STM32F4 | 最小系统设计 | 开发板资源介绍 | 开发环境搭建

文章目录

一、STM32最小系统设计
- 1.什么叫MCU最小系统？
- 2.STM32最小系统
- - 2.1 供电电路（电源部分）
  - 2.2 复位电路
  - 2.3 时钟电路
  - 2.4 BOOT启动模式选择
  - 2.5 下载电路（JTAG/SWD)
  - 2.6 后备电池
二、开发板资源介绍
- 1.阿波罗 STM32F4/F7 开发板资源
- - 1.1 阿波罗 STM32 开发板底板资源
  - 1.2 阿波罗 STM32 开发板底板资源
- 2.阿波罗 IO 引脚分配
三、开发环境搭建
- 1.MDK软件安装
- 2. USB串口驱动安装
- 3.ST-LINK驱动安装
四、程序下载
- 1.ISP串口程序下载
- - 1.1 硬件连接
  - 1.2 USB串口电路
  - 1.3 一键下载
- 2.使用 ST-LINK 下载与调试程序
- - 2.1 ST-LINK与开发板硬件连接
  - 2.2 ST-LINK下载配置过程

一、STM32最小系统设计

1.什么叫MCU最小系统？

一个MCU（单片机）在能正常工作，正常下载程序前提下的最简电路。

2.STM32最小系统

STM32最小系统一般包含以下六部分电路：

供电电路
复位电路
时钟：外部晶振（2个）
Boot启动模式选择
下载电路（串口/JTAG/SWD)
后备电池（可以不包含）

2.1 供电电路（电源部分）

STM32芯片一般包含四种电源信号：

名称	典型值
VDD数字电源	+3.3V
VSS数字地	0
VDDA模拟电源	+3.3V
VSSA模拟地	0

VDD和VDDA之间一般接一个简单的低通滤波器即可（RC,π型即可）

对于51单片机来说，只有电源与地两种，没有分开；但是，对于STM32芯片，因为其主频比较高，为了让模拟部分与数字部分干扰降低，因此将数字部分与模拟部分分开。

以“正点原子”的开发板为例，产生一个5V的电源，然后通过一个稳压管（比如：AMS1117）稳出一个3.3V，这个3.3V就作为数字电源，连接到VDD；GND连接到地（模拟地与数字地）。

数字电源与模拟电源之间接一个简单的低通滤波器即可。
供电电路部分比较简单，只需要：

第一步：找出芯片所有的电源与地，包括模拟电源、模拟地、数字电源、数字地。
第二步：确定电源的输入输出电压范围，然后为其提供一个稳定的供电电源。
第三步：对数字电源VDD和模拟电源VDDA之间设计一个简单的低通滤波器。

经过这三步，供电电路部分就可以设计完成。

2.2 复位电路

基本上，对于所有的单片机都需要复位电路。对于STM32芯片来说，有一个复位引脚NRST。

接下来，设计复位电路。实际上，单片机的复位电路都是比较固定的，通过按键的方法，按一下这个按键，产生一个信号。

当RST按键没有按下时，是高电频；当RST按键按下时，复位引脚接到地，就会产生低电频。与51单片机中的复位类似，复位引脚从高往低跳变，低电平持续一段时间，就可以产生复位。

2.3 时钟电路

STM32外部可以提供两种时钟：高速外部时钟与低速外部时钟。高速的外部时钟一般都是给芯片的内核来供电，作为系统时钟。低速的外部时钟主要是给RTC（实时时钟）来用的。

高速时钟：
- F103/F407
  
  在F103/F407开发板上用的是8MHz的晶振
- F429/F767
  
  在F429/F767开发板上用的是25MHz的晶振
低速时钟：

低速时钟指的是外接比较稳定的32.768KHz晶振产生的低速的时钟，主要是给RTC（实时时钟）来用的。

2.4 BOOT启动模式选择

stm32BOOT启动模式选择有两个引脚：BOOT0和BOOT1。BOOT0和BOOT1联合决定了stm32启动模式。

2.5 下载电路（JTAG/SWD)

下载程序的方法有3种：

SWD
通信引脚为JTMS和JTCK，满足程序下载与调试
JTAG
有5个引脚需要相连，比较复杂，满足程序下载与调试
串口ISP
如果不需要程序调试，可以直接使用串口下载。

对于最小电路，一般留有SWD接口（调试）和串口引脚。

2.6 后备电池

stm32有一个后备电池引脚VBAT。后备电池用来给后备区域供电。当芯片断电之后，后备区域还正常运行，从而保存一些数据。

二、开发板资源介绍

1.阿波罗 STM32F4/F7 开发板资源

阿波罗开发板采用核心板+底板的形式，当使用STM32F429 的核心板时，它就是一款 STM32F429 开发板，当使用 STM32F746 核心板时，它就是一款 STM32F746 开发板。ALIENTEK 阿波罗 STM32F4/F7 开发板分为底板和核心板两部分，接下来我们分别介绍。

1.1 阿波罗 STM32 开发板底板资源

阿波罗 STM32 开发板的底板资源图如下所示：

ALIENTEK 阿波罗 STM32F429 开发板底板板载资源如下：

1 个核心板接口，支持 STM32F429/F746 等核心板
1 个电源指示灯（蓝色）
2 个状态指示灯（DS0：红色，DS1：绿色）
1 个红外接收头，并配备一款小巧的红外遥控器
1 个九轴（陀螺仪+加速度+磁力计）传感器芯片，MPU9250
1 个高性能音频编解码芯片，WM8978
1 个无线模块接口，支持 NRF24L01 无线模块
1 路光纤输入接口（音频，仅 F7 支持）
1 路 CAN 接口，采用 TJA1050 芯片
1 路 485 接口，采用 SP3485 芯片
2 路 RS232 串口（一公一母）接口，采用 SP3232 芯片
1 路单总线接口，支持 DS18B20/DHT11 等单总线传感器
1 个 ATK 模块接口，支持 ALIENTEK 蓝牙/GPS/MPU6050/RGB 灯模块
1 个光环境传感器（光照、距离、红外三合一）
1 个标准的 2.4/2.8/3.5/4.3/7 寸 LCD 接口，支持电阻/电容触摸屏
1 个摄像头模块接口
1 个 OLED 模块接口
1 个 USB 串口，可用于程序下载和代码调试（USMART调试）
1 个 USB SLAVE 接口，用于 USB 从机通信
1 个 USB HOST(OTG)接口，用于 USB主机通信
1 个有源蜂鸣器
1 个 RS232/RS485 选择接口
1 个 RS232/模块选择接口
1 个 CAN/USB 选择接口
1 个串口选择接口
1 个 SD 卡接口（在板子背面）
1 个百兆以太网接口（RJ45）
1 个标准的 JTAG/SWD 调试下载口
1 个录音头（MIC/咪头）
1 路立体声音频输出接口
1 路立体声录音输入接口
1 个小扬声器（在板子背面）
1 组多功能端口（DAC/ADC/PWM DAC/AUDIO IN/TPAD）
1 组 5V 电源供应/接入口
1 组 3.3V 电源供应/接入口
1 个参考电压设置接口
1 个直流电源输入接口（输入电压范围：DC6~24V）
1 个启动模式选择配置接口
1 个 RTC 后备电池座，并带电池
1 个复位按钮，可用于复位 MCU 和 LCD
4 个功能按钮，其中 KEY_UP(即 WK_UP)兼具唤醒功能
1 个电容触摸按键
1 个电源开关，控制整个板的电源
独创的一键下载功能
引出 110 个 IO 口

ALIENTEK 阿波罗 STM32F429 开发板底板的特点包括：

接口丰富。板子提供十来种标准接口，可以方便的进行各种外设的实验和开发。
设计灵活。我们采用核心板+底板形式，一款底板可以学习多款 MCU，减少重复投资；板上很多资源都可以灵活配置，以满足不同条件下的使用；我们引出了 110 个 IO 口，极大的方便大家扩展及使用。板载一键下载功能，可避免频繁设置 B0、B1 的麻烦，仅通过 1 根 USB 线即可实现 STM32 的开发。
资源丰富。板载高性能音频编解码芯片、九轴传感器、百兆网卡、光环境传感器以及各种接口芯片，满足各种应用需求。
人性化设计。各个接口都有丝印标注，且用方框框出，使用起来一目了然；部分常用外设大丝印标出，方便查找；接口位置设计合理，方便顺手。资源搭配合理，物尽其用。

1.2 阿波罗 STM32 开发板底板资源

STM32F429 核心板资源图如下：

ALIENTEK STM32F429 核心板板载资源如下：

CPU：STM32F429IGT6，LQFP176，FLASH：1024KB，SRAM：256KB
外扩 SDRAM：W9825G6KH，32M 字节
外扩 NAND FLASH：MT29F4G08，512M 字节
外扩 SPI FLASH：W25Q256，32M 字节
外扩 EEPROM：24C02，256 字节
2 个板对板接口（在底部），引出 110 个 IO，方便接入各种底板
1 个 5V&3.3V 焊点，支持外接电源或输出电源给外部
1 个 Micro USB 接口，可作 USB SLAVE/HOST(OTG)使用
1 个电源指示灯（蓝色）
1 个状态指示灯（红色）
1 个 TTL 串口（USART1）
1 个复位按钮，可用于复位 MCU 和 LCD
1 个功能按钮，WKUP，可以用作 MCU 唤醒
1 个 RGB LCD 接口，支持 RGB 接口的 LCD 屏（RGB565 格式）
1 个 SWD 调试接口

ALIENTEK STM32F429 核心板的特点包括：

体积小巧。核心板仅 65mm*45mm 大小，方便使用到各种项目里面。
接口丰富。核心板自带了串口、SWD 调试接口、RGB LCD 屏接口、USB 接口和 3.3V&5V电源接口等，并通过板对板接口，引出了 110 个 IO 口，满足各种应用需求。
资源丰富。核心板板载：32MB SDRAM、32MB SPI FLASH、512MB NAND FLASH 和EEPROM 等存储器，可以满足各种应用需求。
性能稳定。核心板采用 4 层板设计，单独地层、电源层，且关键信号采用等长线走线，保证运行稳定、可靠。
人性化设计。各个接口都有丝印标注，使用起来一目了然；接口位置设计合理，方便顺手。

2.阿波罗 IO 引脚分配

将阿波罗开发板主芯片：STM32F429IGT6 的 IO 资源分配做了一个总表，

引脚栏即 STM32F429IGT6 的引脚编号；GPIO 栏则表示 GPIO；连接资源栏表示了对应 GPIO 所连接到的网络；独立栏，表示该 IO 是否可以完全独立（不接其他任何外设和上下拉电阻）使用，通过一定的方法，可以达到完全独立使用该 IO，Y 表示可做独立 IO，N表示不可做独立 IO；连接关系栏，则对每个 IO 的连接做了简单的介绍。

三、开发环境搭建

1.MDK软件安装

RealView MDK是Keil公司开发的，为基于Cortex 、ARM7、ARM9等处理器设备提供的一个完整的开发环境。 MDK=Keil for ARM, 大家学习51的时候用的Keil C51。
首先，先安装MDK5，在 MDK5 安装完成后，要让 MDK5 支持 STM32F429 的开发，还要安装 STM32F429 的器件支持包：Keil.STM32F4xx_DFP.2.8.0.pack（STM32F4 系列的器件包）。默认软件是试用版的，只能编译不超过32K的代码。无力购买正版的，可以注册后使用。注册方法可参考博客，亲测有效！

MDK5安装注意事项：

安装路径为英文路径（不要是中文路径）。
系统用户名不能为中文
多个版本MDK（Keil）不要安装在同一目录。
MDK5需要加载芯片对应的支持包。

2. USB串口驱动安装

USB串口作用如下：

可以当串口使用。
如果USB串口连接到STM32的串口1(STM32 ISP下载只能是串口1)的话，那么可以用来串口下载程序。
因为要连接到USB，所以可以用来USB供电。

USB串口驱动芯片型号：CH340。当安装CH340驱动后，就可以使用串口下载工具FlyMcu（McuISP）进行下载。

此时，用USB线连接笔记本与stm32的USB 232接口，按下电源键，就会发现驱动安装成功。

3.ST-LINK驱动安装

ST-LINK驱动作用：安装了驱动之后，就可以在windows下配合MDK进行程序下载和调试。驱动安装完成后，如下：

四、程序下载

STM32F4 的程序下载有多种方法：USB、串口、JTAG、SWD 等，这几种方式，都可以用来给 STM32F429 下载代码。

1.ISP串口程序下载

1.1 硬件连接

首先要在板子上设置一下，在板子上把 RXD 和 PA9（STM32 的 TXD），TXD 和 PA10(STM32的 RXD)通过跳线帽连接起来，这样我们就把 CH340G 和 MCU 的串口 1 连接上了。这里由于ALIENTEK 这款开发板自带了一键下载电路，所以我们并不需要去关心 BOOT0 和 BOOT1 的状态，但是为了让下载完后可以按复位执行程序，建议把 BOOT1 和 BOOT0 都设置为 0。设置完成如图所示：

特别注意：

STM32的ISP下载，只能使用串口1，也就是对应串口发送接收引脚PA9,PA10。不能使用其他串口（例如串口2：PA2,PA3)用来ISP下载。

1.2 USB串口电路

STM32F429 开发板板载了一个 USB 串口，其原理图如下：

图中 Q4 和 Q5 的组合构成了我们开发板的一键下载电路，只需要在 flymcu 软件设置：DTR的低电平复位，RTS 高电平进 BootLoader。就可以一键下载代码了，而不需要手动设置 B0 和按复位了。其中，RESET 是开发板的复位信号，BOOT0 则是启动模式的 B0 信号。
一键下载电路的具体实现过程：首先，mcuisp 控制 DTR 输出低电平，则 DTR_N 输出高，然后 RTS 置高，则 RTS_N 输出低，这样 Q5 导通了，BOOT0 被拉高，即实现设置 BOOT0 为 1，同时 Q4 也会导通，STM32F429 的复位脚被拉低，实现复位。然后，延时 100ms 后，mcuisp控制 DTR 为高电平，则 DTR_N 输出低电平，RTS 维持高电平，则 RTS_N 继续为低电平，此时 STM32F429 的复位引脚，由于 Q4 不再导通，变为高电平，STM32F429 结束复位，但是 BOOT0还是维持为 1，从而进入 ISP 模式，接着 mcuisp 就可以开始连接 STM32F429，下载代码了，从而实现一键下载。

1.3 一键下载

这里简单说明一下一键下载电路的原理，我们知道，STM32 串口下载的标准方法是两个步骤：

把 B0 接 V3.3（保持 B1 接 GND）。
按一下复位按键。

通过这两个步骤，我们就可以通过串口下载代码了，下载完成之后，如果没有设置从0X08000000 开始运行，则代码不会立即运行，此时，你还需要把 B0 接回 GND，然后再按一次复位，才会开始运行你刚刚下载的代码。所以整个过程，你得跳动 2 次跳线帽，还得按 2 次复位，比较繁琐。而一键下载电路，则利用串口的 DTR 和 RTS 信号，分别控制 STM32的复位和 B0，配合上位机软件（flymcu），设置：DTR 的低电平复位，RTS 高电平进 BootLoader，这样，B0 和 STM32 的复位，完全可以由下载软件自动控制，从而实现一键下载。

环境准备
CH340驱动安装（参考前面USB串口驱动安装）
下载工具配置（FlyMcu/McuIsp)
1. 搜索串口，选择虚拟的USB串口： COMx:空闲USB-SERIAL CH34
2. 设置波特率：F4芯片使用76800，F1芯片可以更高
3. 勾上“编程前重装文件”
4. 选择STMISP选项卡，然后勾上选项：“校验” 以及 “编程后执行”
5. 选项字节区的“编程到FLASH时写选项直接”不要勾上
6. 左下方：选择第四个“ DTR的低电平复位,RTS高电平进bootloader”

通过按开始编程（P）这个按钮，一键下载代码到 STM32 上，下载成功后如图所示：

第 1 个圈，圈出了 flymcu 对一键下载电路的控制过程，其实就是控制 DTR和 RTS 电平的变化，控制 BOOT0 和 RESET，从而实现自动下载。第 2 个圈这里需要特别注意，因为 STM32F4 的每次下载都需要整片擦除，而 STM32F4 的整片擦除是非常慢的（STM32F1比较快），这里的全片擦除，得等待几十秒钟，才可以执行完成，请大家耐心等待。但是 ST-LINK下载不存在这个问题，所以，有条件的话，最好还是用 ST-LINK 下载比较快。

2.使用 ST-LINK 下载与调试程序

串口只能下载代码，并不能实时跟踪调试，而利用调试工具，比如 ST-LINK，JLINK 和ULINK 等就可以实时跟踪程序，从而找到你程序中的 bug，使你的开发事半功倍。这里我们以 ST-LINK 为例，说说如何在线调试 STM32F429。
ST-LINK 支持 JTAG 和 SWD，同时 STM32F429 也支持 JTAG 和 SWD。所以，我们有 2 种方式可以用来调试，JTAG 调试的时候，占用的 IO 线比较多，而 SWD 调试的时候占用的 IO 线很少，只需要两根即可。

2.1 ST-LINK与开发板硬件连接

在安装 ST-LINK 的驱动之后，我们接上 ST-LINK，并用灰排线连接 STLINK 和开发板的JTAG 接口，

2.2 ST-LINK下载配置过程

环境准备
STLINK驱动+MDK5安装
MDK软件上配置ST-LINK
打开之前新建的工程，点击，打开 Options for Target 选项卡，在 Debug栏选择仿真工具为 ST-Link Debugger，

上图中我们还勾选了 Run to main()，该选项选中后，只要点击仿真就会直接运行到 main 函数。然后我们点击 Settings，设置 ST-LINK 的一些参数，

我们使用 ST-LINK 的 SW 模式调试，因为我们 JTAG 需要占用比 SW 模式多很多的 IO 口，而在开发板上这些 IO 口可能被其他外设用到，可能造成部分外设无法使用。所以，我们建议大家在调试的时候，一定要选择 SW 模式。
单击 OK，完成此部分设置，接下来我们还需要在 Utilities 选项卡里面设置下载时的目标编程器，

我们直接勾选 Use Debug Driver，即和调试一样，选择 ST-LINK 来给目标器件的 FLASH 编程，然后点击 Settings，设置如图所示：

这里 MDK5 会根据我们新建工程时选择的目标器件，自动设置 flash 算法。我们使用的是STM32F429IGT6，FLASH 容量为 1M 字节，所以 Programming Algorithm 里面默认会有 1M 型号的 STM32F4xx FLASH 算法。最后，选中 Reset and Run 选项，以实现在编程后自动运行，其他默认设置即可。
在设置完之后，点击 OK，然后再点击 OK，回到 IDE 界面，编译一下工程。接下来我们就可以通过 ST-LINK 下载代码和调试代码。配置好 ST-LINK 之后，使用 ST-LINK 下载代码就非常简单，大家只需要点击 LOAD 按钮就可以进行程序下载。下载完成之后程序就可以直接在开发板执行。如图所示：