1 簡介

今天主要來談談MCU的設計，我使用過的MCU的型號包括意法半導體的STM32、華大GD32、Infineon的CY8C5868LTI-LP039以及MicroChip的ATSAME70,今天的主角是意法半導體的STM32最小系統設計，其它MCU電路設計后續進行分享。

2 最小系統

STM32的最小系統設計都是類似的，今天以STM32F429IGT6為例。STM32最小系統包含了 電源電路 、 配置電路 、 復位電路 、 時鐘電路 、下載電路。

2.1 電源電路設計

STM32手冊設計指導：

• VDD電源

STM32一般采用3.3V供電，根據手冊VDD的供電范圍1.7V~3.6V，該電源一般用于外部IO，使能內部內部穩壓器，可對外供電。以下是VDD實戰設計電路，VDD的每個電源引腳附近需要放置一個0.1uF電容，且每個0.1uF電容需要放置在相應PIN腳附近，另外建議在額外增加1到2個10uF的電容。

• VDDA電源

VSSA和VDDA的電壓范圍1.7V-3.6V，ADC, DAC,以及Reset模塊的模擬電源。以下是VDDA實戰設計電路，選用3.3V供電，此處R3可能是保守設計，用于后期調試（也有可能用于RC濾波），不建議增加10R電阻。對應的位置應放置一個10uF電容和一個0.1uF電容， 10μF 電容放置在遠離 IC 的位置，用于平滑電源中的低頻變化， 0.1μF 電容放在靠近 IC的位置，用于平滑高頻電源的變化。小電容器需要更靠近IC，這將更有效過濾IC產生的高頻信號，或更有效地抑制線路引入的高頻信號對IC的影響。

• VBAT電源

VBAT的供電范圍1.65V-3.6V，可作為RTC電源，外部時鐘32 kHz振蕩器和備份寄存器(通過電源開關)供電。VBAT用于連接紐扣電池，當板卡上電時，該PIN腳使用板卡上的3.3V電源，當板卡下電時，使用紐扣電池供電。D1的型號為BAT54C主要有以下兩種場景：

• 當板卡上電時，即端口2為3.3V，端口1為3V，此時下二極管導通，端口3和端口2電壓近似相等，此時1端截止，VBAT=3.3V；
• 當板卡不上電時，即端口2浮空，此時可視為下二極管截止，端口1為3V，上二極管導通，端口3和端口1的電壓近似相等，VBAT=3V；

2.2 控制電路設計

• PDR_ON控制

內部上電復位(POR) /下電復位(PDR)電路通過PDR_ON引腳關閉。外部電源監督員應監視VDD，只要VDD低于指定的閾值，就應保持設備處于復位模式。

推薦的參考電路為：

• 參考電壓VREF+

在電路設計中，我們常常會用到ADC來采集電壓數據，其中VREF+就是ADC的參考電壓，具體ADC的精度需要查看參考手冊，一般為12為ADC。

• Regulator OFF

通過保持BYPASS_REG高來禁用調節器。Regulator OFF模式允許通過VCAP_1和VCAP_2引腳向外部提供V12電壓源。

• 啟動模式選擇

系統在進行復位之，在系統時鐘的第四個上升沿BOOT引腳的值會被鎖存。用戶可以通過BOOT0和BOOT1的值，來設置系統啟動模式。

手冊描述見下：

Flash memory啟動方式(boot0 = 0)

這種啟動方式地址為0x08000000，是STM32內置的Flash。一般均使用這種方式，通過JATG或者SMD下載的代碼通常保存在該Flash中。

System memory啟動方式(boot0 = 1；boot1 = 0)

這種啟動方式地址為0x1FFF0000，該啟動方式的程序一般由廠家提前燒錄好。STM32在出廠時，廠家在內部預置了BootLoader(通常被稱為ISP程序，該部分為ROM，掉電數據不丟失)，且無法修改。 使用這種模式的好處是可以通過串口下載程序固件，將程序下載到BootLader 。

SRAM啟動方式(boot0 = 1;boot1 = 1)

這種啟動方式的地址為0x20000000，屬于內置SRAM，無法存儲程序。這種啟動方式僅用于快速調試。

2.3 時鐘電路設計

• 主時鐘

時鐘是STM32內部最核心的器件，它可以提供時鐘信號。依賴于這個信號,STM32中的器件才可以有條不紊地將工作進行下去。主時鐘的范圍 4-25MHz ,此處按照25MHz進行設計，具體設計電路見下：

• 實時時鐘

實時時鐘(RTC)是一個獨立的BCD定時器/計數器。專用寄存器包含秒，分，小時(12/24小時)，星期，日期，月，年，BCD(二進制編碼的十進制)格式。每月28日、29日(閏年)、30日和31日的更正為自動執行。RTC提供可編程報警和可編程具有從停止和待機模式喚醒的周期性中斷。單位秒數為也有二進制格式。

它的時鐘是由一個32.768 kHz的外部晶體，諧振器或振蕩器，內部低功耗RC振蕩器或高速外部時鐘除以128。內部低速RC典型頻率為32千赫。RTC可以使用外部512 Hz進行校準輸出補償任何天然石英偏差。

使用32.768 kHz的原因？

2的15次方正好等于32768，反過來講，如果要把32.768K的時鐘頻率經過15次分頻的話，得到的頻率正好是1Hz，正好就是1秒鐘時間，這樣就可以計時了。

2.4 復位電路設計

復位電路使程序恢復到最開始運行的狀態。當系統運行出現異常時，可以通過手動復位的方式確保系統回到正常運行狀態。其中，C12用于硬件消抖，同事建議增加TVS管，防止靜電損壞器件。看門狗后面有專門文章講解。

2.5 下載電路設計

程序下載有兩種方式，分別JTAG模式和 SMD模式 。

• JTAG模式

JTAG的全稱是Joint Test Action Group (測試行動聯合組織)，它是由幾家主要電子制造商發起制定的PCB 和IC 測試標準，主要應用于電路的邊界掃描測試和可編程芯片的在線系統編程。

JTAG調試接口必須使用VCC、GND電源信號，以及TMS、TCK、TDI、TDO四根調試信號。

• SMD模式

SWD的全稱是Serial Wire Debug(串行調試)。SWD是ARM公司設計的協議，用于對其微控制器進行編程調試。由于SWD專門從事編程和調試，因此它具有許多特殊的功能，通常在其他任何地方都無法使用，例如通過IO線將調試信息發送到計算機。

由于它是ARM專門為在其設備中使用而制造的，因此SWD的性能通常是同類產品中最好的。相對于JTAG接口，使用更少的信號。四根信號如下： VCC、GND、SWDIO、SWCLK 。