經(jīng)常使用STM32開發(fā)的工程師對于它的開發(fā)環(huán)境的最小系統(tǒng)是必須要有所了解的，特別是硬件工程師在設(shè)計(jì)硬件的時(shí)候?qū)@個(gè)最小系統(tǒng)就要更加的深入了解了，如果最小系統(tǒng)的搭建都有問題，那以后的使用很難避免不出現(xiàn)問題。

話不多說，進(jìn)入正題說說STM32的最小系統(tǒng)的基本組成！

1、STM32最小系統(tǒng)硬件組成包括哪些？

STM32的最小系統(tǒng)的硬件組成主要有：電源電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、調(diào)試接口電路、啟動電路。

電源 ： 一般是3.3V輸入作為STM32芯片的工作電壓，實(shí)際中很多采用LDO將5V轉(zhuǎn)換為3.3V進(jìn)行供電，另外電路上還要加多個(gè)0.01uf去耦電容對輸入電壓進(jìn)行濾波，穩(wěn)定輸入電壓。

復(fù)位：STM32中有三種復(fù)位方式，分別為：上電復(fù)位、手動復(fù)位、程序自動復(fù)位。上電復(fù)位是指芯片根據(jù)外部搭建的復(fù)位電路，在上電的時(shí)候進(jìn)行的復(fù)位；手動復(fù)位是指通過外部的復(fù)位電路自己手動進(jìn)行復(fù)位；程序復(fù)位是在軟件中通過代碼對STM32芯片進(jìn)行的復(fù)位。

2、復(fù)位電路

STM32單片機(jī)的復(fù)位電路的作用是在進(jìn)行復(fù)位的時(shí)候，讓單片機(jī)的程序計(jì)數(shù)器回到0000H這個(gè)地址，從而讓程序從開始處重新執(zhí)行。

復(fù)位操作還會將一些寄存器、存儲單元的值重新設(shè)置為初始的設(shè)定值，讓單片機(jī)重新開始執(zhí)行。

STM32單片機(jī)的三種復(fù)位方式的區(qū)別：

1）上電復(fù)位：是在單片機(jī)上電啟動的時(shí)候進(jìn)行復(fù)位的，不需要人為干預(yù)，自動完成復(fù)位；

2）手動復(fù)位：通過外部的復(fù)位電路手動進(jìn)行復(fù)位，比如按鈕、開關(guān)之類的；

3）程序復(fù)位：通過程序內(nèi)部的程序進(jìn)行復(fù)位，一般有內(nèi)核復(fù)位函數(shù)、看門狗復(fù)位等的軟件復(fù)位方式。

（1）上電復(fù)位：

上電復(fù)位是需要通過外部的電容實(shí)現(xiàn)的。

在上圖的電路中，上電復(fù)位電路由VCC、C1、R2組成。

假設(shè)單片機(jī)在RESET端輸入高電平時(shí)進(jìn)行復(fù)位，那么上電復(fù)位的原理為：在上電瞬間，C1電容的充電電流很大，電容相當(dāng)于短路，RESET出現(xiàn)短暫的高電平，這個(gè)高電平會對單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位。當(dāng)C1電容兩端的電壓達(dá)到VCC時(shí)，電容C1充滿電就相當(dāng)于斷路，RESET端變?yōu)榈碗娖剑瑔纹瑱C(jī)開始運(yùn)行。由此，即實(shí)現(xiàn)了自動上電復(fù)位。

有一個(gè)問題是需要注意的：自動復(fù)位電路中，RESET端的高電平持續(xù)的時(shí)間要維持在一定的時(shí)間才能完成復(fù)位，這個(gè)時(shí)間一般要求1ms左右。

高電平持續(xù)時(shí)間由上電復(fù)位電路中的電阻和電容共同決定，計(jì)算公式如下：

t = 1.1RC（電平持續(xù)時(shí)間的計(jì)算公式）

在上圖中，高電平的持續(xù)時(shí)間為：t = 1.110K0.1uF = 1.1ms，需求的高電平復(fù)位信號持續(xù)時(shí)間大于1ms，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。

（2）硬件復(fù)位：

硬件復(fù)位還是可以參照圖：

按鍵S5按下時(shí)，RESET端為高電平，從而對單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位，松開按鍵S5單片機(jī)正常運(yùn)行。

3、時(shí)鐘（晶振）電路

3.1、時(shí)鐘電路介紹

一個(gè)簡單的時(shí)鐘電路如下：

時(shí)鐘電路的組成班闊： 晶振+起振電容 +反饋電阻（MΩ級）

晶振：一般選擇8MHZ 方便倍頻。常見的晶振有：

有源：更穩(wěn)定 成本更高 需要接電源供電 不需要外圍電路 3腳單線輸出

無源：精度基本夠 方便靈活 便宜

這兩者最大的區(qū)別：是否需要單獨(dú)供電。

無源晶振不需要供電，但是需要外接起振電容；有源晶振是需要提供工作電壓的。

（1）晶振兩端的電容的作用：

1、使晶振兩端的等效電容等于或接近于負(fù)載電容；

2、起到一定的濾波的作用，濾除晶振波形中的高頻雜波；

該起振電容的大小一般選擇10~40pF，當(dāng)然根據(jù)不同的單片機(jī)使用手冊可以具體查閱，如果手冊上沒有說明，一般選擇20pF、30pF即可，這是個(gè)經(jīng)驗(yàn)值。

調(diào)整電容可微調(diào)振蕩頻率：

一般情況下，增大電容會使振蕩頻率下降，而減小電容會使振蕩頻率升高；

（）反饋電阻： 1M 負(fù)反饋同時(shí)也起到限流的作用。

晶振電路主要分析如下：

1、連接晶振的芯片端內(nèi)部是一個(gè)線性運(yùn)算放大器，將輸入進(jìn)行反向180度輸出，晶振處的負(fù)載電容電阻組成的網(wǎng)絡(luò)提供另外180度的相移； 整個(gè)環(huán)路的相移360度，滿足振蕩的相位條件；

2、 晶振輸入輸出連接的電阻作用是產(chǎn)生負(fù)反饋，保證放大器工作在高增益的線性區(qū)，一般在M歐級；

3、 限流的作用，防止反向器輸出對晶振過驅(qū)動，損壞晶振，有的晶振不需要是因?yàn)榘堰@個(gè)電阻已經(jīng)集成到了晶振里面。

3.2、時(shí)鐘電路應(yīng)用

STM32的時(shí)鐘樹：

三種不同的時(shí)鐘源可被用來驅(qū)動系統(tǒng)時(shí)鐘(SYSCLK)：

1）HSI振蕩器時(shí)鐘

2）HSE振蕩器時(shí)鐘

3）PLL時(shí)鐘

這些設(shè)備有以下2種二級時(shí)鐘源：

1）40kHz低速內(nèi)部RC，可以用于驅(qū)動獨(dú)立看門狗和通過程序選擇驅(qū)動RTC。RTC用于從停機(jī)/待機(jī)模式下自動喚醒系統(tǒng)。

2）32.768kHz低速外部晶體也可用來通過程序選擇驅(qū)動RTC(RTCCLK)。

當(dāng)不被使用時(shí)，任一個(gè)時(shí)鐘源都可被獨(dú)立地啟動或關(guān)閉，由此優(yōu)化系統(tǒng)功耗。

3.2.1、STM32的3個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘

HSI時(shí)鐘：

HSI時(shí)鐘信號由內(nèi)部8MHz的RC振蕩器產(chǎn)生，可直接作為系統(tǒng)時(shí)鐘或在2分頻后作為PLL輸入。HSI RC振蕩器能夠在不需要任何外部器件的條件下提供系統(tǒng)時(shí)鐘。它的啟動時(shí)間比HSE晶體振蕩器短。然而，即使在校準(zhǔn)之后它的時(shí)鐘頻率精度仍較差。 當(dāng)HSI被用于作為PLL時(shí)鐘的輸入時(shí)，系統(tǒng)時(shí)鐘能得到的最大頻率是64MHz 。

LSI時(shí)鐘： LSI RC擔(dān)當(dāng)一個(gè)低功耗時(shí)鐘源的角色，它可以在停機(jī)和待機(jī)模式下保持運(yùn)行，為獨(dú)立看門狗和自動喚醒單元提供時(shí)鐘。LSI時(shí)鐘頻率大約40kHz(在30kHz和60kHz之間)。

PLL時(shí)鐘： 內(nèi)部PLL可以用來倍頻HSI RC的輸出時(shí)鐘或HSE晶體輸出時(shí)鐘。

3.2.2、兩個(gè)外部時(shí)鐘

HSE時(shí)鐘： 高速外部時(shí)鐘信號(HSE)由以下兩種時(shí)鐘源產(chǎn)生：

1）HSE外部晶體/陶瓷諧振器

2）HSE用戶外部時(shí)鐘

為減少時(shí)鐘輸出的失真和縮短啟動穩(wěn)定時(shí)間，晶體/陶瓷諧振器和負(fù)載電容器必須盡可能地靠近振蕩器引腳。負(fù)載電容值必須根據(jù)所選擇的振蕩器來調(diào)整。

LSE時(shí)鐘： LSE晶體是一個(gè)32.768kHz的低速外部晶體或陶瓷諧振器。它為實(shí)時(shí)時(shí)鐘或者其他定時(shí)功能提供一個(gè)低功耗且精確的時(shí)鐘源。

4、啟動（BOOT）電路

STM32芯片的啟動方式是可以選擇的，方式的選擇通過啟動模式選擇端口（BOOT）進(jìn)行選擇，有BOOT（B1）和BOOT2（B2）兩種選擇，啟動模式的選擇方式如下圖所示：

STM32三種啟動模式對應(yīng)的存儲介質(zhì)均是芯片內(nèi)置的，它們是：

1）用戶閃存 = 芯片內(nèi)置的Flash。

2）SRAM = 芯片內(nèi)置的RAM區(qū)，就是內(nèi)存啦。

3）系統(tǒng)存儲器 = 芯片內(nèi)部一塊特定的區(qū)域，芯片出廠時(shí)在這個(gè)區(qū)域預(yù)置了一段Bootloader，就是通常說的ISP程序。這個(gè)區(qū)域的內(nèi)容在芯片出廠后沒有人能夠修改或擦除，即它是一個(gè)ROM區(qū)，它是使用USART1作為通信口。

5、調(diào)試、下載電路

STM32有兩種調(diào)試接口，JTAG為5針， SWD為2線串行（一共四線），下載電路除了前面兩種還有串口下載、ISP下載。

比如常用的JTAG程序下載、調(diào)試電路：

作者簡介：

本人95后技術(shù)男，從事嵌入式軟件開發(fā)，專注于技術(shù)成長和技術(shù)分享。目標(biāo)是每天進(jìn)一步一點(diǎn)點(diǎn)，通過技術(shù)改變自己的生活，創(chuàng)造自己的美好未來！如果你也對嵌入式感興趣，歡迎關(guān)注我呀！