对stm32F103RCT6原理图解析（详细）

news2024/10/5 21:16:06

最近想了解一下原理图为什么这样设计，又发现网上虽然有相关的解析，但是不全面，所以唉还是自己动手，丰衣足食吧。

MCU部分

核心芯片STM32F103RCT6

(8条消息) stm32命名规则_BachelorTse的博客-CSDN博客

这里有芯片相关的命名规则

左下角供电部分:

VDD：D=device 表示器件的意思, 即器件内部的工作电压;

VSS：S=series 表示公共连接的意思，通常指电路公共接地端电压
VEE：负电压供电;场效应管的源极(S)
VBAT：当使用电池或其他电源连接到VBAT脚上时，当VDD 断电时，可以保存备份寄存器的内容和维持RTC的功能。如果应用中没有使用外部电池，VBAT引脚应接到VDD引脚上。

参考：(8条消息) 电源符号：VCC、VDD、VEE、VSS、VBAT_vdd在电路中代表什么_桂花很香,旭很美的博客-CSDN博客

一、LED模块

所以如果我们想要让LED灯亮起，首先要经过连接在LED上的二极管，所以我们要让该二极管工作，从输入源里输入一个低电平，即可让二极管的负极一端引脚工作，相反输入高电平则二极管的负极一端不会产生任何作用！

二、复位引脚NRST原理图

外围电路	引脚连接处

STM32F的NRST是异步复位脚。复位就是让单片机重启，使其恢复到一个缺省的状态。当NRST输入低电平的时候,MCU处于复位状态,重设所有的内部寄存器,及片内几十KB的SRAM。当NRST从低电平变高时,PC指针从0开始。但是复位的时候不会将STM32F片内RTC的寄存器以及后备存储器重置,因为它们是用电池通过专门的VBAT脚供电。 STM32中的NRST有施密特功能。大概在输入电压低于1.V的时候将芯片复位。

上电的瞬间，电容C12两端电压可以认为是0，刚上电的时候电流会通过R12和C12到地，为C20充电，RESET会输出低电平，stm32处于复位状态，VCC3.3通过电阻R3给电容充电，当电容C12的电压升高到0.8V以上，stm32退出复位状态进入运行状态。

可以参考这里： STM32 复位电路设计

三、晶振引脚原理图

8Mhz晶振

高速晶振 8MHz 作为系统时钟的来源，可以由芯片内部的 HSI RC 时钟源或芯片外部的 独立时钟源 提供。
在STM32最小系统板上，8M晶振是用于提供系统时钟的外部晶体振荡电路之一。

高速晶振 8MHz 作为系统时钟的来源，可以由芯片内部的 HSI RC 时钟源或芯片外部的 独立时钟源 提供。由于芯片内部的 HSI RC 时钟源不够精准，我们通常采用外部独立时钟源来来为芯片提供系统时钟。
具体计算方法如下：

晶振频率 = 8MHz

晶振周期 = 1 / 晶振频率 = 0.125us

如果需要一个1秒的周期，需要多少个晶振周期？

1s / 0.125us = 8000000个周期

因此，如果使用8MHz晶振，系统需要运行8000000个晶振周期才能完成一个1秒的周期。

32.768K晶振

低速晶振 32.768kHz 连接LSE（low-speed external clock signal），最终到达RTC（real-time clock）。

RTC 是一个独立的定时器 1 。从 real-time clock（实时时钟）四字可以理解，RTC可以为系统实时记录当前系统时间和日期，不管芯片有没有掉电。如果想要使用 RTC 实时记录系统时间，芯片需要接入额外备用电源，通常为纽扣电池。这样以来，RTC 在芯片掉电后，可以由电池供电继续运行 2 。

对于掉电后不需要记录系统时间的电路板，我们将低速晶振 32.768kHz 舍去，节约板子空间，精简电路设计。　

2的15次方正好等于32768，反过来讲，如果要把32.768K的时钟频率经过15次分频的话，得到的频率正好是1Hz。

晶振旁的俩个电容到底有啥作用
主要作用是平衡晶振引脚的电感的。因为晶振在高频工作时有寄生电感,为了平衡电感,起到谐振的作用。所以要用两个小电容来平衡电感。一般电容的选20pf–30pf的就可以了。具体的大小请参看晶振厂家提供的数据手册。
芯片晶振引脚的内部通常是一个反相器，芯片晶振的两个引脚之间还需要连接一个电阻，使反相器在振荡初始时处与线性状态，但这个电阻一般集成在芯片的内部，反相器就好像一个有很大增益的放大器，为了方便起振，晶振连接在芯片晶振引脚的输入和输出之间，等效为一个并联谐振回路，振荡的频率就是石英晶振的并联谐振频率。

晶振旁边的两个电容需要接地，，其实就是电容三点式电路的分压电容，接地点就是分压点，以分压点为参考点，振荡引脚的输入和输出是反相的，但从晶振两端来看，形成一个正反馈来保证电路能够持续振荡。

芯片设计的时候，其实这两个电容就已经形成了，一般是两个的容量相等，但容量比较小，不一定适合很宽的振荡频率范围，所以需要外接两个负载电容。

晶振旁边的负载电容怎么选择？
负载电容需要根据晶振的规格来选择，晶振的规格书都会标示出负载电容的大小，一般都是几pF到几十pF。

假如晶振规格要求用20pF的负载电容，因为两个负载电容是串联的，理论上需要选择两个40pF的负载电容。

实际上MCU内部和PCB的线路上都会有一定的寄生电容，晶振的负载电容=［（C1*C2）/（C1+C2）］+Cic+△C，Cic+△C 为MCU内部电容和PCB线路的寄生电容，一般是35pF，所以，在实际应用中会考虑用30pF36pF的负载电容。

晶振和负载电容布线注意事项

为了让晶振能够可靠、稳定的起振，我们在布线时，需要让晶振和负载电容尽量的靠近芯片的晶振引脚。

在这里插入图片描述

四、电源转换电路

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：C4和C5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。C6和C7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。概括性地说，输出的电容的作用是把输出信号的干扰作为滤除。输入电容的作用就是把输入信号中的高频噪声作为滤除对象，把前级携带的高频杂波滤除。