目錄ContentsIIIIIIIVSTM32電源模塊STM32復(fù)位電路STM32時鐘電路程序下載電路第4章STM32最小系統(tǒng)2知識點1）STM32最小系統(tǒng)電源模塊；2）STM32最小系統(tǒng)時鐘電路；3）STM32復(fù)位電路和程序下載。能力點了解STM32最小系統(tǒng)組成掌握STM32最小系統(tǒng)電源模塊、時鐘電路、復(fù)位電路特點、組成掌握STM32最小系統(tǒng)調(diào)試方法課程學(xué)習(xí)知識點和能力點第4章STM32最小系統(tǒng)34.1電源模塊第4章STM32最小系統(tǒng)

STM32最小系統(tǒng)簡介

STM32最小系統(tǒng)是系統(tǒng)基本工作電路。包括處理器、電源、時鐘和復(fù)位四部分組成。嵌入式系統(tǒng)硬件電路的調(diào)試從最小系統(tǒng)開始的。處理器配上電源電路、時鐘振蕩電路、復(fù)位電路，處理器就可以正常工作。因此，在焊接和調(diào)試硬件電路時，首先焊接最小系統(tǒng)，并使其正常工作，再逐漸增加存儲器、接口等電路。按照這樣的流程，可以節(jié)省調(diào)試硬件電路時間、使電路調(diào)試準(zhǔn)確、快捷、高效。圖4.1

STM32最小系統(tǒng)44.1電源模塊第4章STM32最小系統(tǒng)

STM32供電方案STM32電源電路結(jié)構(gòu)圖，如圖4.2所示。單片機(jī)內(nèi)部需要三個部分供電區(qū)域，VDDA模擬電路供電區(qū)域，VDD數(shù)字電路供電區(qū)域，VBAT后備供電區(qū)域，不同的區(qū)域供電的用途不一樣，供電方式也會有所不同。雖然，可以使用統(tǒng)一的供電方式，但當(dāng)在不同的應(yīng)用環(huán)境要采取獨立供電時，可參考圖4.3所示的STM32供電方案。圖4.2STM32內(nèi)部電源電路結(jié)構(gòu)圖54.1電源模塊第4章STM32最小系統(tǒng)

STM32供電方案STM32電源電路結(jié)構(gòu)圖，如圖4.1所示。單片機(jī)內(nèi)部需要三個部分供電區(qū)域，VDDA模擬電路供電區(qū)域，VDD數(shù)字電路供電區(qū)域，VBAT后備供電區(qū)域，不同的區(qū)域供電的用途不一樣，供電方式也會有所不同。雖然，可以使用統(tǒng)一的供電方式，但當(dāng)在不同的應(yīng)用環(huán)境要采取獨立供電時，可參考圖4.3所示的STM32供電方案。圖4.3STM32供電方案64.1電源模塊第4章STM32最小系統(tǒng)

電源模塊作用為單片機(jī)各部分提供電能：數(shù)字電路（內(nèi)核、存儲器、外設(shè)、I/O等）模擬電路（模數(shù)轉(zhuǎn)換）備份電路（32K振蕩器、RTC等）電源供電方案不使用內(nèi)部穩(wěn)壓器工作電壓：1.7V—3.6V通過VDD引腳為I/O提供電源PDR_ON引腳（掉電復(fù)位輸入）須連接VDD使用內(nèi)部穩(wěn)壓器工作電壓：1.8V—3.6V通過VDD引腳為I/O和內(nèi)部穩(wěn)壓器供電備份電路供電方案目的：在VDD掉電后保存?zhèn)浞菁拇嫫骱捅痉諷RAM的內(nèi)容，并為RTC供電采用電池供電，從VBAT引腳接入。我們通常采用方案②，此時應(yīng)將BYPASS_REG引腳拉低，使能內(nèi)部穩(wěn)壓器74.1電源模塊第4章STM32最小系統(tǒng)

電源模塊引腳說明VBAT：備份電池，VDD：數(shù)字電源+VSS：數(shù)字電源-（GND）VCAP：濾波電容，用于內(nèi)部穩(wěn)壓器VDDA：模擬電源+VSSA：模擬電源-（GND）VREF+：ADC參考電壓+VREF-：ADC參考電壓-BYPASS_REG：穩(wěn)壓器使能控制PDR_ON：掉電復(fù)位輸入僅100pin封裝才有圖4,4是電源的典型接法圖4.4STM32電源典型接圖84.1電源模塊第4章STM32最小系統(tǒng)

備份電源備份電壓指的是備份域使用的供電電源，如圖4.5所示，也就是VBAT引腳的供電，使用電池或者其他電源連接到VBAT引腳上。VBAT為1.8-3.6V，當(dāng)主電源VDD斷電時，經(jīng)過內(nèi)部調(diào)壓器轉(zhuǎn)換為1.2V后，為RTC、外部32KHz振蕩器和后備資源區(qū)供電。當(dāng)使用VDD供電時，VBAT上無電流損失。如果沒有外部電池，這個引腳必須和一個過濾高頻干擾的小電容一起連接到VDD電源上。電源模塊為系統(tǒng)其他模塊提供所需要的電源。在電路設(shè)計中，除要考慮到電壓范圍和電流容量等基本參數(shù)外，還要在電源轉(zhuǎn)換效率，降低噪聲，防止干擾和簡化電路等方面進(jìn)行優(yōu)化?？煽康碾娫捶桨甘钦麄€硬件電路穩(wěn)定可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)。圖4.5備份域供電結(jié)構(gòu)94.1電源模塊第4章STM32最小系統(tǒng)

電源管理器電源管理器硬件包括兩個部分，即電源的上電復(fù)位(POR)和掉電復(fù)位(PDR)部分，以及可編程電壓監(jiān)測器(PVD)部分。電源的上電復(fù)位和掉電復(fù)位詳見4.3節(jié)。PWR電源控制/狀態(tài)寄存器(PWR_CSR)中提供了PVDO標(biāo)志，用于指示VDD是大于還是小于PVD閾值。該事件內(nèi)部連接到EXTI線16，當(dāng)VDD降至PVD閾值以下或者當(dāng)VDD升至PVD閾值以上時，可以產(chǎn)生PVD輸出中斷。該功能的用處之一就是可以在中斷服務(wù)程序中執(zhí)行緊急關(guān)閉系統(tǒng)的任務(wù)，如圖4.6所示。

圖4.6PVD閾值104.1電源模塊第4章STM32最小系統(tǒng)

電源管理器電源管理器硬件包括兩個部分，即電源的上電復(fù)位(POR)和掉電復(fù)位(PDR)部分，以及可編程電壓監(jiān)測器(PVD)部分。電源的上電復(fù)位和掉電復(fù)位詳見4.3節(jié)。PWR電源控制/狀態(tài)寄存器(PWR_CSR)中提供了PVDO標(biāo)志，用于指示VDD是大于還是小于PVD閾值。該事件內(nèi)部連接到EXTI線16，當(dāng)VDD降至PVD閾值以下或者當(dāng)VDD升至PVD閾值以上時，可以產(chǎn)生PVD輸出中斷。該功能的用處之一就是可以在中斷服務(wù)程序中執(zhí)行緊急關(guān)閉系統(tǒng)的任務(wù)，如圖4.6所示。

圖4.6PVD閾值114.1電源模塊第4章STM32最小系統(tǒng)電源監(jiān)控器上電復(fù)位后，單片機(jī)進(jìn)入運(yùn)行模式，并執(zhí)行程序代碼。電源監(jiān)視器檢測單片機(jī)

電源的狀態(tài)，若電源掉電或欠壓會引發(fā)“電源復(fù)位”：上電復(fù)位（POR）掉電復(fù)位（PDR）欠壓復(fù)位（BOR）提供多個低功耗模式：睡眠模式：內(nèi)核停止，外設(shè)保持運(yùn)行停止模式：所有時鐘停止待機(jī)模式：（內(nèi)核）1.2V域掉電電源監(jiān)控器的配置寄存器有兩個：PWR_CR：電源控制寄存器PWR_CSR：電源控制/狀態(tài)寄存器124.1電源模塊第4章STM32最小系統(tǒng)低功耗模式

系統(tǒng)復(fù)位或上電復(fù)位后，微控制器進(jìn)入運(yùn)行模式。在運(yùn)行模式下，處理器通過HCLK提供時鐘，并執(zhí)行程序代碼。系統(tǒng)提供了多個低功耗模式，可在處理器不需要運(yùn)行時（例如等待外部事件時）節(jié)省功耗。由用戶根據(jù)應(yīng)用選擇具體的低功耗模式，以在低功耗、短啟動時間和可用喚醒源之間尋求最佳平衡。

處理器提供三個低功耗模式：睡眠模式：內(nèi)核停止，外設(shè)保持運(yùn)行停止模式：所有時鐘停止待機(jī)模式：（內(nèi)核）1.2V域掉電表4.1低功耗模式匯總134.1電源模塊第4章STM32最小系統(tǒng)電源控制寄存器（PWR_CR）

32位，但高16位保留不用，只使用低16位。復(fù)位值：0x00008000主調(diào)壓器輸出級別選擇，使性能與功耗平衡與ADC精度有關(guān)的設(shè)置深度睡眠低壓主調(diào)壓器輸出設(shè)置深度睡眠低壓低功率調(diào)壓器設(shè)置停止模式下FLASH掉電設(shè)置備份域?qū)懕Ｗo(hù)設(shè)置設(shè)置可編程電壓檢測(PVD)級別選擇使能電壓檢測器待機(jī)標(biāo)志清零喚醒標(biāo)志清零深度睡眠掉電控制低功耗深度睡眠控制134.1電源模塊第4章STM32最小系統(tǒng)電源控制/狀態(tài)寄存器（PWR_CSR）

32位，但高16位保留不用，只使用低16位。復(fù)位值：0x0000000014主調(diào)壓器輸出級別選擇就緒備份調(diào)壓器使能控制WKUP引腳使能控制備份調(diào)壓器就緒電壓檢測(PVD)輸出指示待機(jī)標(biāo)志喚醒標(biāo)志4.2復(fù)位模塊第4章STM32最小系統(tǒng)

STM32F4xx復(fù)位種類

系統(tǒng)復(fù)位：復(fù)位幾乎整個芯片

電源復(fù)位：復(fù)位幾乎整個芯片。分為上電/掉電復(fù)位(POR/PDR)和欠壓

復(fù)位(BOR)備份域復(fù)位：僅復(fù)位備份域圖4.7STM32復(fù)位電路154.2復(fù)位模塊第4章STM32最小系統(tǒng)

系統(tǒng)復(fù)位

除了時鐘控制寄存器RCC_CSR中的復(fù)位標(biāo)志和備份域中的寄存器

外，系統(tǒng)復(fù)位會將其他全部寄存器設(shè)置為復(fù)位值。

發(fā)生以下事件之一，就會產(chǎn)生系統(tǒng)復(fù)位：NRST引腳低電平（外部復(fù)位）窗口看門狗計數(shù)結(jié)束（WWDG復(fù)位）獨立看門狗計數(shù)結(jié)束（IWDG復(fù)位）軟件復(fù)位（SW復(fù)位）低功耗管理復(fù)位164.2復(fù)位模塊第4章STM32最小系統(tǒng)

電源復(fù)位

除備份域內(nèi)的寄存器以外，電源復(fù)位會將其它全部寄存器設(shè)置為復(fù)位值。

與系統(tǒng)復(fù)位效果基本相同只要發(fā)生以下事件之一，就會產(chǎn)生電源復(fù)位：

上電/掉電復(fù)位（POR/PDR復(fù)位）或欠壓(BOR)復(fù)位

在退出待機(jī)模式時這些事件源均作用于NRST引腳，使其在復(fù)位過程中始終保持低電平

（即低電平有效）復(fù)位入口向量映射到固定地址：0x0000_0004。芯片內(nèi)部的復(fù)位信號會在NRST引腳上輸出。脈沖發(fā)生器用于保證復(fù)位持續(xù)時間（確保各內(nèi)部復(fù)位源的復(fù)位脈沖都至少

持續(xù)20μs）。174.2復(fù)位模塊第4章STM32最小系統(tǒng)

備份域復(fù)位

備份域復(fù)位僅對備份域有效。

將所有RTC寄存器和RCC_BDCR（備份域控制寄存器）設(shè)置為各

自的復(fù)位值。只要發(fā)生以下事件之一，就會產(chǎn)生備份域復(fù)位：

軟件復(fù)位，通過將RCC的RCC_BDCR寄存器中的BDRST位置1觸發(fā)。

在電源VDD和VBAT都已掉電后，其中任何一個又再上電。

RCC：ResetandClockControl（復(fù)位和時鐘控制）184.2復(fù)位模塊第4章STM32最小系統(tǒng)

啟動設(shè)置與啟動過程啟動設(shè)置STM32啟動模式由BOOT0和BOOT1兩引腳電平?jīng)Q定,引腳電平不同對應(yīng)著不同的啟動模式。BOOT0=0，BOOT1=X，從用戶閃存（FLASH）啟動，這是正常的啟動模式B.OOT0=1，BOOT1=0，從系統(tǒng)存儲器啟動，這種模式啟動的程序是由廠家設(shè)置。

芯片出廠時在這個區(qū)域預(yù)置了一段bootloader，也就是通常所說的ISP程序，這個區(qū)域在芯片出廠后不能夠修改或擦除，即它是一個ROM區(qū)。BOOT0=1，BOOT1=1，從內(nèi)置SRAM啟動，這種模式可以用于調(diào)試。BOOT0BOOT1啟動模式說明0X用戶閃存存儲器用戶閃存存儲器，也就是FLASH啟動10系統(tǒng)存儲器系統(tǒng)存儲器啟動，用于串口下載11SRAM啟動SRAM啟動，用于在SRAM中調(diào)試代碼4.2復(fù)位模塊第4章STM32最小系統(tǒng)

啟動設(shè)置與啟動過程啟動過程

嵌入式系統(tǒng)的啟動還需要一段啟動代碼（Bootloader），類似電腦啟動時的BIOS，一般用于完成為控制器的初的啟動代碼在startup_stm32f40_41xxx.s中，其中的程序主要完成包括初始化堆棧。定義程序啟動地址、中斷向量表和中斷程序入口地址，以及系統(tǒng)復(fù)位啟動時，從啟動代碼跳轉(zhuǎn)到用戶main函數(shù)入口地址。Cortex-M4處理器啟動有如下3種情況。通過BOOT引腳設(shè)置可以將終端向量表定位到位于SRAM區(qū)，即起始地址為:0x20000000，同時復(fù)位后PC指針位于0x20000000處。通過BOOT引腳設(shè)置可以將終端向量表定位到位于FLASH區(qū)，即起始地址為:0x80000000，同時復(fù)位后PC指針位于0x80000000處。通過BOOT引腳設(shè)置可以將終端向量表定位到位于內(nèi)置的Bootloader區(qū)。4.2復(fù)位模塊第4章STM32最小系統(tǒng)

啟動設(shè)置與啟動過程啟動過程

以STM32的1.8固件庫提供的啟動文件“startup_stm32f40_41xxx.s”為例，對STM32的啟動過程做一個簡單而全面的解析:

該文件首先對堆和棧的大小進(jìn)行定義，定在代碼區(qū)的起始處建立中斷向量表，其第一個表項是棧頂?shù)刂罚诙€表項是復(fù)位中斷服務(wù)入口地址。

然后在復(fù)位中斷服務(wù)程序中跳轉(zhuǎn)到C/C++標(biāo)準(zhǔn)實時庫的__main函數(shù)。假設(shè)STM32F407ZGT6被設(shè)置為從內(nèi)部FLASH啟動，中斷向量表起始地址為0x08000000，則棧頂?shù)刂反娣庞?x08000000處，而復(fù)位中斷服務(wù)入口地址存放于0x08000004處。

當(dāng)STM32遇到復(fù)位信號后，則從0x08000004處取出復(fù)位中斷服務(wù)入口地址，繼而執(zhí)行中斷服務(wù)程序，然后跳轉(zhuǎn)到__main函數(shù)，最后開始執(zhí)行C語言部分。4.3時鐘電路第4章STM32最小系統(tǒng)時鐘電路作用

為單片機(jī)各部分提供動力。只有時鐘跑起來了，設(shè)備才能工作。可以通過控制設(shè)備的時鐘，來控制設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)（啟動、關(guān)閉）。

分散式結(jié)構(gòu)，各管各的要用的，就啟動，不用的，就關(guān)閉。注意：STM32F4xx在復(fù)位之后，所有的外設(shè)都處于關(guān)閉狀態(tài)（這么做的目的是為了降低功耗），所以，當(dāng)我們要使用相關(guān)外設(shè)時，務(wù)必先啟動相應(yīng)外設(shè)的時鐘?。?！224.3時鐘電路第4章STM32最小系統(tǒng)時鐘電路專業(yè)詞匯OSC：振蕩器RC：阻容式振蕩電路（RC振蕩器）HSE：高速外部時鐘源（接石英/陶瓷諧振器，或接外部時鐘源）HSI：高速內(nèi)部時鐘源（RC振蕩器，頻率為16MHz）LSE：低速外部時鐘源（接32.768kHz的石英晶體）LSI：低速內(nèi)部時鐘源（RC振蕩器，頻率為32kHz）PLL：鎖相環(huán)電路（倍頻輸出）HCLK：高速時鐘（用于AHB、內(nèi)核、存儲器等）SYSCLK：系統(tǒng)時鐘234.3時鐘電路第4章STM32最小系統(tǒng)時鐘管理模塊

時鐘樹圖例說明功能電路選通門電路控制門電路分頻器引腳24分頻器功能電路選通門分頻器控制門4.3時鐘電路第4章STM32最小系統(tǒng)時鐘管理模塊

時鐘引腳說明25時鐘輸出（1、2兩路）外部主時鐘輸入，或外接主時鐘晶體（4--26MHz）外部實時鐘輸入，或外接實時鐘晶體（32.768KHz）I2S外設(shè)時鐘輸入4.3時鐘電路第4章STM32最小系統(tǒng)時鐘管理模塊STM32F4xx時鐘樹從時鐘的源頭開始，不斷地變換、延伸，到達(dá)芯片的各處，為每個功能模塊提供動力類似于一棵樹，從樹根開始生長、分叉……264.3時鐘電路第4章STM32最小系統(tǒng)時鐘管理模塊

STM32F4xx時鐘源時鐘源分為兩類：驅(qū)動系統(tǒng)時鐘驅(qū)動特殊功能外設(shè)

（非系統(tǒng)時鐘）時鐘管理模塊STM32F4xx時鐘源驅(qū)動系統(tǒng)時鐘時鐘源：內(nèi)部高速時鐘

（HSI，即16MRC振蕩器）外部高速時鐘（HSE）鎖相環(huán)時鐘（PLL）274.3時鐘電路第4章STM32最小系統(tǒng)時鐘管理模塊

STM32F4xx系統(tǒng)時鐘源

HSE時鐘，有兩個來源：外接晶振/陶瓷諧振器產(chǎn)生外部直接引入頻率準(zhǔn)確、穩(wěn)定。頻率范圍：4—26MHz。晶振和負(fù)載電容應(yīng)盡量靠近芯片的引腳。負(fù)載電容值須根據(jù)所選振蕩器的不同做適當(dāng)調(diào)整頻率范圍：1—50MHz。占空比必須50%，對幅度、上升/下降沿都有要求284.3時鐘電路第4章STM32最小系統(tǒng)時鐘管理模塊

STM32F4xx系統(tǒng)時鐘源HSE時鐘，有兩個來源：外接晶振/陶瓷諧振器產(chǎn)生外部直接引入頻率準(zhǔn)確、穩(wěn)定。頻率范圍：4—26MHz。晶振和負(fù)載電容應(yīng)盡量靠近芯片的引腳。負(fù)載電容值須根據(jù)所選振蕩器的不同做適當(dāng)調(diào)整頻率范圍：1—50MHz。占空比必須50%，對幅度、上升/下降沿都有要求294.3時鐘電路第4章STM32最小系統(tǒng)STM32F4xx系統(tǒng)時鐘源HSI時鐘，由內(nèi)部16MHzRC振蕩器產(chǎn)生由芯片內(nèi)集成的電阻+電容+運(yùn)放構(gòu)成無需外接電路，簡單精度低，一致性差。支持校準(zhǔn)和微調(diào)。芯片出廠時會校準(zhǔn)，校準(zhǔn)值在復(fù)位時自動加載到時鐘控制

寄存器（RCC_CR）中，用戶可以修改PLL時鐘，由鎖相環(huán)電路（PLL）產(chǎn)生。鎖相環(huán)需要輸入時鐘，可選HSE或HSI。STM32F4xx有2個PLL：主PLL：產(chǎn)生系統(tǒng)時鐘（84MHz）和USBOTG時鐘（42MHz）專用PLL（PLLI2S）：用于生成I2S接口所需的精準(zhǔn)時鐘4.3時鐘電路第4章STM32最小系統(tǒng)STM32F4xx非系統(tǒng)時鐘源驅(qū)動非系統(tǒng)時鐘的時鐘源有：內(nèi)部低速時鐘（LSI）外部低速時鐘（LSE）4.3時鐘電路第4章STM32最小系統(tǒng)STM32F4xx非系統(tǒng)時鐘源LSI時鐘，由內(nèi)部32KRC振蕩器產(chǎn)生內(nèi)部集成，無需外接電路作為低功耗時鐘源在停機(jī)和待機(jī)模式下保持運(yùn)行，供

獨立看門狗（IWDG）和自動喚醒單元（AWU）使用也可作為RTC的時鐘源支持出廠校準(zhǔn)4.3時鐘電路第4章STM32最小系統(tǒng)STM32F4xx非系統(tǒng)時鐘源LSE時鐘，有2個來源：

外接晶振/陶瓷諧振器產(chǎn)生

外部直接引入頻率準(zhǔn)確、穩(wěn)定。晶振頻率：32.768KHz。晶振和負(fù)載電容應(yīng)盡量靠近芯片的引腳。頻率：32.768KHz。占空比：50%，對幅度、上升/下降沿都有要求4.3時鐘電路第4章STM32最小系統(tǒng)

時鐘源的選擇和控制系統(tǒng)時鐘（HSE、HSI、PLL三選一）系統(tǒng)復(fù)位后，HSI有效。HSI可通過時鐘控制寄存器中（RCC_CR）

中的HSION位打開或關(guān)閉要選擇外部直接輸入（HSE旁路），將RCC_CR中的HSEON和

HSEBPY

兩位設(shè)為1要選擇外接晶振（HSE晶振），將RCC_CR中的HSEON位設(shè)為1，同

時HSEBYP位設(shè)為0PLL和PLLI2S時鐘由PLL配置寄存器（RCC_PLLCFGR）和時鐘配置

寄存器（RCC_CFGR）分別配置4.3時鐘電路第4章STM32最小系統(tǒng)

時鐘源的選擇和控制系統(tǒng)時鐘（SysCLK）的選擇應(yīng)根據(jù)硬件設(shè)計來選擇：