硬件电路设计之STM32最小系统电路设计
1 简介
今天主要来谈谈mcu的设计，我使用过的mcu的型号包括意法半导体的stm32、华大gd32、infineon的cy8c5868lti-lp039以及microchip的atsame70,今天的主角是意法半导体的stm32最小系统设计，其它mcu电路设计后续进行分享。
2 最小系统
stm32的最小系统设计都是类似的，今天以stm32f429igt6为例。stm32最小系统包含了 电源电路 、 配置电路 、 复位电路 、 时钟电路 、下载电路。
2.1 电源电路设计
stm32手册设计指导：
vdd电源stm32一般采用3.3v供电，根据手册vdd的供电范围1.7v~3.6v，该电源一般用于外部io，使能内部内部稳压器，可对外供电。以下是vdd实战设计电路，vdd的每个电源引脚附近需要放置一个0.1uf电容，且每个0.1uf电容需要放置在相应pin脚附近，另外建议在额外增加1到2个10uf的电容。
vdda电源vssa和vdda的电压范围1.7v-3.6v，adc, dac,以及reset模块的模拟电源。以下是vdda实战设计电路，选用3.3v供电，此处r3可能是保守设计，用于后期调试（也有可能用于rc滤波），不建议增加10r电阻。对应的位置应放置一个10uf电容和一个0.1uf电容， 10μf 电容放置在远离 ic 的位置，用于平滑电源中的低频变化， 0.1μf 电容放在靠近 ic的位置，用于平滑高频电源的变化。小电容器需要更靠近ic，这将更有效过滤ic产生的高频信号，或更有效地抑制线路引入的高频信号对ic的影响。
vbat电源vbat的供电范围1.65v-3.6v，可作为rtc电源，外部时钟32 khz振荡器和备份寄存器(通过电源开关)供电。vbat用于连接纽扣电池，当板卡上电时，该pin脚使用板卡上的3.3v电源，当板卡下电时，使用纽扣电池供电。d1的型号为bat54c主要有以下两种场景：
当板卡上电时，即端口2为3.3v，端口1为3v，此时下二极管导通，端口3和端口2电压近似相等，此时1端截止，vbat=3.3v；当板卡不上电时，即端口2浮空，此时可视为下二极管截止，端口1为3v，上二极管导通，端口3和端口1的电压近似相等，vbat=3v；
2.2 控制电路设计
pdr_on控制内部上电复位(por) /下电复位(pdr)电路通过pdr_on引脚关闭。外部电源监督员应监视vdd，只要vdd低于指定的阈值，就应保持设备处于复位模式。
推荐的参考电路为：
参考电压vref+在电路设计中，我们常常会用到adc来采集电压数据，其中vref+就是adc的参考电压，具体adc的精度需要查看参考手册，一般为12为adc。
regulator off通过保持bypass_reg高来禁用调节器。regulator off模式允许通过vcap_1和vcap_2引脚向外部提供v12电压源。
启动模式选择系统在进行复位之，在系统时钟的第四个上升沿boot引脚的值会被锁存。用户可以通过boot0和boot1的值，来设置系统启动模式。
启动模式选择引脚启动模式说明
boot1 boot0
x 0 主闪存存储器
0 1 系统存储器
1 1 内置sram
手册描述见下：
flash memory启动方式(boot0 = 0)
这种启动方式地址为0x08000000，是stm32内置的flash。一般均使用这种方式，通过jatg或者smd下载的代码通常保存在该flash中。
system memory启动方式(boot0 = 1；boot1 = 0)
这种启动方式地址为0x1fff0000，该启动方式的程序一般由厂家提前烧录好。stm32在出厂时，厂家在内部预置了bootloader(通常被称为isp程序，该部分为rom，掉电数据不丢失)，且无法修改。 使用这种模式的好处是可以通过串口下载程序固件，将程序下载到bootlader 。
sram启动方式(boot0 = 1;boot1 = 1)
这种启动方式的地址为0x20000000，属于内置sram，无法存储程序。这种启动方式仅用于快速调试。
2.3 时钟电路设计
主时钟时钟是stm32内部最核心的器件，它可以提供时钟信号。依赖于这个信号,stm32中的器件才可以有条不紊地将工作进行下去。主时钟的范围 4-25mhz ,此处按照25mhz进行设计，具体设计电路见下：
实时时钟实时时钟(rtc)是一个独立的bcd定时器/计数器。专用寄存器包含秒，分，小时(12/24小时)，星期，日期，月，年，bcd(二进制编码的十进制)格式。每月28日、29日(闰年)、30日和31日的更正为自动执行。rtc提供可编程报警和可编程具有从停止和待机模式唤醒的周期性中断。单位秒数为也有二进制格式。
它的时钟是由一个32.768 khz的外部晶体，谐振器或振荡器，内部低功耗rc振荡器或高速外部时钟除以128。内部低速rc典型频率为32千赫。rtc可以使用外部512 hz进行校准输出补偿任何天然石英偏差。
使用32.768 khz的原因？
2的15次方正好等于32768，反过来讲，如果要把32.768k的时钟频率经过15次分频的话，得到的频率正好是1hz，正好就是1秒钟时间，这样就可以计时了。
2.4 复位电路设计
复位电路使程序恢复到最开始运行的状态。当系统运行出现异常时，可以通过手动复位的方式确保系统回到正常运行状态。其中，c12用于硬件消抖，同事建议增加tvs管，防止静电损坏器件。看门狗后面有专门文章讲解。
2.5 下载电路设计
程序下载有两种方式，分别jtag模式和 smd模式 。
jtag模式jtag的全称是joint test action group (测试行动联合组织)，它是由几家主要电子制造商发起制定的pcb 和ic 测试标准，主要应用于电路的边界扫描测试和可编程芯片的在线系统编程。
jtag调试接口必须使用vcc、gnd电源信号，以及tms、tck、tdi、tdo四根调试信号。
smd模式swd的全称是serial wire debug(串行调试)。swd是arm公司设计的协议，用于对其微控制器进行编程调试。由于swd专门从事编程和调试，因此它具有许多特殊的功能，通常在其他任何地方都无法使用，例如通过io线将调试信息发送到计算机。
由于它是arm专门为在其设备中使用而制造的，因此swd的性能通常是同类产品中最好的。相对于jtag接口，使用更少的信号。四根信号如下： vcc、gnd、swdio、swclk 。
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2 最小系统
stm32的最小系统设计都是类似的，今天以stm32f429igt6为例。stm32最小系统包含了 电源电路 、 配置电路 、 复位电路 、 时钟电路 、下载电路。
2.1 电源电路设计
stm32手册设计指导：
vdd电源stm32一般采用3.3v供电，根据手册vdd的供电范围1.7v~3.6v，该电源一般用于外部io，使能内部内部稳压器，可对外供电。以下是vdd实战设计电路，vdd的每个电源引脚附近需要放置一个0.1uf电容，且每个0.1uf电容需要放置在相应pin脚附近，另外建议在额外增加1到2个10uf的电容。
vdda电源vssa和vdda的电压范围1.7v-3.6v，adc, dac,以及reset模块的模拟电源。以下是vdda实战设计电路，选用3.3v供电，此处r3可能是保守设计，用于后期调试（也有可能用于rc滤波），不建议增加10r电阻。对应的位置应放置一个10uf电容和一个0.1uf电容， 10μf 电容放置在远离 ic 的位置，用于平滑电源中的低频变化， 0.1μf 电容放在靠近 ic的位置，用于平滑高频电源的变化。小电容器需要更靠近ic，这将更有效过滤ic产生的高频信号，或更有效地抑制线路引入的高频信号对ic的影响。
vbat电源vbat的供电范围1.65v-3.6v，可作为rtc电源，外部时钟32 khz振荡器和备份寄存器(通过电源开关)供电。vbat用于连接纽扣电池，当板卡上电时，该pin脚使用板卡上的3.3v电源，当板卡下电时，使用纽扣电池供电。d1的型号为bat54c主要有以下两种场景：
当板卡上电时，即端口2为3.3v，端口1为3v，此时下二极管导通，端口3和端口2电压近似相等，此时1端截止，vbat=3.3v；当板卡不上电时，即端口2浮空，此时可视为下二极管截止，端口1为3v，上二极管导通，端口3和端口1的电压近似相等，vbat=3v；
2.2 控制电路设计
pdr_on控制内部上电复位(por) /下电复位(pdr)电路通过pdr_on引脚关闭。外部电源监督员应监视vdd，只要vdd低于指定的阈值，就应保持设备处于复位模式。
推荐的参考电路为：
参考电压vref+在电路设计中，我们常常会用到adc来采集电压数据，其中vref+就是adc的参考电压，具体adc的精度需要查看参考手册，一般为12为adc。
regulator off通过保持bypass_reg高来禁用调节器。regulator off模式允许通过vcap_1和vcap_2引脚向外部提供v12电压源。
启动模式选择系统在进行复位之，在系统时钟的第四个上升沿boot引脚的值会被锁存。用户可以通过boot0和boot1的值，来设置系统启动模式。
启动模式选择引脚启动模式说明
boot1 boot0
x 0 主闪存存储器
0 1 系统存储器
1 1 内置sram
手册描述见下：
flash memory启动方式(boot0 = 0)
这种启动方式地址为0x08000000，是stm32内置的flash。一般均使用这种方式，通过jatg或者smd下载的代码通常保存在该flash中。
system memory启动方式(boot0 = 1；boot1 = 0)
这种启动方式地址为0x1fff0000，该启动方式的程序一般由厂家提前烧录好。stm32在出厂时，厂家在内部预置了bootloader(通常被称为isp程序，该部分为rom，掉电数据不丢失)，且无法修改。 使用这种模式的好处是可以通过串口下载程序固件，将程序下载到bootlader 。
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smd模式swd的全称是serial wire debug(串行调试)。swd是arm公司设计的协议，用于对其微控制器进行编程调试。由于swd专门从事编程和调试，因此它具有许多特殊的功能，通常在其他任何地方都无法使用，例如通过io线将调试信息发送到计算机。
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