2 STM32微控制器的硬件电路设计

项目1嵌入式技术入门——汽车转向灯设计嵌入式技术及应用1.3

STM32微控制器的硬件电路设计主讲人：靳光明2STM32微控制器概述自制开发板最小系统设计Nucleo开发板简介自制开发板外围电路设计自制开发板仿真器电路设计3本节内容了解STM32微控制器的特点熟练使用电路设计软件完成微控制器最小系统设计掌握Nucleo开发板的设计原理教学目标41.3

STM32微控制器概述主讲人：靳光明5STM32微控制器概述产品分类Cortex-M0/M0+Cortex-M3高性能MCU主流型MCU低功耗MCU无线系列MCUCortex-M4 Cortex-M33 Cortex-M7丰富的产品线，面向不同应用Dual

Cortex-M7

&Cortex-M46STM32微控制器概述分类型号内核特点高性能STM32F2Cortex-M3通用型微控制器，最高主频120MHzSTM32F4Cortex-M4通用型微控制器，最高主频180MHzSTM32F7Cortex-M7通用型微控制器，最高主频216MHzSTM32H7Cortex-M7通用型微控制器，最高主频400MHz高性能MCU7主流型MCUSTM32微控制器概述分类型号内核特点主流型STM32F0Cortex-M0低成本、入门级微控制器，高性价比，最高主频48MHzSTM32F1Cortex-M3通用型微控制器，最高主频72MHzSTM32F3Cortex-M4侧重混合信号应用，最高主频72MHzSTM32G0Cortex-M0+F0系列升级产品，最高主频64MHzSTM32G4Cortex-M4F3系列升级产品，最高主频170MHz8低功耗MCUSTM32微控制器概述分类型号内核特点低功耗STM32L0Cortex-M0+低功耗应用，最高主频32MHzSTM32L1Cortex-M3低功耗应用，最高主频32MHzSTM32L4Cortex-M4低功耗应用，最高主频80MHzSTM32L4+Cortex-M4低功耗应用，最高主频120MHzSTM32L5Cortex-M33低功耗应用，提高了安全性，最高主频110MHz9STM32微控制器概述分类型号内核特点无线STM32WBCortex-M4Cortex-M0+双核微控制器，侧重无线应用，支持2.4G无线通信、蓝牙5.0和IEEE

802.15.4无线标准最高主频64MHz，无线系列MCU10STM32微控制器概述片内外设内置丰富外设资源模拟外设数字外设USBLCD液晶控制器SPI/

UARTSD卡接口模数/数模转换器电机控制电压比较器运算放大器11STM32微控制器概述高性能，低成本，小封装动态效能技术入门型STM32F410STM32F411STM32F401STM32F413STM32F423STM32F412更多的连接性和安全性基础型STM32F415STM32F407STM32F405STM32F446STM32F417丰富的连接外设加强的图形处理功能大容量的存储高级型STM32F437STM32F429STM32F427STM32F469STM32F479STM32F439STM32F4系列微控制器分类F4系列分类12STM32微控制器概述UQFPN48LQFP48LQFP64WLCSP64UFBGA64LQFP100UFBGA100F401CCFlash/RAMsize

(bytes)封装及引脚F401VCTWLCSP49F401CCF401RCF401CBF401VBTF401CBF401RB512K/

128KF401CDF401VDTF401CDF401RDF401CEF401VEF401CEF401REWLCSP36F410TBF410CBF410RBF410T8F410C8F410R8F411CCF411VCTF411CCF411RCF411CEF411VEF411CEF411RELQFP144UFBGA144F412CGF412CEF412RGF412REF412VGF412VEF412ZGF412ZE512K/

96K384K/

96K256K/

128K256K/

64K128K/

64K128K/

32K64K/

32KF413CHF413RHF413VHF413ZHF423CHF423RHF423VHF423ZHF413CGF413RGF413VGF413ZGF413MHF423MHF413MGWLCSP811.5M/

320K1.5M/

320K1M/

320K1M/

256K512K/

256K容量和引脚131.4

STM32

Nucleo开发板简介14Nucleo开发板灵活搭建产品原型重要功能参考评估官方开发板Discovery

KitEvaluationBoard全部功能参考评估15NucleoBoard模块化设计：ST-Link仿真器 + MCU核心板统一的MCU核心板设计：一板多用丰富的接口扩展：Arduino生态圈简洁的外设模块：指示灯和按键多功能的USB接口：虚拟串口、大容量存储、调试接口灵活的供电方式：USB供电

VS

外部供电支持多种开发环境：MDK-ARM、EWARM、Mbed电路特点Nucleo开发板Nucleo开发板

电路特点16电路特点Nucleo开发板覆盖STM32全部产品线STM32F411RE17ArduinoNucleo开发板借助Arduino生态圈，接入众多的Arduino扩展板18分类Nucleo开发板按照主控芯片引脚分类19USB接口CN1用户按键B1复位按键B2用户指示灯LD2电源指示灯LD3主控芯片STM32F411RETSWD调试接口CN4Arduino接口CN5/6/8/9外扩引脚接口CN7外扩引脚接口CN10电路模块20512KB

Flash和128KB

SRAM1个16位高级定时器，2个32位通用定时器，5个16位通用定时器3路USART；5路SPI/I2S；3路I2C；1路SDIO1路12位16通道ADC1个全速USB

2.0

OTG50个通用数字I/O口片内资源Nucleo开发板STM32F411RET621GPIO引脚分类STM32F411引脚图电源引脚复位及启动模式引脚时钟引脚仿真调试引脚通用数字I/O引脚BOOT1221.4

自制开发板最小系统设计23--

南昌大学“卓越”辅导员培养工程建设最小系统微控制器最小系统的定义最小系统定义狭义的最小系统仅包括电源电路、时钟电路、复位电路、调试电路及主控芯片电路广义的最小系统除包括上述电路外，还包括基本的人机接口电路，如指示灯、按键、蜂鸣器、数码管及串口通信等电路24最小系统电源电路调试电路复位电路时钟电路主控芯片最小系统为MCU提供统一的初始状态为整个电路系统提供所需的供电电压为MCU提供程序下载和调试的接口为MCU提供所需的时钟信号25电源电路最小系统三个外部电源输入均引出到外扩接口两种供电方式：外部供电和USB供电外部输入3.3V外部输入7V～12V外部输入5V电源输入选择电源指示灯提供给目标MCU及外围电路USB接口5V26时钟源最小系统STM32微控制器的四个时钟源内部低速时钟。由芯片内部的RC振荡器提供，默认频率为32KHzLSI内部高速时钟。由芯片内部的RC振荡器提供，默认频率为16MHzHSI外部高速时钟。通过在OSC_IN和OSC_OUT引脚接入晶振实现，频率范围为4MHz～26MHz。也可以直接接入外部时钟信号，频率范围为1MHz～50MHz。HSE外部低速时钟。通过在OSC32_IN和OSC32_OUT引脚接入32.768KHz的晶振实现。LSE27振荡模式旁路模式最小系统时钟电路时钟电路的两种设计方法28① 断开焊桥SB16、SB50、SB54和SB55；② 焊接8MHz石英晶体X3；③ 焊接2个20pF电容C33和C34;④ 焊接2个0欧电阻R35和R37或者用焊锡短接添加外部晶振时钟电路最小系统外部低速时钟LSE来自ST-Link仿真器的8MHz时钟外部高速时钟HSE，默认未焊接29复位电路阻容复位电路专用复位电路最小系统30调试电路引脚名称JATG调试接口SWD调试接口引脚分配JTMS/SWDIO测试模式选择串行数据输入/输出PA13JTCK/SWCLK测试时钟串行时钟PA14JTDI测试数据输入−PA15JTDO/SWO测试数据输出调试信息输出PB3JTRST复位目标MCU−PB4两种调试接口最小系统31调试电路最小系统一般不连接SWO引脚32PA2/PA3作为串口通信PA5控制指示灯LD2PC13控制按键B1PA13/PA14作为调试接口主控芯片I/O引脚33电源引脚电源引脚添加去耦电容模数电源隔离34RTC供电RTC供电电路增加电池供电的RTC供电电路最小系统35启动模式BOOT0BOOT1启动模式说明0X用户闪存存储器从MCU片内Flash启动，常用启动方式10系统存储器从系统存储器启动，主要用于串口下载（ISP模式）11SRAM启动从MCU片内SRAM启动，主要用于代码调试启动模式说明最小系统36启动模式用户闪存模式最小系统BOOT0默认接地371.4 Nucleo开发板外围电路设计38指示灯电路高电平驱动低电平驱动外围电路指示灯电路设计方法39指示灯电路外围电路PA5输出高电平，指示灯LD2开启PA5输出低电平，指示灯LD2关闭指示灯控制引脚PA5限流电阻R31高电平驱动方式40按键电路上拉式按键下拉式按键外围电路按键电路设计方法41按键电路按键控制引脚PC13上拉式按键按键按下，引脚PC13读到低电平按键释放，引脚PC13读到高电平触发方式按键按下瞬间，形成下降沿按键释放瞬间，形成上升沿按下保持释放外围电路42--

南昌大学“卓越”辅导员培养工程建设外扩接口外围电路43外扩接口3.3V输入/输出5V输入/输出Vin输入A/D接口I2CSPI定时器UARTGPIO--Arduino

UNO接口外围电路44CN6--序号名称对应STM32引脚功能说明1NC——2IOREF—输出3.3V直流电压3RESETNRST复位MCU4+3V3—外接3.3V直流电压输入或者输出3.3V直流电压5+5V—外接5V直流电压输入或者输出5V直流电压6GND—地7GND—地8VIN—外接7～12V直流电压输入电源接口外围电路45CN8--序号名称对应STM32引脚功能说明1A0PA0ADC1_0 ：ADC1的转换通道02A1PA1ADC1_1 ：ADC1的转换通道13A2PA4ADC1_4 ：ADC1的转换通道44A3PB0ADC1_8 ：ADC1的转换通道85A4PC1ADC1_11：ADC1的转换通道116A5PC2ADC1_10：ADC1的转换通道10A/D接口外围电路46CN5--序号名称对应STM32引脚功能说明10D15PB8I2C1_SCL：I2C1的时钟信号9D14PB9I2C1_SDA：I2C1的数据信号8AREF—模拟电压AVDD7GND—地6D13PA5SPI1_SCK：SPI1的时钟信号5D12PA6SPI1_MISO：SPI1的主机输入/从机输出信号4D11PA7TIM1_CH1N：定时器1的通道1的互补输出（PWM）SPI1_MOSI：SPI1的主机输出/从机输入信号3D10PB6TIM4_CH1：定时器4的通道1（PWM）SPI1_CS：SPI1的从机选择信号2D9PC7TIM3_CH2：定时器2的通道2（PWM）1D8PA9通用数字I/O数字I/O接口外围电路47CN9--序号名称对应STM32引脚功能说明8D7PA8通用数字I/O7D6PB10TIM2_CH3：定时器2的通道3（PWM）6D5PB4TIM3_CH1：定时器3的通道1（PWM）5D4PB5通用数字I/O4D3PB3TIM2_CH2：定时器2的通道2（PWM）3D2PA10通用数字I/O2D1PA2USART2_TX：串口通信2的数据发送引脚1D0PA3USART2_RX：串口通信2的数据接收引脚数字I/O接口外围电路48--Nucleo开发板和扩展板的连接方式外围电路49连接方式连接方式二--利用杜邦线连接外围电路外围电路50连接方式二1.5 Nucleo开发板仿真器电路设计主讲人：靳光明51--

南昌大学“卓越”辅导员培养工程建设ST-Link仿真器ST-Link仿真器的两个用途ST-Link板载MCU用于调试Nucleo开发板的板载MCU外部MCU作为独立的仿真器，用于调试外部的MCU52--

南昌大学“卓越”辅导员培养工程建设跳线1--2和 3--4ON--->NucleoOFF--->ST-LinkST-Link仿真器调试引脚外扩SWD调试接口简化电路与板载MCU相连ST-Link仿真器简化电路ST-Link仿真器53--

南昌大学“卓越”辅导员培养工程建设引脚CN4描述1VDD_TARGET与目标板的电源连接2SWCLK与目标板MCU的SWCLK引脚连接3GND与目标板的地连接4SWDIO与目标板