【嵌入式入门篇】STM32开发板原理图

完整开发板讲解

以下是STM32硬件的基础概念

下面是正点原子 Mini STM32F103RCT6 开发板，是国内非常经典的 STM32F1 学习开发板，芯片型号STM32F103RCT6：Flash=256KB，SRAM=48KB，LQFP64 封装，比 C8T6 资源更大。把板子上每一块区域对照讲解，和原理图、架构一一对应。

🔹核心芯片区（板子中间）

1. 黑色大芯片（LQFP64）：STM32F103RCT6 主控，Cortex‑M3 内核、Flash、SRAM 全部在这个芯片内部。所有外设 GPIO、串口、定时器、ADC 都封装在芯片内部，外部只是引出引脚。

2. 两个金属圆柱晶振

   • 8.000M 晶振：HSE 高速外部晶振，系统主时钟，芯片 PLL 倍频到 72MHz 主频。
   • 32.000K（32.768K）晶振：LSE 低速晶振，给 RTC 实时时钟提供时钟源，用来做万年历。

🔹下侧区域

1. 4 个独立按键：

   • 最上方按键：RESET 复位按键，按下触发 NRST 复位，程序整体重启，回到上电初始状态。
   • 下面 3 个普通按键：自定义功能按键，接 GPIO，用来做输入检测、触发中断。

2. USB‑232 芯片（CH340）：USB 转串口芯片。电脑 USB 可以直接和 STM32 的串口通信，打印日志，相当于 软件程序控制台输出。不需要额外串口模块。

3. Mini‑USB 接口：供电 + 串口通信。

🔹右侧区域

1. SD 卡卡槽：外接 TF 卡，可以读写文件，做数据存储。

2. 电源开关（蓝色拨动开关）：板子总电源开关。

3. 电源电路（黑色稳压芯片、滤波电容）：5V 输入稳压输出 3.3V，给 STM32 芯片和外设供电，旁边圆形是滤波电容。

🔹左侧 & 上方黄色排针（外接外设）

1. LCD/TFTLCD 排针：接彩色液晶屏幕。
2. OLED 排针：接 OLED 显示屏。板子把芯片所有 GPIO 引脚全部引到黄色排针上，用来外接 LED、传感器、电机等外设。
3. PS/2 接口：可以接老式键盘鼠标。
4. BOOT 启动配置跳线帽（黄色小跳线）
   • BOOT0 接 GND：从 Flash 启动（正常跑我们烧写的程序）
   • BOOT0 接 3.3V：进入系统 ISP 串口下载模式。

🔹其他板载资源

• 板载 LED 指示灯：板上小 LED，对应 GPIO 输出，用来调试程序运行状态。

• 24L01 无线模块插座：可以插入 NRF24L01 无线通信模块。

• AT24C02 EEPROM 芯片（右下角 8 脚芯片）：掉电保存小量数据，类似小型持久化存储。

和最小系统板的区别

板上元件对应说明：

1. MCU（中间 LQFP48 芯片）：STM32F103C8T6 主控
2. 8M 主晶振 Y1：系统时钟，倍频到 72MHz
3. PC13 指示灯：最经典板载 LED
4. BOOT0 跳线帽：启动模式选择（跳线接 3.3V 进入串口 ISP 下载）
5. RESET 复位按键：NRST 引脚，按下复位
6. Micro USB：5V 供电，部分版本带 CH340 串口
7. SWD 调试排针：GND、3V3、SWCLK、SWDIO，接 ST-LINK 下载调试
8. AMS1117-3.3V 稳压芯片：5V 转 3.3V 给 MCU 供电

STM32F103C8U6 原理图

这是STM32F103C8T6 单片机最小系统的原理图，一共分为 8 个模块：电源、电源指示灯、MCU 主控、BOOT 启动配置、晶振、复位、SWD 下载调试、滤波电容。

1 电源模块（左上角）

• J1：USB‑M 接口，USB 输入 5V 电压。
• U1：ME6211LDO 低压差稳压芯片，把 USB 的 5V 转换成单片机需要的3.3V(VCC3V3)。
• C1 (0.1μF)、C2 (1μF)：输入滤波电容，滤除 5V 电源噪声。
• C3 (1μF)、C4 (0.1μF)：输出滤波电容，稳定输出 3.3V。
• VSS 引脚接 GND；CE 是使能脚，这里直接接 5V，芯片一直处于开启工作状态。

2 电源指示灯（右上角）

• D1：发光二极管；R1 (1K)：限流电阻，防止 LED 烧坏。
• 原理：3.3V 上电，电流流过 D1、R1 到 GND，LED 点亮，表示板子供电正常。

3 MCU 主控（中间大芯片 U2 STM32F103C8T6）

STM32 主芯片，所有外设都围绕它。

表格结构总览

特殊功能引脚：

• VBAT（1号）：为内部RTC（实时时钟）和后备寄存器供电。如果不使用，可直接接VDD（3.3V）。
• OSC_IN/OSC_OUT（5、6号）：主时钟晶振（通常接8MHz）的输入输出。
• NRST（7号）：硬件复位引脚，低电平有效。
• BOOT0（44号）：与BOOT1（PB2）配合，决定芯片启动模式（从Flash、系统存储器或SRAM启动）。

4 BOOT 启动电路（右上第二块）

BOOT0、BOOT1 引脚电平决定 STM32 上电从哪里启动程序：

• P1：3Pin 排针跳线帽。
• R2、R3 都是 10K 电阻。
  • 跳线帽短接 0 号：BOOT0=0，从主闪存 (Flash) 启动（正常运行我们烧录的程序，日常使用模式）。
  • 跳线帽短接 1 号：BOOT0=1，从系统存储器启动（串口下载模式）。

BOOT1 这里直接下拉到 GND 固定为 0。

5 晶振电路（右中）

• Y1：8MHz 外部高速晶振，STM32 的系统时钟源。
• C10、C11：18pF 负载电容，配合晶振起振，接 OSCIN、OSCOUT。

单片机内部 PLL 锁相环可以把 8M 倍频到 72MHz，作为 CPU 运行主频。

6 复位电路（左下）

• R14 (10K) 上拉电阻，C27 (0.1μF) 电容，RESET1 复位按键。

1. 上电自动复位：刚上电，电容 C27 电压为 0 → NRST 低电平，芯片复位；电容充电后 NRST 被 R14 拉高到 3.3V，单片机开始运行。
2. 手动复位：按下 RESET1 按键，NRST 直接拉到 GND，松开后恢复，实现手动重启单片机。

7 SWD 调试下载接口（下中）

• P4：4Pin 排针，SWD 下载接口，用 ST‑Link 调试器。
• SWDIO：数据；SWCLK：时钟；R13 (10K) 上拉 SWDIO，R15 (10K) 下拉 SWCLK。

SWD 只需要 4 根线（3.3V、GND、SWDIO、SWCLK），实现程序烧写 + 在线调试。

8 滤波电容（右下角）

C5‑C9，5 个 100nF 电容，并联在 VCC3V3 和 GND 之间。 作用：电源去耦滤波，抑制电源纹波噪声，保证单片机供电稳定。

整体工作流程

USB 输入 5V → ME6211 转为 3.3V，LED 电源灯亮； 3.3V 给 STM32 芯片供电；8M 晶振提供时钟；上电复位后；根据 BOOT 跳线选择启动模式；通过 SWD 接口下载程序，单片机运行代码。

最小系统 = 电源 + 复位 + 时钟 + 启动配置 + 下载接口，缺一不可。

系统架构

这张图是一张非常经典的STM32系列微控制器（基于ARM Cortex-M3内核，大概率是STM32F103系列）的系统架构框图。

它揭示了芯片内部各个功能模块是如何连接、如何协同工作的。为了方便理解，我们可以从核心、总线、存储以及外设四个维度来拆解这张图：

1. 核心部分 (左上角)

• Cortex-M3：这是芯片的“大脑”（CPU），负责执行代码和处理数据。
• 它通过三条主要的内部总线与外界交互：
  • ICode (指令总线)：专门用于从Flash（存储器）中读取指令（程序代码）。
  • DCode (数据总线)：专门用于读写数据，比如读取变量、常量。
  • System (系统总线)：用于访问SRAM（内存）和外设。

2. 存储与接口 (中上部)

• Flash接口 & Flash：存放程序代码和只读数据的地方。
• SRAM：芯片内部的静态随机存取存储器（内存），存放正在运行的变量和数据。
• FSMC (可变静态存储控制器)：可以外扩NOR Flash、SRAM或NAND Flash等外部存储器。
• SDIO：SD卡接口控制器，可连接SD卡存储数据。

3. 总线矩阵 (正中央，多路交叉开关)：这是系统的“交通枢纽”。它将CPU、DMA控制器、Flash、SRAM以及各个外围总线连接在一起。

• AHB系统总线 (高级高性能总线)：是整个系统最快的主干道，直接连接内核、存储器和桥接器。
• RCC (复位和时钟控制)：管理整个芯片的复位信号和各个模块的时钟频率。

4. 桥接器 (桥接1 和 桥接2)：因为AHB总线速度很快，但很多外部设备（如GPIO、串口）不需要那么高的速度，所以通过“桥接器”降速，连接到两条APB (高级外围总线)上：

• APB1 (低速外设总线)：连接了功耗较低或对速度要求不高的外设，如：DAC、PWR、BKP、bxCAN、USB、I2C、UART4/5、SPI2/3、IWDG、WWDG、RTC、TIM2/3/4/5/6/7 等。
• APB2 (高速外设总线)：连接了速度较快的系统外设，如：ADC1/2/3、USART1、SPI1、TIM1/8、GPIOA-G、EXTI、AFIO 等。

5. 直接内存访问 (DMA)

• DMA1 和 DMA2：位于图左侧。它们的作用是**“搬运工”。允许外设（如ADC、串口、SDIO）和内存（SRAM/Flash）之间直接传输数据，而不需要CPU参与**。这大大解放了CPU，让它有时间处理其他复杂运算。
• DMA 请求：图下方的长箭头代表外设向DMA发出的请求信号（比如ADC转换完了数据，请求DMA搬走），DMA收到请求后，会通过“总线矩阵”去搬数据。

6. 一个重要的细节：DCode 与 DMA 的区别：图中左上角能看到DMA箭头直接连向总线矩阵。这意味着：

• DCode：是CPU在读取数据时走的专用通道，速度和效率最高。
• DMA：是外设在不经过CPU的情况下，直接搬运数据走的路。

常见名词介绍