代码收藏家 Arduino IDE与STM32开发板深度解析
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前言
在使用Arduino IDE开发STM32之前，先来分析一下STM32F103RCT6单片机，完整的单片机控制板一般由微控制器（MCU）、电源模块、时钟电路、输入/输出接口（I/O）、通信接口等部分组成，再逐步分析一下各个电路。
一、STM32芯片的命名规则
如：STM32F103RCT6代表STM32基础版MCU，64&66引脚，芯体规格是32位，速度是72MHz，程序存储器容量是256KB，程序存储器类型是FLASH，RAM容量是48K。
二、原理图
STM32F103RCT6开发板的原理图
三、电源转换电路
| 原理图 | 描述 |
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电源转换电路采用稳压芯片AMS1117-3V3，STM32芯片的工作电压为2.0~3.6V，一般取3.3V。而通过USB接口输出的电源为5V，防止STM32芯片损坏，因此通过该电源转换电路，把5V的输入电压降低到3.3V工作电压。 |
在STM32单片机中，VDD、VSS、VDDA和VSSA是电源相关的引脚标记，它们各自承担不同的功能，以确保单片机的正常工作。以下是这些术语的具体含义：
VDD：这是数字部分的正电源输入引脚。它为STM32单片机内部的数字电路提供工作电压。根据具体型号，这个电压值可以是1.8V到3.6V之间。
VSS：这是数字部分的地（参考点），与VDD配合使用，为数字电路提供一个完整的电流回路。所有内部数字信号都相对于这个地电平进行测量和操作。
VDDA：这是模拟部分的正电源输入引脚。它专为单片机内部的模拟电路（例如ADC模块）供电。为了保证模拟电路性能，通常建议VDDA连接到一个稳定的电压源，并且有时需要额外的去耦电容来减少噪声。
VSSA：这是模拟部分的地（参考点）。类似于VSS，但专门用于模拟电路部分。将VSSA和VSS保持在同一电平上有助于减少数字电路对模拟电路的干扰，从而提高模拟信号的精度。
正确处理这些电源和地线连接对于确保STM32单片机稳定运行至关重要。特别是当涉及到模拟信号处理时，良好的电源去耦和地线布局能够显著提升系统性能。此外，在设计电路板时，应特别注意使VDDA和VSSA尽可能靠近单片机放置，并采用低阻抗连接，以减少噪音和干扰。
四、复位电路
| 原理图 | 描述 |
|---|---|
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工作状态：RESET引脚通过电阻R12被拉高至电源电压（3V3），单片机处于正常运行状态。复位操作：当按下SW1按钮时，RESET引脚被拉低至低电平。此时，电容C12开始充电，RESET引脚保持低电平一段时间。这段时间足够长以确保单片机完成复位过程。释放按钮后，电容C12继续充电，直到RESET引脚恢复到高电平状态，单片机重新开始执行程序。 |
五、晶振电路
| 原理图 | 描述 |
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8MHz晶振主要用于为主系统提供时钟源。通过内部锁相环（PLL）倍频后，可以为STM32提供更高频率的工作时钟，例如72MHz或更高，这取决于具体的STM32型号。 |
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32.768kHz晶振主要用作实时时钟（RTC）的时钟源。这个特定频率的选择是因为它可以很容易地被分频成1Hz的信号，非常适合用来计时。此外，由于其低频特性，它消耗的电流极小，因此非常适合电池供电设备中的长时间运行。 |
六、GPIO输出电路
| 原理图 | 描述 |
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当PA8引脚输出低电平时，电流从电源经过电阻R11流向LED，LED发光。当PA8引脚输出高电平时，没有电流流过LED，LED熄灭。电阻R11限制电流，防止LED过流损坏。根据欧姆定律，通过LED的电流大约为 (3.3V – Vf) / 1KΩ，其中Vf是LED的正向电压降，对于大多数LED来说，这个值在1.8V到3.5V之间。确保所选电阻能够承受所需的功率。电阻消耗的功率可以用 P=I²R或 P=VI来计算。 |
七、GPIO输入电路
| 原理图 | 描述 |
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开发板的三个按键其中SW2闭合向单片机输入高电平信号，SW3、SW4闭合向单片机输入低电平信号。对于GPIO输入来说WK_UP这个引脚应配合下拉电阻，PC8、PC9应配合上拉电阻，只不过在STM32单片机中已对GPIO引脚配置了上、下拉电阻，在后续代码中只需要配置即可，因此此处并没有额外再添加。 |
注：GPIO（通用输入输出）引脚在配置为输入模式时，如果没有外部信号驱动或处于高阻态，其电平状态可能是不确定的，这种现象通常被称为“浮空”或“浮动”。为了避免这种情况，确保GPIO输入引脚有一个确定的状态（高电平或低电平），我们使用上拉或下拉电阻。以下是它们的作用：
上拉电阻：当GPIO引脚配置为输入并且没有外部设备驱动该引脚时，上拉电阻将引脚连接到电源电压（Vcc），从而将引脚电平拉至高电平。这样，当外部设备不主动驱动引脚时，默认状态下引脚会保持在高电平。
下拉电阻：相反，当下拉电阻连接GPIO引脚和地（GND）时，在没有外部设备驱动的情况下，它会将引脚电平拉低。这意味着如果外部设备未激活，引脚将默认保持在低电平。
八、下载电路
| 方式 | 下载器 | 连线 | 描述 |
|---|---|---|---|
| 串口 | USB转TTL烧录器 | 3.3V-3.3V，GND-GND，TX-PA10，RX-PA9 | 使用串口下载需将单片机BOOT0拉高，按下复位键进入系统存储区。下载完成拉低BOOT0，按下复位键STM32将从Flash中启动 |
| SWD | ST-LINK | 3.3V-3.3V，GND-GND，SWDIO-SWDIO，SWDCLK-SWDCLK | 无需配置启动模式直接可下载 |
注：启动模式配置
原理：ISP串口一键下载电路通过串口发送复位信号并自动配置特定引脚状态，使单片机重启后进入编程模式，随后接收来自串口的新固件数据并将其写入闪存，完成程序的自动更新与烧录，整个过程只需按下一次按钮或发送下载指令即可实现。
总结
简单的分析了一下单片机系统的原理图，包括STM32芯片的命名规则、电源转换电路、复位电路、晶振电路、GPIO输入/输出电路和STM32的两种下载模式，接下来将基于以上原理图的STM32F103RCT6开发板，使用Aduino IDE进行编程学习。
作者：NZ流浪者
