灯损坏。

六、芯片外扩引脚

以下为芯片外扩引脚：

芯片外扩引脚由两个16P的排针组成，两个排针分别连接芯片的PA0 ~ PA15引脚、PB0 ~ PB15引脚（PB2引脚除外，PB2为BOOT启动引脚，无法外接）和PC13引脚。
将芯片引脚通过排针进行外扩，可以方便我们外接其他模块的电路。通过核心板主控，其他模块为辅助可以实现更多的功能。例如，外接指纹识别模块、DHT11温湿度传感器、OLED屏幕、8266WiFi模块等等。