STM32最小系统组成详解

经常使用STM32开发的工程师对于它的开发环境的最小系统是必须要有所了解的，特别是硬件工程师在设计硬件的时候对这个最小系统就要更加的深入了解了，如果最小系统的搭建都有问题，那以后的使用很难避免不出现问题。

话不多说，进入正题说说STM32的最小系统的基本组成！

1、STM32最小系统硬件组成包括哪些？

STM32的最小系统的硬件组成主要有：电源电路、复位电路、时钟电路、调试接口电路、启动电路。

电源 ： 一般是3.3V输入作为STM32芯片的工作电压，实际中很多采用LDO将5V转换为3.3V进行供电，另外电路上还要加多个0.01uf去耦电容对输入电压进行滤波，稳定输入电压。

复位：STM32中有三种复位方式，分别为：上电复位、手动复位、程序自动复位。上电复位是指芯片根据外部搭建的复位电路，在上电的时候进行的复位；手动复位是指通过外部的复位电路自己手动进行复位；程序复位是在软件中通过代码对STM32芯片进行的复位。

2、复位电路

STM32单片机的复位电路的作用是在进行复位的时候，让单片机的程序计数器回到0000H这个地址，从而让程序从开始处重新执行。

复位操作还会将一些寄存器、存储单元的值重新设置为初始的设定值，让单片机重新开始执行。

STM32单片机的三种复位方式的区别：

1）上电复位：是在单片机上电启动的时候进行复位的，不需要人为干预，自动完成复位；

2）手动复位：通过外部的复位电路手动进行复位，比如按钮、开关之类的；

3）程序复位：通过程序内部的程序进行复位，一般有内核复位函数、看门狗复位等的软件复位方式。

（1）上电复位：

上电复位是需要通过外部的电容实现的。

在上图的电路中，上电复位电路由VCC、C1、R2组成。

假设单片机在RESET端输入高电平时进行复位，那么上电复位的原理为：在上电瞬间，C1电容的充电电流很大，电容相当于短路，RESET出现短暂的高电平，这个高电平会对单片机进行复位。当C1电容两端的电压达到VCC时，电容C1充满电就相当于断路，RESET端变为低电平，单片机开始运行。由此，即实现了自动上电复位。

有一个问题是需要注意的：自动复位电路中，RESET端的高电平持续的时间要维持在一定的时间才能完成复位，这个时间一般要求1ms左右。

高电平持续时间由上电复位电路中的电阻和电容共同决定，计算公式如下：

t = 1.1RC（电平持续时间的计算公式）

在上图中，高电平的持续时间为：t = 1.110K0.1uF = 1.1ms，需求的高电平复位信号持续时间大于1ms，可以实现复位操作。

（2）硬件复位：

硬件复位还是可以参照图：

按键S5按下时，RESET端为高电平，从而对单片机进行复位，松开按键S5单片机正常运行。

3、时钟（晶振）电路

3.1、时钟电路介绍

一个简单的时钟电路如下：

时钟电路的组成班阔： 晶振+起振电容 +反馈电阻（MΩ级）

晶振：一般选择8MHZ 方便倍频。常见的晶振有：

有源：更稳定 成本更高 需要接电源供电 不需要外围电路 3脚单线输出

无源：精度基本够 方便灵活 便宜

这两者最大的区别：是否需要单独供电。

无源晶振不需要供电，但是需要外接起振电容；有源晶振是需要提供工作电压的。

（1）晶振两端的电容的作用：

1、使晶振两端的等效电容等于或接近于负载电容；

2、起到一定的滤波的作用，滤除晶振波形中的高频杂波；

该起振电容的大小一般选择10~40pF，当然根据不同的单片机使用手册可以具体查阅，如果手册上没有说明，一般选择20pF、30pF即可，这是个经验值。

调整电容可微调振荡频率：

一般情况下，增大电容会使振荡频率下降，而减小电容会使振荡频率升高；

（）反馈电阻： 1M 负反馈同时也起到限流的作用。

晶振电路主要分析如下：

1、连接晶振的芯片端内部是一个线性运算放大器，将输入进行反向180度输出，晶振处的负载电容电阻组成的网络提供另外180度的相移； 整个环路的相移360度，满足振荡的相位条件；

2、 晶振输入输出连接的电阻作用是产生负反馈，保证放大器工作在高增益的线性区，一般在M欧级；

3、 限流的作用，防止反向器输出对晶振过驱动，损坏晶振，有的晶振不需要是因为把这个电阻已经集成到了晶振里面。

3.2、时钟电路应用

STM32的时钟树：

三种不同的时钟源可被用来驱动系统时钟(SYSCLK)：

1）HSI振荡器时钟

2）HSE振荡器时钟

3）PLL时钟

这些设备有以下2种二级时钟源：

1）40kHz低速内部RC，可以用于驱动独立看门狗和通过程序选择驱动RTC。RTC用于从停机/待机模式下自动唤醒系统。

2）32.768kHz低速外部晶体也可用来通过程序选择驱动RTC(RTCCLK)。

当不被使用时，任一个时钟源都可被独立地启动或关闭，由此优化系统功耗。

3.2.1、STM32的3个内部时钟

HSI时钟：

HSI时钟信号由内部8MHz的RC振荡器产生，可直接作为系统时钟或在2分频后作为PLL输入。HSI RC振荡器能够在不需要任何外部器件的条件下提供系统时钟。它的启动时间比HSE晶体振荡器短。然而，即使在校准之后它的时钟频率精度仍较差。 当HSI被用于作为PLL时钟的输入时，系统时钟能得到的最大频率是64MHz 。

LSI时钟： LSI RC担当一个低功耗时钟源的角色，它可以在停机和待机模式下保持运行，为独立看门狗和自动唤醒单元提供时钟。LSI时钟频率大约40kHz(在30kHz和60kHz之间)。

PLL时钟： 内部PLL可以用来倍频HSI RC的输出时钟或HSE晶体输出时钟。

3.2.2、两个外部时钟

HSE时钟： 高速外部时钟信号(HSE)由以下两种时钟源产生：

1）HSE外部晶体/陶瓷谐振器

2）HSE用户外部时钟

为减少时钟输出的失真和缩短启动稳定时间，晶体/陶瓷谐振器和负载电容器必须尽可能地靠近振荡器引脚。负载电容值必须根据所选择的振荡器来调整。

LSE时钟： LSE晶体是一个32.768kHz的低速外部晶体或陶瓷谐振器。它为实时时钟或者其他定时功能提供一个低功耗且精确的时钟源。

4、启动（BOOT）电路

STM32芯片的启动方式是可以选择的，方式的选择通过启动模式选择端口（BOOT）进行选择，有BOOT（B1）和BOOT2（B2）两种选择，启动模式的选择方式如下图所示：

STM32三种启动模式对应的存储介质均是芯片内置的，它们是：

1）用户闪存 = 芯片内置的Flash。

2）SRAM = 芯片内置的RAM区，就是内存啦。

3）系统存储器 = 芯片内部一块特定的区域，芯片出厂时在这个区域预置了一段Bootloader，就是通常说的ISP程序。这个区域的内容在芯片出厂后没有人能够修改或擦除，即它是一个ROM区，它是使用USART1作为通信口。

5、调试、下载电路

STM32有两种调试接口，JTAG为5针， SWD为2线串行（一共四线），下载电路除了前面两种还有串口下载、ISP下载。

比如常用的JTAG程序下载、调试电路：

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