2.2 STM32核心板電路簡介

本節將詳細介紹STM32核心板的各電路模塊，以便讀者更好地理解后續原理圖設計和PCB設計的內容。

2.2.1 通信-下載模塊接口電路

工程師編寫完程序后，需要通過通信-下載模塊將.hex（或.bin）文件下載到STM32中。通信-下載模塊向上與計算機連接，向下與STM32核心板連接，通過計算機上的STM32下載工具（如mcuisp軟件），就可以將程序下載到STM32中。通信-下載模塊除具備程序下載功能外，還擔任著“通信員”的角色，即可以通過通信-下載模塊實現計算機與STM32之間的通信。此外，通信-下載模塊還為STM32核心板提供5V電壓。需要注意的是，通信-下載模塊既可以輸出5V電壓，也可以輸出3.3V電壓，本書中的實驗均要求在5V電壓環境下實現，因此，在連接通信-下載模塊與STM32時，需要將通信-下載模塊的電源輸出開關撥到5V擋位。

STM32核心板通過一個XH-6A的底座連接到通信-下載模塊，通信-下載模塊再通過USB線連接到計算機的USB接口，通信-下載模塊接口電路如圖2-1所示。STM32核心板只要通過通信-下載模塊連接到計算機，標識為PWR的紅色LED就會處于點亮狀態。R9電阻起到限流的作用，防止紅色LED被燒壞。

由圖2-1可以看出，通信-下載模塊接口電路總共有6個引腳，引腳說明如表2-1所示。

2.2.2 電源轉換電路

圖2-2所示為STM32核心板的電源轉換電路，將5V輸入電壓轉換為3.3V輸出電壓。通信-下載模塊的5V電源與STM32核心板電路的5V電源網絡相連接，二極管D1（SS210）的功能是防止STM32核心板向通信-下載模塊反向供電，二極管上會產生約0.4V的正向電壓差，因此，低壓差線性穩壓電源U2（AMS1117-3.3）的輸入端（In）的電壓并非為5V，而是4.6V左右。經過低壓差線性穩壓電源的降壓，在U2的輸出端（Out）產生3.3V的電壓。為了調試方便，在電源轉換電路上設計了3個測試點，分別是5V、3V3和GND。

2.2.3 JTAG/SWD調試接口電路

除了可以使用上述通信-下載模塊下載程序，還可以使用JLINK或ST-Link進行程序下載。JLINK和ST-Link不僅可以下載程序，還可以對STM32微控制器進行在線調試。圖2-3所示是STM32核心板的JTAG/SWD調試接口電路，這里采用了標準的JTAG接法，這種接法兼容SWD接口，因為SWD接口只需要4根線（SWCLK、SWDIO、VCC和GND）。需要注意的是，該接口電路為JLINK或ST-Link提供3.3V的電源，因此，不能通過JLINK或ST-Link向STM32核心板供電，而是通過STM32核心板向JLINK或ST-Link供電。

由于SWD只需要4根線，因此，在進行產品設計時，建議使用SWD接口，摒棄JTAG接口，這樣就可以節省很多接口。盡管JLINK和ST-Link都可以下載程序，而且還能進行在線調試，但是無法實現STM32微控制器與計算機之間的通信。因此，在設計產品時，除了保留SWD接口，還建議保留通信-下載接口。

2.2.4 獨立按鍵電路

STM32核心板上有3個獨立按鍵，分別是KEY1、KEY2和KEY3，其原理圖如圖2-4所示。每個按鍵都與一個電容并聯，且通過一個10kΩ電阻連接到3.3V電源網絡。按鍵未按下時，輸入到STM32微控制器的電壓為高電平，按鍵按下時，輸入到STM32微控制器的電壓為低電平。Key1、Key2和Key3分別連接到STM32F103RCT6芯片的PC1、PC2和PA0引腳上。

2.2.5 OLED顯示屏接口電路

本書所使用的STM32核心板，除了可以通過通信-下載模塊在計算機上顯示數據，還可以通過板載OLED顯示屏接口電路外接一個OLED顯示屏進行數據顯示，圖2-5所示即為OLED顯示屏接口電路，該接口電路為OLED顯示屏提供3.3V的電源。

OLED顯示屏接口電路的引腳說明如表2-2所示，其中OLED_DIN（SPI2_MOSI）、OLED_SCK（SPI2_SCK）、OLED_D/C（PC3）、OLED_RES（SPI2_MOSI）和OLED_CS（SPI2_NSS）分別連接在STM32F103RCT6的PB15、PB13、PC3、PB14和PB12引腳上。

2.2.6 晶振電路

STM32微控制器具有非常強大的時鐘系統，除了內置高精度和低精度的時鐘系統，還可以通過外接晶振，為STM32微控制器提供高精度和低精度的時鐘系統。圖2-6所示為外接晶振電路，其中Y1為8MHz晶振，連接時鐘系統的HSE（外部高速時鐘），Y2為32.768kHz晶振，連接時鐘系統的LSE（外部低速時鐘）。

2.2.7 LED電路

除了標識為PWR的電源指示LED，STM32核心板上還有兩個LED，如圖2-7所示。LED1為藍色，LED2為綠色，每個LED分別與一個330Ω電阻串聯后連接到STM32F103RCT6芯片的引腳上，在LED電路中，電阻起著分壓限流的作用。LED1和LED2分別連接到STM32F103RCT6芯片的PC4和PC5引腳上。

2.2.8 STM32微控制器電路

圖2-8所示的STM32微控制器電路是STM32核心板的核心部分，由STM32濾波電路、STM32微控制器、復位電路、啟動模式選擇電路組成。

電源網絡一般都會有高頻噪聲和低頻噪聲，而大電容對低頻有較好的濾波效果，小電容對高頻有較好的濾波效果。STM32F103RCT6芯片有4組數字電源-地引腳，分別是VDD_1、VDD_2、VDD_3、VDD_4、VSS_1、VSS_2、VSS_3、VSS_4，還有一組模擬電源-地引腳，即VDDA、VSSA。C1、C2、C6、C7這4個電容用于濾除數字電源引腳上的高頻噪聲，C5用于濾除數字電源引腳上的低頻噪聲，C4用于濾除模擬電源引腳上的高頻噪聲，C3用于濾除模擬電源引腳上的低頻噪聲。為了達到良好的濾波效果，還需要在進行PCB布局時，盡可能將這些電容擺放在對應的電源-地回路之間，且布線越短越好。

NRST引腳通過一個10kΩ電阻連接3.3V電源網絡，因此，用于復位的引腳在默認狀態下是高電平，只有當復位按鍵按下時，NRST引腳為低電平，STM32F103RCT6芯片才進行一次系統復位。

BOOT0引腳（60號引腳）、BOOT1引腳（28號引腳）為STM32F103RCT6芯片啟動模塊選擇接口，當BOOT0為低電平時，系統從內部Flash啟動。因此，默認情況下，J6跳線不需要連接。

2.2.9 外擴引腳

STM32核心板上的STM32F103RCT6芯片總共有51個通用I/O接口，分別是PA0~15、PB0~15、PC0~15、PD0~2。其中，PC14、PC15連接外部的32.768kHz晶振，PD0、PD1連接外部的8MHz晶振，除了這4個引腳，STM32核心板通過J1、J2、J3共3組排針引出其余47個通用I/O接口。外擴引腳電路圖如圖2-9所示。

讀者可以通過這3組排針，自由擴展外設。此外，J1、J2、J3這3組排針分別還包括2組3.3V電源和接地（GND），這樣就可以直接通過STM32核心板對外設進行供電，大大降低了系統的復雜度。因此，利用這3組排針，可以將STM32核心板的功能發揮到極致。