芯片与电路

芯片和电路长啥样呢?

up的视频讲解:

1 芯片

1.1 芯片型号

STM32F103C8T6 是一款由意法半导体公司（ST）推出的基于Cortex-M3内核的32位微控制器, 它的命名规则如下:

• ST：指意法半导体

• M：指定微处理器

• 32：表示计算机处理器位数

• F103:是ST公司产品系列

ARM Cortex内核

• ARM 公司在用Cortex命名，MCU内核并分成A、R和M三类

• M系列有M0、M0+、M3、M4、M7

• Cortex-M3是ARM公司推出MCU内核，ST公司在此内核的基础上完成了USART、DMA等外围电路的设计。

1.2 芯片架构

STM32F103C8T6整个系统结构可以分为由ARM公司设计的Cortex-M3内核和ST公司在此基础上优化的总线矩阵、DMA、AHB、APB1以及APB2上挂载的外设等两个部分，结构如下

• Cortex-M3采用了将指令存储和数据存储分开的 的哈佛结构，这样一来Cortex-M3同时拥有了独立的32-bit指令总线和32-bit数据总线，数据访问将不再占用指令总线，同时读取指令和数据后提升了MCU运行速度。

• 各个外设

  • Flash 64K
  • SRAM 20K
  • GPIO
  • ADC
  • Timer
  • IIC，SPI，USART，CAN

这些外设我们会在接下来的课程中逐一学习,并应用到我们的实验中

哈佛架构和冯诺依曼架构对比

• 冯・诺依曼架构: 指令、数据共用同一条总线、同一块存储空间

• 冯・诺依曼架构优势:结构简单、内存空间灵活, 主要应用于通用计算机(PC)

• 哈佛架构: 指令、数据完全分离：两套独立存储器 + 两套独立总线

-哈佛架构优势:执行效率高、实时性强, 主要应用于微控制器(MCU)

我们通过观察芯片架构图, 可以知道STM32采用的是哈佛架构

• ICode 总线 专门取Flash（主程序存储区）指令
• DCode 总线 访问 SRAM / 外设 / Flash 数据
• System 总线 内核访问外设 / 系统寄存器

1.3 芯片总线

除了上述Cortex-M3 内核内部的三条 “专用总线”, 其他的总线也需要我们了解下:

1. DMA总线: 实现 “内存→外设”“外设→内存”“内存→内存” 的高速数据搬运，无需 CPU内核参与, 可以并行完成任务

2. Bus Matrix（总线矩阵）: 连接所有总线, 是所有总线的 “交通枢纽”, 定义好了地址与各外设的映射关系, CPU可直接通过地址去与外设交互

3. AHB 系统总线: 连接所有高速设备 + 桥接低速总线, 是整个APB1/APB2外设系统的 “根总线”

   • RCC（复位与时钟控制）整个时钟树的源头，必须挂高速总线

   • DMA1 / DMA2直接连 AHB，才能高速搬运数据

4. APB1/APB2 外设总线：通过Bridge1/Bridge2桥接器, 把高速 AHB 总线转换为低速 APB 总线，挂载中低速外设。

   • APB1(最高36MHz) USART2/3、SPI2/3、I2C1/2、TIM2~7、USB、CAN 等中低速外设

   • APB2(最高72MHz) GPIO、USART1、SPI1、ADC1/2、TIM1/8 等高速外设

1.4 芯片外设

APB1 总线外设（中低速，最高 36MHz）

• DAC 数模转换器，把数字信号转换成模拟电压输出

• I2C1/I2C2 两线制串行总线，用于连接 EEPROM、传感器等外设

• UART4/UART5 异步串口通信

• USART2/USART3 同步 / 异步串口通信

• SPI2/I2S、SPI3/I2S 同步串行接口（SPI）+ 音频接口（I2S）

• WWDG/IWDG 窗口看门狗 / 独立看门狗，防止程序跑飞死机

• RTC 实时时钟，在掉电后也能计时，提供日历、闹钟功能

• TIM2~TIM7 通用定时器，用于定时、计数、PWM 输出、输入捕获

APB2 总线外设（高速，最高 72MHz）

• ADC1/2/3 模数转换器，把模拟电压转换成数字信号，用于采集传感器数据

• USART1 同步 / 异步串口通信

• SPI1 高速同步串行接口，可驱动 Flash、OLED 屏等外设

• TIM1/TIM8 高级控制定时器，支持 PWM 输出、电机控制、死区生成等

• GPIOA/B/C/D/E/F/G 通用输入输出口，芯片所有引脚的控制单元

• AFIO 复用功能 IO 控制器，用于配置引脚的外设复用映射、外部中断引脚选择

• EXTI 外部中断控制器，可把 GPIO 引脚配置成外部中断触发源

2 最小系统开发板

最小系统板就是一个最精简的电路，精简到只能维持MCU的最基本的正常工作。

• 最小系统开发板原理图:

• 最小系统开发板PCB:

最小系统电路构成

• 供电电路
• 复位电路
• 晶振电路
• 下载电路

3 芯片启动方式 与 下载方式

3.1 芯片启动方式

芯片启动方式:STM32官方提供了3种程序加载方式

• 1 Flash 启动 (日常开发)

• 2 系统存储器启动 进入芯片内置的 ST Bootloader（串口下载模式）

• 3 内置 SRAM 启动 调试时直接从 RAM 运行代码（极少用）

3.2 常用芯片下载方式

• SWD（Serial Wire Debug）下载 + 调试

  • 工具：ST-Link

  • 硬件连接：仅需 2 根线（SWDIO + SWCLK）+ 电源（3.3V）+ GND，无需占用额外引脚。

  • 烧录软件：IDE 直烧(Keil MDK、STM32CubeIDE)

• UART 串口下载（ISP 模式）仅下载

  • 工具：无需仿真器，仅需 USB-TTL(CH340) 模块

  • 硬件连接：UART1 的 TX/RX 引脚 + 电源 + GND，配合 BOOT0 引脚拉高进入 ISP 模式

  • 烧录软甲：STM32CubeProgrammer（Windows/Linux 通用）

本教程默认方式

• 本教程采用STLINK工具, 将代码通过IDE工具直接烧录进芯片的Flash里面

• 所以硬件上直接将BOOT0下拉到地, 默认从Flash启动程序