MCU最小系统电路设计

news2024/9/22 1:41:14

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何为最小系统

最小系统板就是一个最精简的电路,精简到只能维持MCU最基本的正常工作

最小系统包括哪些模块

电源模块

MircoUSB接口

在这个图片当中,我们可以看到对应的电源口有:VBAT,VSSA,VDDA,VSS_1,VDD_1,VSS_2,VDD_2,VSS_3,VDD_3这几个

通常来说,以V开头的一般都是电源模块

上面的这张图是电源模块的一些相关名词解释。让我们对其中的有关的内容进行分析解释。

VBAT:

电池备份区域

使用电池或其他电源连接到VBAT脚上,当VDD断点时,可以保存备份寄存器的内容和维持RTC(实时时钟)的功能

VBAT脚为RTC,LSE振荡器(低速外部时钟)和PC13至PC15端口供电,可以保证当主电源被切断时RTC能持续工作,切换到VBAT供电的开关,由复位模块中的掉电复位功能控制。

怎么理解呢,就是VBAT就是一个接外加电源的

VDDA和VSSA

独立的A/D转换器供电和参考电压

为了提高转换的精确度,ADC使用一个独立的电源供电,过滤和屏蔽来自印刷电路板上的毛刺干扰。

ADC的电源引脚是VDDA->3.3v

独立的电源地VSSA->GND

下面我们来说一下电源模块的其他几个部分

VDD_1,VDD_2,VDD_3,它们负责的是芯片的工作正电压,是3.3V

VSS_1,VSS_2,VSS_3是芯片的工作负电压GND

为什么会有VDD_1,VDD_2,VDD_3的区分呢?

VDD和VSS在芯片内部都是连在一起的,封装的时候从不同的位置分别引出,目的是为了提供可靠的电源完整性。

LDO

这个部件的目的就是为了将5V的电压通过滤波电容转换为3.3V的电压。

这个东西是电源模块当中的电源指示灯,

它存在的目的主要是为了确保电压真的转换为了3.3V

复位按键

接下来,我们来看一下MCU当中的复位按键

复位按键的功能就相当于回复出厂设置,让单片机中的代码重新跑起来。

在这个芯片的电路图中,复位按键的引脚是NRST引脚。

STM32F10XXX支持三种复位形式:分别为系统复位,上电复位,备份区域复位。

系统复位

除了时钟控制器的RCC_CSR寄存器中的复位标志位和备份区域中的寄存器以外,系统复位将复位所有寄存器至它们的复位状态。

当发生以下任一事件时,产生一个系统复位。

  1. NRST引脚上的低电平(外部复位)
  2. 窗口看门狗计数终止(WWDG复位)
  3. 独立看门狗计数终止(IWDG复位)
  4. 软件复位(SW复位)
  5. 低功耗管理复位

可通过查看ECC_CSR控制状态寄存器中的复位状态标志位识别复位事件来源。

复位电路分析 

当开关按下去之后,与NSRT相关的节点电压将变为0,开始进行复位

晶振

晶振在单片机中的作用很大,就相当于人体心中的心脏一样,是以固定的频率在跳动着的,而晶振的频率,我们这里讲到的有8MHZ和32.768KHZ,

而在上面的引脚图中,主晶振和RTC晶振对应的引脚位置分别为PDO-OSC_IN,PD1-OSC_OUT和PC14-OSC32_IN,PC15-OSC32_OUT这四个引脚

时钟

三种不同的时钟源可被用来驱动系统时钟(SYSCLK)

  • HSI振荡器时钟(内部高速时钟)
  • HSE振荡器时钟(外部高速时钟)
  • PLL时钟

这些设备有以下两种二级时钟

时钟树

在STM32F103XXX系列的单片机当中,有四个时钟,分别是内部高速时钟(8M),内部低速时钟(40KHZ),外部高速时钟(8M),外部低速时钟(32.768KHZ),

那为什么不直接使用内部8M时钟源呢?

通过看数据手册,我们知道,内部的HSI是由ST出厂的时候校准过的,但是精度并不高,并不能满足我们的要求,所以我们需要提高HSI的精度,这个时候就选择接入了外部的时钟

8MHZ主晶振

晶振是由石英晶体组成的,石英晶体之所以能当振荡器使用,是基于它的压电效应,在晶片的两个级上加一电场,会使晶体产生机械变形,晶体就会产生机械振动,同时机械变形振动又会产生交变电场,虽然这种交变电场的电压机器微弱,但是其振动频率是十分稳定的,当外加交变电压的频率和晶片的固有频率相等时,机械振动的幅度将急剧增加,这种现象称为“压片谐振”

晶振分为有源和无源,但是本质上都是皮尔斯震荡电路(反相放大器+电阻+电容+晶体+电源),只不过对于单片机而言,单片机内部集成了反相放大器和电阻以及电源,外接晶体和电容就可以了,这里的晶体就称之为无源晶体。

而有源晶体是将皮尔斯振荡器作成一个整体,直接加电源即可工作,当然,价格也会更高。

  • 增益控制:增益很大的反相放大器
  • 8MHZ谐振器:晶体
  • CL1,CL2:匹配电容,是电容三点式电路的分压电容,影响震荡频率,用于微调频率和波形,并影响幅度。
  • RF:反馈电阻,使反相器在震荡初期时处于线性工作区。
  • REXT:限流电阻,起到限制震荡幅度,防止反相器输出对晶振过驱动将其损坏。

为什么选择32.768KHZ

这是经过石英钟内部分频器进行15次分频后得到1HZ/秒的信号

频度越高计时精度越高,误差越小。

通常工作频率越高,功耗越大,这个频率是折中的结果。

这个少了限流电阻,以为用不到。

程序下载接口

SWD

STM32F103C8T6烧录的下载方法大概有三种,分别是JTAG下载,SWD下载以及串口下载。

JTAG下载是需要依靠烧录器的,需要6个引脚,同时单片机的BOOT0,BOOT1引脚要接地

SWD需要4个引脚,需要烧录器,同时BOOT0,BOOT1引脚要接地

串口下载不需要烧录器,直接通过安卓线连接电脑和单片机,同时单片机的BOOT0引脚要接高电平,BOOT1引脚要接低电平。

启动方式

BOOT选择

第一种方式(BOOT0=0)下载到内置的Flash中

第二种方式(BOOT0=1;BOOT1=0)从串口下载程序。

第三种方式(BOOT=1;BOOT1=1)为了调试

 

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