STM32单片机最小系统设计：完整教程

1）电源电路

Cortex-M3耗电指标：0.19 W/MHz，1.25 DMIPS/MHz；若达到5 DMIPS的性能，Cortex-M3工作频率只需4 MHz，功耗0.76 W，对应51单片机，工作频率需60 MHz，功耗30 W。STM32F103处理器系统频率为72 MHz，处理器性能可达到90 DMIPS，此时Cortex-M3功耗约14 W。STM32供电系统内部结构如图4.3所示。

VDD引脚必须连接到VDD电源并外接退耦电容（100 nF陶瓷电容，个数由器件VDD引脚个数决定，所有引脚共需连接1个10 μF（最小4.7 μF）的钽电容或陶瓷电容）。如果需要使用ADC，VDD的支持范围为2.4～3.6 V，否则VDD支持2.0～3.6 V的宽电压范围。在常规使用中，通常采用3.3 V供电。

VBAT引脚可以连接到外部后备电池（1.8～3.6 V）。如果没有使用外部后备电池，建议将此引脚连接到VDD并连接1个100 nF陶瓷电容作退耦。

VDDA引脚必须连接两个外部退耦电容（100 nF陶瓷电容+10 μF钽电容或陶瓷电容），并保持VDDA与VDD相同供电电压。VREF+引脚可以连接到VDDA电源。如果使用外部独立的参考电源为VREF+供电，必须外接1个100 nF和1个10 μF电容。VREF+必须满足2.4 V<VREF+<VDDA。

图4.3　STM32供电系统内部结构

最小系统电源电路，如图4.4所示。

图4.4　最小系统电源电路

STM32单片机支持3种低功耗模式：休眠模式、停机模式和待机模式。

休眠模式只有CPU停止工作，所有外设继续运行，在中断/事件发生时唤醒CPU，调压器在1.8 V区域供电工作。

停机模式允许以最小的功耗来保持SRAM和寄存器的内容，1.8 V区域的时钟都停止，其他部分工作，PLL、HSI和HSE的RC振荡器被禁能。当外部中断源（16个外部中断线之一）、PVD输出、RTC闹钟或者USB唤醒信号，即退出停止模式。

待机模式追求最少的功耗，内部调压器被关闭，这样1.8 V区域断电。除了备份寄存器和待机电路，SRAM和寄存器的内容也会丢失。RTC、IWDG和相关的时钟源不会停止。当外部复位（NRST引脚）、IWDG复位、WKUP引脚出现上升沿或者RTC闹钟时间到时，即退出待机模式。

2）复位电路

STM32内部集成了上电复位POR（Power On Reset）/掉电复位PDR（Power Down Reset）电路，该电路始终处于工作状态，保证系统在供电超过2 V时工作。当VDD低于设定的阀值（VPOR/VPDR）时，置器件于复位状态，而不必使用外部复位电路。在VDD电压由低向高上升越过规定的阀值VPOR之前，保持芯片复位，当越过这个阀值后TRSTTEMPO秒（约2.5 ms，待电源可靠供电），才开始取复位向量，并执行指令。在VDD电压由高向低下降越过规定的阀值VPDR后，将在芯片内部产生复位。

STM32内部复位信号产生如图4.5所示。

图4.5　STM32内部复位信号产生

STM32内部配置可编程电压监测器PVD（Programmable Voltage Detector），监视VDD供电并与阀值VPVD比较，当VDD低于或高于阀值VPVD时，将根据外部中断第16线的上升/下降边沿触发设置，产生PVD中断，上升和下降的阀值VPVD有一个差值。

中断处理程序可以发出警告信息或将微控制器转入安全模式，但需要通过程序开启PVD。电源控制/状态寄存器（PWR_CSR）中的PVOD标志位用来表明VDD是否低于或高于阀值VPVD。

TM32 PVD检测器如图4.6所示。

图4.6　STM32 PVD检测器(www.xing528.com)

系统复位将清除时钟控制器CSR中的复位标志和备用域寄存器之外的所有寄存器。下列事件都将引起复位：

①NRST：外部异步复位引脚；

②看门狗计时器计时终止（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。

STM32复位系统如图4.7所示。

图4.7　STM32复位系统

为了增强系统运行稳定性，可以将复位引脚连接外部的复位电路（专用复位芯片或阻容复位）。在常规使用中，选择外部按键及上电阻容复位即可。外部复位电路如图4.8所示。

图4.8　外部复位电路

3）时钟电路

STM32有3种时钟可选作系统时钟源（SYSCLK）：HSI（内部振荡器时钟）、HSE（外部时钟，可以是时钟源输入或外部晶体振荡器）和PLL时钟。

STM32还具有以下两个二级时钟源：可用于独立看门狗和停止/待机模式RTC唤醒提供时钟源的40 kHz内部低速RC（LSI RC）；为RTC提供时钟源的32.768 kHz低速外部晶体振荡器（LSE晶体）。

在简单应用情况下，可选择内部时钟作系统时钟源。在需要精确定时的情况下（如串行通信、系统精确定时、内部RTC等），需使用外部时钟源。系统时钟要选择外部时钟源输入或外部晶体振荡器时钟，RTC使用外部32.768 kHz晶体振荡器。最小系统时钟电路如图4.9所示。

4）程序下载（调试）接口电路

在设计最小系统前，需预先确定程序下载（调试）的方式。如果选择通过串口下载，需要设计完整的和计算机通信的USART接口电路，并且需要设计切换开关用于更改BOOT[1∶0]引脚的电平，以便选择不同的启动方式。采用JTAG接口进行下载时，只需根据JTAG标准连接JTAG接口即可。JTAG接口电路如图4.10所示。

图4.9　最小系统时钟电路

图4.10　JTAG接口电路