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[资料] 「ALIENTEK 探索者 STM32F407 开发板资料连载」第二章 实验平台硬件资源详解
2020-5-29 14:39:19  575 开发板
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1)实验平台:探索者 STM32F407 开发板
2)摘自《STM32F4 开发指南(HAL 库版)》关注官方微信号公众号,获取更多资料:正点原子
第二章 实验平台硬件资源详解
本章,我们将节将向大家详细介绍 alientek 探索者 STM32F4 开发板各部分的硬件原理
图,让大家对该开发板的各部分硬件原理有个深入理解,并向大家介绍开发板的使用注意事项,
为后面的学习做好准备。
本章将分为如下两节:
1.1,开发板原理图详解;
1.2,开发板使用注意事项;
2.1 开发板原理图详解
2.1.1 MCU
ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板选择的是 STM32F407ZGT6 作为 MCU,该芯片
STM32F407 里面配置非常强大的了,它拥有的资源包括:集成 FPU 和 DSP 指令,并具有 192KB
SRAM、1024KB FLASH、12 个 16 位定时器、2 个 32 位定时器、2 个 DMA 控制器(共 16 个
通道)、3 个 SPI、2 个全双工 I2S、3 个 IIC、6 个串口、2 个 USB(支持 HOST /SLAVE)、2 个
CAN、3 个 12 位 ADC、2 个 12 位 DAC、1 个 RTC(带日历功能)、1 个 SDIO 接口、1 个 FSMC
接口、1 个 10/100M 以太网 MAC 控制器、1 个摄像头接口、1 个硬件随机数生成器、以及 112
个通用 IO 口等。该芯片的配置十分强悍,很多功能相对 STM32F1 来说进行了重大改进,比如
FSMC 的速度,F4 刷屏速度可达 3300W 像素/秒,而 F1 的速度则只有 500W 左右。
MCU 部分的原理图如图 2.1.1.1(因为原理图比较大,缩小下来可能有点看不清,请大家
打开开发板光盘的原理图进行查看)所示:


图 2.1.1.1 MCU 部分原理图
上图中 U4 为我们的主芯片:STM32F407ZGT6。
这里主要讲解以下 3 个地方:
1,后备区域供电脚 VBAT 脚的供电采用 CR1220 纽扣电池和 VCC3.3 混合供电的方式,在
有外部电源(VCC3.3)的时候,CR1220 不给 VBAT 供电,而在外部电源断开的时候,则由 CR1220
给其供电。这样,VBAT 总是有电的,以保证 RTC 的走时以及后备寄存器的内容不丢失。
2,图中的 R31 和 R32 用隔离 MCU 部分和外部的电源,这样的设计主要是考虑了后期维
护,如果 3.3V 电源短路,可以断开这两个电阻,来确定是 MCU 部分短路,还是外部短路,有
助于生产和维修。当然大家在自己的设计上,这两个电阻是完全可以去掉的。
3,图中 P7 是参考电压选择端口。我们开发板默认是接板载的 3.3V 作为参考电压,如果
大家想用自己的参考电压,则把你的参考电压接入 Vref+即可。
2.1.2 引出 IO 口
ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板引出了 STM32F407ZGT6 的所有 IO 口,如图 2.1.2.1
所示:


图 2.1.2.1 引出 IO 口
图中P3、P4和P5为MCU主IO引出口,这三组排针共引出了102个IO口,STM32F407ZGT6
总共有 112 个 IO,除去 RTC 晶振占用的 2 个,还剩 110 个,这三组主引出排针,总共引出了
102 个 IO,剩下的 8 个 IO 口分别通过:P6(PA9&PA10)、P9(PA2&PA3)、P10(PB10&PB11)
和 P11(Pa11&PA12)等 4 组排针引出。
2.1.3 USB 串口/串口 1 选择接口
ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载的 USB 串口和 STM32F407ZGT6 的串口是通过
P6 连接起来的,如图 2.1.3.1 所示:


图 2.3.1.1 USB 串口/串口 1 选择接口
图中 TXD/RXD 是相对 CH340G 来说的,也就是 USB 串口的发送和接受脚。而 USART1_RX
和 USART1_TX 则是相对于 STM32F407ZGT6 来说的。这样,通过对接,就可以实现 USB 串
口和 STM32F407ZGT6 的串口通信了。同时,P6 是 PA9 和 PA10 的引出口。
这样设计的好处就是使用上非常灵活。比如需要用到外部TTL串口和STM32通信的时候,
只需要拔了跳线帽,通过杜邦线连接外部 TTL 串口,就可以实现和外部设备的串口通信了;又
比如我有个板子需要和电脑通信,但是电脑没有串口,那么你就可以使用开发板的 RXD 和 TXD
来连接你的设备,把我们的开发板当成 USB 转串口用了。
2.1.4 JTAG/SWD
ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载的标准 20 针 JTAG/SWD 接口电路如图 2.1.4.1 所
示:


图 2.1.4.1 JTAG/SWD 接口
这里,我们采用的是标准的 JTAG 接法,但是 STM32 还有 SWD 接口,SWD 只需要最少 2
根线(SWCLK 和 SWDIO)就可以下载并调试代码了,这同我们使用串口下载代码差不多,而
且速度非常快,能调试。所以建议大家在设计产品的时候,可以留出 SWD 来下载调试代码,
而摒弃 JTAG。STM32 的 SWD 接口与 JTAG 是共用的,只要接上 JTAG,你就可以使用 SWD
模式了(其实并不需要 JTAG 这么多线),当然,你的调试器必须支持 SWD 模式,JLINK V7/V8、
ULINK2 和 ST LINK 等都支持 SWD 调试。
特别提醒,JTAG 有几个信号线用来接其他外设了,但是 SWD 是完全没有接任何其他外设
的,所以在使用的时候,推荐大家一律使用 SWD 模式!!!
2.1.5 SRAM
ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板外扩了 1M 字节的 SRAM 芯片,如图 2.1.5.1 所示,注
意图中的地址线标号,是以 XM8A51216 为模版的,但是和 XM8A51216 的 datasheet 标号有出
入,不过,因为地址的唯一性,这并不会影响我们使用 XM8A51216(特别提醒:地址线可以
乱,但是数据线必须一致!!),因此,该原理图对这两个芯片都是可以正常使用的。



图 2.1.5.1 外扩 SRAM
图中 U3 为外扩的 SRAM 芯片,型号为:XM8A51216,容量为 1M 字节,该芯片挂在 STM32
的 FSMC 上。这样大大扩展了 STM32 的内存(芯片本身有 192K 字节),从而在需要大内存的
场合,探索者 STM32F4 开发板也可以胜任。
2.1.6 LCD 模块接口
ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载的 LCD 模块接口电路如图 2.1.6.1 所示:



图 2.1.6.1 LCD 模块接口
图中TFT_LCD是一个通用的液晶模块接口,支持ALIENTEK全系列tftlcd 模块,包括:
2.4 寸、2.8 寸、3.5 寸、4.3 寸和 7 寸等尺寸的 TFTLCD 模块。LCD 接口连接在 STM32F407ZGT6
的 FSMC 总线上面,可以显著提高 LCD 的刷屏速度。
图中的 T_MISO/T_MOSI/T_PEN/T_CS/T_CS 用来实现对液晶触摸屏的控制(支持电阻屏和
电容屏)。LCD_BL 则控制 LCD 的背光。液晶复位信号 RESET 则是直接连接在开发板的复位
按钮上,和 MCU 共用一个复位电路。
2.1.7 复位电路
ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板的复位电路如图 2.1.7.1 所示:



图 2.1.7.1 复位电路
因为 STM32 是低电平复位的,所以我们设计的电路也是低电平复位的,这里的 R24 和 C48
构成了上电复位电路。同时,开发板把 TFT_LCD 的复位引脚也接在 RESET 上,这样这个复位
按钮不仅可以用来复位 MCU,还可以复位 LCD。
2.1.8 启动模式设置接口
ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板的启动模式设置端口电路如图 2.1.8.1 所示:


图 2.1.8.1 启动模式设置接口
上图的BOOT0和BOOT1用于设置STM32的启动方式,其对应启动模式如表2.1.8.1所示:


表 2.1.8.1 BOOT0、BOOT1 启动模式表
按照表2. 1.8.1,一般情况下如果我们想用用串口下载代码,则必须配置BOOT0为1,BOOT1
为 0,而如果想让 STM32 一按复位键就开始跑代码,则需要配置 BOOT0 为 0,BOOT1 随
便设 置都可以。这里 ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板专门设计了一键下载电路,通过串
口的 DTR 和 RTS 信号,来自动配置 BOOT0 和 RST 信号,因此不需要用户来手动切换他们
的状态, 直接串口下载软件自动控制,可以非常方便的下载代码。
2.1.9 RS232 串口
ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载了一公一母两个 RS232 接口,电路原理图如图
2.1.9.1 所示:


图 2.1.9.1 RS232 串口
因为 RS232 电平不能直接连接到 STM32,所以需要一个电平转换芯片。这里我们选择的
是 SP3232(也可以用 max3232)来做电平转接,同时图中的 P9 用来实现 RS232(COM2)/rs485
的选择,P10 用来实现 RS232(COM3)/ATK 模块接口的选择,以满足不同实验的需要。
图中 USART2_TX/USART2_RX 连接在 MCU 的串口 2 上(PA2/PA3),所以这里的
RS232(COM2)/RS485 都是通过串口 2 来实现的。图中 RS485_TX 和 RS485_RX 信号接在 SP3485
的 DI 和 RO 信号上。
而图中的 USART3_TX/USART3_RX 则是连接在 MCU 的串口 3 上(PB10/PB11),所以
RS232(COM3)/ATK 模块接口都是通过串口 3 来实现的。图中 GBC_RX 和 GBC_TX 连接在 ATK
模块接口 U7 上面。
因为 P9/P10 的存在,其实还带来另外一个好处,就是我们可以把开发板变成一个 RS232
电平转换器,或者 RS485 电平转换器,比如你买的核心板,可能没有板载 RS485/RS232 接口,
通过连接探索者 STM32F4 开发板的 P9/P10 端口,就可以让你的核心板拥有 RS232/RS485 的功
能。
2.1.10 RS485 接口
ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载的 RS485 接口电路如图 2.1.10.1 所示:


图 2.1.10.1 RS485 接口
RS485 电平也不能直接连接到 STM32,同样需要电平转换芯片。这里我们使用 SP3485 来
做 485 电平转换,其中 R44 为终端匹配电阻,而 R38 和 R40,则是两个偏置电阻,以保证
静默状态时,485 总线维持逻辑 1。
RS485_RX/RS485_TX 连接在 P9 上面,通过 P9 跳线来选择是否连接在 MCU 上面,
RS485_RE 则是直接连接在 MCU 的 IO 口(PG8)上的,该信号用来控制 SP3485 的工作模式(高
电平为发送模式,低电平为接收模式)。
另外,特别注意:RS485_RE 和 NRF_IRQ 共同接在 PG8 上面,在同时用到这两个外设的
时候,需要注意下。
2.1.11 CAN/USB 接口
ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载的 CAN 接口电路以及 STM32 USB 接口电路如图
2.1.11.1 所示:


图 2.1.11.1 CAN/USB 接口
CAN 总线电平也不能直接连接到 STM32,同样需要电平转换芯片。这里我们使用 TJA1050
来做 CAN 电平转换,其中 R51 为终端匹配电阻。
USB_D+/USB_D-连接在 MCU 的 USB 口(PA12/PA11)上,同时,因为 STM32 的 USB 和
CAN 共用这组信号,所以我们通过 P11 来选择使用 USB 还是 CAN。
图中共有 2 个 USB 口:USB_SLAVE 和 USB_HOST,前者是用来做 USB 从机通信的,后
者则是用来做 USB 主机通信的。
USB_SLAVE 可以用来连接电脑,实现 USB 读卡器或声卡等 USB 从机实验。另外,该接
口还具有供电功能,VUSB 为开发板的 USB 供电电压,通过这个 USB 口,就可以给整个开发
板供电了。
USB HOST 可以用来接如:U 盘、USB 鼠标、USB 键盘和 USB 手柄等设备,实现 USB 主
机功能。该接口可以对从设备供电,且供电可控,通过 USB_PWR 控制,该信号连接在 MCU
的 PA15 引脚上与 JTDI 共用 PA15,所以用 JTAG 仿真的时候,USB_PWR 就不受控了,这也是
我们推荐大家使用 SWD 模式而不用 JTAG 模式的另外一个原因。
图 2.1.11.1 CAN/USB 接口
ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载的 EEPROM 电路如图 2.1.12.1 所示:



图 2.1.12.1 EEPROM
EEPROM 芯片我们使用的是 24C02,该芯片的容量为 2Kb,也就是 256 个字节,对于我们
普通应用来说是足够了的。当然,你也可以选择换大的芯片,因为我们的电路在原理上是兼容
24C02~24C512 全系列 EEPROM 芯片的。
这里我们把 A0~A2 均接地,对 24C02 来说也就是把地址位设置成了 0 了,写程序的时候
要注意这点。IIC_SCL 接在 MCU 的 PB8 上,IIC_SDA 接在 MCU 的 PB9 上,这里我们虽然接
到了 STM32 的硬件 IIC 上,但是我们并不提倡使用硬件 IIC,因为 STM32 的 IIC 是鸡肋!请谨
慎使用。IIC_SCL/IIC_SDA 总线上总共挂了 3 个器件:24C02、MPU6050 和 wm8978,后续我
们将向大家介绍另外两个器件。
2.1.13 光敏传感器
ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载了一个光敏传感器,可以用来感应周围光线的变
化,该部分电路如图 2.1.13.1 所示:



图 2.1.13.1 光敏传感器电路
图中的 LS1 就是光敏传感器,其实就是一个光敏二极管,周围环境越亮,电流越大,反之
电流越小,即可等效为一个电阻,环境越亮阻值越小,反之越大,从而通过读取 LIGHT_SENSOR
的电压,即可知道周围环境光线强弱。LIGHT_SENSOR 连接在 MCU 的 ADC3_IN5(ADC3 通
道 5)上面,即 PF7 引脚。
2.1.14 SPI FLASH
ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载的 SPI FLASH 电路如图 2.1.14.1 所示:



图 2.1.14.1 SPI FLASH 芯片
SPI FLASH 芯片型号为 W25Q128,该芯片的容量为 128Mb,也就是 16M 字节。该芯片和
NRF24l01 共用一个 SPI(SPI1),通过片选来选择使用某个器件,在使用其中一个器件的时候,
请务必禁止另外一个器件的片选信号。
图中 F_CS 连接在 MCU 的 PB14 上,SPI1_SCK/SPI1_MOSI/SPI1_MISO 则分别连接在 MCU
的 PB3/PB5/PB4 上,其中 PB3/PB4 又是 JTAG 的 JTDO 和 JTRST 信号,所以在 JTAG 仿真的时
候,SPI 就用不了了,但是用 SWD 仿真,则不存在任何问题,所以我们推荐大家使用 SWD 仿
真!
2.1.15 六轴加速度传感器
ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载的六轴加速度传感器电路如图 2.1.15.1 所示:



图 2.1.15.1 3D 加速度传感器
六轴加速度传感器芯片型号为:MPU6050,该芯片内部集成一个三轴加速度传感器和一个
三轴陀螺仪,并且自带 DMP(Digital Motion Processor),该传感器可以用于四轴飞行器的姿态控
制和解算。这里我们使用 IIC 接口来访问。
同 24C02 一样,该芯片的 IIC_SCL 和 IIC_SDA 同样是挂在 PB8 和 PB9 上,他们共享一个
IIC 总线。
2.1.16 温湿度传感器接口
ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载的温湿度传感器接口电路如图 2.1.16.1 所示:



图 2.1.16.1 温湿度传感器接口
该接口支持 DS18b20/DS1820/DHT11 等单总线数字温湿度传感器。1WIRE_DQ 是传感器
的数据线,该信号连接在 MCU 的 PG9 上,特别注意:该引脚同时还接到了摄像头模块的
DCMI_PWDN 信号上面,他们不能同时使用,但可以分时复用。


2.1.17 红外接收头
ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载的红外接收头电路如图 2.1.17.1 所示:



图 2.1.18.1 无线模块接口
该接口用来连接 NRF24L01 等 2.4G 无线模块,从而实现开发板与其他设备的无线数据传
输(注意:NRF24L01 不能和蓝牙/WIFI 连接)。NRF24L01 无线模块的最大传输速度可以达到
2Mbps,传输距离最大可以到 30 米左右(空旷地,无干扰)。
NRF_CE/NRF_CS/NRF_IRQ 连接在 MCU 的 PG6/PG7/PG8 上,而另外 3 个 SPI 信号则和
SPI FLASH 共用,接 MCU 的 SPI1。这里需要注意的是 PG8 还接了 RS485 的 RE 信号,所以
在使用 NRF24L01 中断引脚的时候,不能和 RS485 同时使用,不过,如果没用到 NRF24L01 的
中断引脚,那么 RS485 和 NRF24L01 模块就可以同时使用了。
2.1.19 LED
ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载总共有 3 个 LED,其原理图如图 2.1.19.1 所示:



6图 2.1.19.1 LED
其中 PWR 是系统电源指示灯,为蓝色。LED0(DS0)和 LED1(DS1)分别接在 PF9 和 PF10
上。为了方便大家判断,我们选择了 DS0 为红色的 LED,DS1 为绿色的 LED。
2.1.20 按键
ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载总共有 4 个输入按键,其原理图如图 2.1.20.1 所
示:


图 2.1.20.1 输入按键
KEY0、KEY1 和 KEY2 用作普通按键输入,分别连接在 PE4、PE3 和 PE2 上,这里并没有
使用外部上拉电阻,但是 STM32 的 IO 作为输入的时候,可以设置上下拉电阻,所以我们使
用STM32 的内部上拉电阻来为按键提供上拉。
KEY_UP 按键连接到 PA0(STM32 的 WKUP 引脚),它除了可以用作普通输入按键外,还可
以用作 STM32 的唤醒输入。注意:这个按键是高电平触发的。
2.1.21 TPAD 电容触摸按键
ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载了一个电容触摸按键,其原理图如图 2.1.21.1 所
示:


图 2.1.21.1 电容触摸按键
图中 1M 电阻是电容充电电阻,TPAD 并没有直接连接在 MCU 上,而是连接在多功能端口
(P12)上面,通过跳线帽来选择是否连接到 STM32。多功能端口,我们将在 2.1.26 节介绍。
电容触摸按键的原理我们将在后续的实战篇里面介绍。
2.1.22 OLED/摄像头模块接口
ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载了一个 OLED/摄像头模块接口,其原理图如图
2.1.22.1 所示:


图 2.1.22.1 OLED/摄像头模块接口
图中 P8 是接口可以用来连接 ALIENTEK OLED 模块或者 ALIENTEK 摄像头模块。如果
是 OLED 模块,则 DCMI_PWDN 和 DCMI_XCLK 不需要接(在板上靠左插即可),如果是摄
像头模块,则需要用到全部引脚。
其中,DCMI_SCL/DCMI_SDA/DCMI_RESET/DCMI_PWDN/DCMI_XCLK 这 5 个信号是不
属于 STM32F4 硬件摄像头接口的信号,通过普通 IO 控制即可,分别接在 MCU 的:
PD6/PD7/PG15/PG9/PA8 上面。特别注意:DCMI_PWDN 和 1WIRE_DQ 信号共用 PG9 这个 IO,
所以摄像头和 DS18B20/DHT11 不能同时使用,但是可以分时复用。另外,DCMI_XCLK 和
REMOTE_IN 共用,在用到 DCMI_XCLK 信号的时候,则红外接收和摄像头不可同时使用,不
过同样是可以分时复用的。
其他信号全接在 STM32F4 的硬件摄像头接口上,DCMI_VSYNC/DCMI_HREF/DCMI_D0/
DCMI_D1/ DCMI_D2/ DCMI_D3/ DCMI_D4/ DCMI_D5/ DCMI_D6/ DCMI_D7/ DCMI_PCLK 分
别连接在:PB7/PA4/PC6/PC7/PC8/PC9/PC11/PB6/PE5/PE6/PA6 上。特别注意:这些信
号和 DAC1输出以及 SD 卡,I2S 音频等有 IO 共用,所以在使用 OLED 模块或摄像头模块的
时候,不能和DAC1 的输出、SD 卡使用和 I2S 音频播放等三个功能同时使用,只能分时复用。
2.1.23 有源蜂鸣器
ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载了一个有源蜂鸣器,其原理图如图 2.1.23.1 所示:


图 2.1.23.1 有源蜂鸣器
有源蜂鸣器是指自带了震荡电路的蜂鸣器,这种蜂鸣器一接上电就会自己震荡发声。而如
果是无源蜂鸣器,则需要外加一定频率(2~5Khz)的驱动信号,才会发声。这里我们选择使用
有源蜂鸣器,方便大家使用。
图中 Q1 是用来扩流,R61 则是一个下拉电阻,避免 MCU 复位的时候,蜂鸣器可能发声的
现象。BEEP 信号直接连接在 MCU 的 PF8 上面,PF8 可以做 PWM 输出,所以大家如果想玩高
级点(如:控制蜂鸣器“唱歌”),就可以使用 PWM 来控制蜂鸣器。
2.1.24 SD 卡接口
ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载了一个 SD 卡(大卡/相机卡)接口,其原理图如
图 2.1.24.1 所示:


图 2.1.24.1 SD 卡/以太网接口
图中 SD_CARD 为 SD 卡接口,该接口在开发板的底面,这也是探索者 STM32F4 开发板底
面唯一的元器件
SD 卡采用 4 位 SDIO 方式驱动,理论上最大速度可以达到 24MB/S,非常适合需要高速存
储的情况。图中:SDIO_D0/SDIO_D1/SDIO_D2/SDIO_D3/SDIO_SCK/SDIO_CMD 分别连
接在MCU 的 PC8/PC9/PC10/PC11/PC12/PD2 上面。特别注意:SDIO 和 OLED/摄像头的
部分 IO 有共用,所以在使用 OLED 模块或摄像头模块的时候,只能和 SDIO 分时复用,不能同时使用。
2.1.25 ATK 模块接口
ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载了 ATK 模块接口,其原理图如图 2.1.25.1 所示:


图 2.1.25.1 ATK 模块接口
如图所示,U7 是一个 1*6 的排座,可以用来连接 ALIENTEK 推出的一些模块,比如:蓝
牙串口模块、GPS 模块等。有了这个接口,我们连接模块就非常简单,插上即可工作。
图中:GBC_TX/GBC_RX 可通过 P10 排针,选择接入 PB11/PB10(即串口 3),详见 2.1.9
节。而 GBC_KEY 和 GBC_LED 则分别连接在 MCU 的 PF6 和 PC0 上面。特别注意:
GBC_LED和 3D_INT 共用 PC0,所以同时使用 ATK 模块接口和 MPU6050 的时候,要注意
这个 IO 的设置。
2.1.26 多功能端口
ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载的多功能端口,是由 P12 和 P2 构成的一个 6PIN
端口,其原理图如图 2.1.26.1 所示:


图 2.1.26.1 多功能端口
从上图,大家可能还看不出这个多功能端口的全部功能,别担心,下面我们会详细介绍。
首先介绍左侧的 P12,其中 TPAD 为电容触摸按键信号,连接在电容触摸按键上。STM_ADC
和 STM_DAC 则分别连接在 PA5 和 PA4 上,用于 ADC 采集或 DAC 输出。当需要电容触摸
按键的时候,我们通过跳线帽短接 TPAD 和 STM_ADC,就可以实现电容触摸按键(利用定时
器的输入捕获)。STM_DAC 信号则既可以用作 DAC 输出,也可以用作 ADC 输入,因为
STM32的该管脚同时具有这两个复用功能。特别注意:STM_DAC 与摄像头的 DCMI_HREF
共用 PA4,所以他们不可以同时使用,但是可以分时复用。
我们再来看看 P2,PWM_DAC 连接在 MCU 的 PA3,是定时器 2/5 的通道 4 输出,后面跟
一个二阶 RC 滤波电路,其截止频率为 33.8Khz。经过这个滤波电路,MCU 输出的方波就变
为直流信号了。PWM_audio 是一个音频输入通道,它连接到 WM8978 的 AUX 输入,可
通过配置 WM8978,输出到耳机/扬声器。特别注意:PWM_DAC 和 USART2_RX 共用 PA3,所
以PWM_DAC 和串口 2 的接收,不可以同时使用,不过,可以分时复用。
单独介绍完了 P12 和 P2,我们再来看看他们组合在一起的多功能端口,如图 2.1.26.2 所示:
图 2.1.26.2 组合后的多功能端口


图中 AIN 是 PWM_AUDIO,PDC 是滤波后的 PWM_DAC 信号。下面我们来看看通过 1 个
跳线帽,这个多功能接口可以实现哪些功能。
当不用跳线帽的时候,1,AIN 和 GND 组成一个音频输入通道。
2,PDC 和 GND 组成一个 PWM_DAC 输出;
3,DAC 和 GND 组成一个 DAC 输出/ADC 输入(因为 DAC 脚也刚好也可以做 ADC 输入);
4,ADC 和 GND 组成一组 ADC 输入;
5,TPAD 和 GND 组成一个触摸按键接口,可以连接其他板子实现触摸按键。
当使用 1 个跳线帽的时候:
1,AIN 和 PDC 组成一个 MCU 的音频输出通道,实现 PWM DAC播放音乐。
2,AIN 和 DAC 同样可以组成一个 MCU 的音频输出通道,也可以用来播放音乐。
3,DAC 和 ADC 组成一个自输出测试,用 MCU 的 ADC 来测试 MCU 的 DAC 输出。
4,PDC和 ADC,组成另外一个子输出测试,用 MCU 的 ADC 来测试 MCU 的 PWM DAC 输出。
5,ADC 和 TPAD,组成一个触摸按键输入通道,实现 MCU 的触摸按键功能。
从上面的分析,可以看出,这个多功能端口可以实现 10 个功能,所以,只要设计合理,1+1
是大于 2 的。
2.1.27 以太网接口(RJ45
ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载了一个以太网接口(RJ45),其原理图如图 2.1.27.1
所示:


图 2.1. 27.1 以太网接口电路
STM32F4 内部自带网络 MAC 控制器,所以只需要外加一个 PHY 芯片,即可实现网络通 信
功能。这里我们选择的是 lan8720A 这颗芯片作为 STM32F4 的 PHY 芯片,该芯片采用
RMII 接口与 STM32F4 通信,占用 IO 较少,且支持 auto mdix(即可自动识别交叉/直连网
线)功能。 板载一个自带网络变压器的 RJ45 头(HR91105A),一起组成一个 10M/100M 自适应网卡。
图中:ETH_MDIO/ETH_MDC/RMII_TXD0/RMII_TXD1/RMII_TX_EN/RMII_RXD0/
RMII_RXD1/RMII_CRS_DV/RMII_REF_CLK/ETH_RESET 分别接在 MCU 的:
PA2/PC1/PG13/ PG14/PG11/PC4/PC5/PA7/PA1/PD3 上。特别注意:网络部分
ETH_MDIO 与 USART2_TX 共用 PA2,所以网络和串口 2 的发送,不可以同时使用,但是可以分时复用。
2.1.28 I2S 音频编解码器
ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载 WM8978 高性能音频编解码芯片,其原理图如图 2.1.28.1 所示:


图 2.1.28.1 I2S 音频编解码芯片
WM8978 是一颗低功耗、高性能的立体声多媒体数字信号编解码器。该芯片内部集成了 24
位高性能 DAC&ADC,可以播放最高 192K@24bit 的音频信号,并且自带段 EQ 调节,支持
3D 音效等功能。不仅如此,该芯片还结合了立体声差分麦克风的前置放大与扬声器、耳机和
差分、 立体声线输出的驱动,减少了应用时必需的外部组件,直接可以驱动耳机
(16Ω@40mW)和 喇叭(8Ω/0.9W),无需外加功放电路。
图中,SPK-和 SPK+连接了一个板载的 8Ω 2W 小喇叭(在开发板背面),另外,可以通过
P1 接口外接其他喇叭,以获得更好音质。MIC 是板载的咪头,可用于录音机实验,实现录
音。 PHONE 是 3.5mm 耳机输出接口,可以用来插耳机。LINE_IN 则是线路输入接口,可以
用来外 接线路输入,实现立体声录音。
该芯片采用 I2S 接口与 MCU 连接,图中:I2S_LRCK/I2S_SCLK/I2S_SDOUT/I2S_SDIN
/I2S_MCLK/IIC_SCL/IIC_SDA 分别接在 MCU 的:PB12/PB13/pc2/PC3/PC6/PB8/PB9
上。特别 注意:I2S_MCLK 和 DCMI_D0 共用 PC6,所以 I2S 音频播放和 OLED 模块/摄像
头模块不可以 同时使用。另外,IIC_SCL 和 IIC_SDA 是与 24C02/MPU6050 等共用一个 IIC 接口。
2.1.29 电源
ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载的电源供电部分,其原理图如图 2.1.29.1 所示:


图 2.1. 29.1 电源
图中,总共有 3 个稳压芯片:U15/U16/U18,DC_IN 用于外部直流电源输入,经过 U15
DC-DC 芯片转换为 5V 电源输出,其中 D4 是防反接二极管,避免外部直流电源极性搞错的
时候,烧坏 开发板。K1 为开发板的总电源开关,F1 为 1000ma 自恢复保险丝,用于保护
USB。U16 和 U18 均为 3.3V 稳压芯片,给开发板提供 3.3V 电源,其中 U16 输出的 3.3V 给
数字部分用,U18 输 出的 3.3V 给模拟部分(WM8978)使用,分开供电,以得到最佳音质。
这里还有 USB 供电部分没有列出来,其中 VUSB 就是来自 USB 供电部分,我们将在相应 章节进行介绍。
2.1.30 电源输入输出接口
ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载了两组简单电源输入输出接口,其原理图如图 2.1.30.1 所示:



图 2.1.30.1 电源
图中,VOUT1 和 VOUT2 分别是 3.3V 和 5V 的电源输入输出接口,有了这 2 组接口,我们
可以通过开发板给外部提供 3.3V 和 5V 电源了,虽然功率不大(最大 1000ma),但是一般
情况都够用了,大家在调试自己的小电路板的时候,有这两组电源还是比较方便的。同时这两
组端 口,也可以用来由外部给开发板供电。
图中 D5 和 D6 为 TVS 管,可以有效避免 VOUT 外接电源/负载不稳的时候(尤其是开发板
外接电机/继电器/电磁阀等感性负载的时候),对开发板造成的损坏。同时还能一定程度防止
外 接电源接反,对开发板造成的损坏。
2.1.31 USB 串口
ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载了一个 USB 串口,其原理图如图 2.1.31.1 所示:



图 2.1.31.1 USB 串口
USB 转串口,我们选择的是 CH340G,是国内芯片公司南京沁恒的产品,稳定性经测试还 不错,所以还是多支持下国产。
图中 Q3 和 Q4 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 Q4 导通了,BOOT0 被拉高,即实现设置 BOOT0
为 1,同时 Q3 也会导通,STM32F4 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STM32F4的复位引脚,由于 Q3 不再导通,变为高电平,STM32F4 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 STM32F4,下载代码了,从而实现一键下载。
USB_232 是一个 MiniUSB 座,提供 CH340G 和电脑通信的接口,同时可以给开发板供电,
VUSB 就是来自电脑 USB 的电源,USB_232 是本开发板的主要供电口。
2.2 开发板使用注意事项
为了让大家更好的使用 ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板,我们在这里总结该开发板使
用的时候尤其要注意的一些问题,希望大家在使用的时候多多注意,以减少不必要的问题。
1, 开发板一般情况是由 USB_232 口供电,在第一次上电的时候由于 CH340G 在和电脑建
立连接的过程中,导致 DTR/RTS 信号不稳定,会引起 STM32 复位 2~3 次左右,这个
现象是正常的,后续按复位键就不会出现这种问题了。
2, 1 个 USB 供电最多 500mA,且由于导线电阻存在,供到开发板的电压,一般都不会有
5V,如果使用了很多大负载外设,比如 4.3 寸屏、网络、摄像头模块等,那么可能引
起 USB 供电不够,所以如果是使用 4.3 屏的朋友,或者同时用到多个模块的时候,建
议大家使用一个独立电源供电。 如果没有独立电源,建议可以同时插 2 个 USB 口,
并插上 JTAG,这样供电可以更足一些。
3, JTAG 接口有几个信号(JTDI/JTDO/JTRST)被 USB_PWR(USB HOST)/SPI1(W25Q128
和 NRF24L01)占用了,所以在调试这几个模块的时候,请大家选择 SWD 模式,其实
最好就是一直用 SWD 模式。
4, 当你想使用某个 IO 口用作其他用处的时候,请先看看开发板的原理图,该 IO 口是否
有连接在开发板的某个外设上,如果有,该外设的这个信号是否会对你的使用造成干
扰,先确定无干扰,再使用这个 IO。比如 PF8 就不怎么适合再用做其他输出,因为他
接了蜂鸣器,如果你输出高电平就会听到蜂鸣器的叫声了。
5, 开发板上的跳线帽比较多,大家在使用某个功能的时候,要先查查这个是否需要设置
跳线帽,以免浪费时间。
6, 当液晶显示白屏的时候,请先检查液晶模块是否插好(拔下来重新插试试),如果还不
行,可以通过串口看看 LCD ID 是否正常,再做进一步的分析。
7, 开发板的 USB SLAVE 和 USB HOST 共用同一个 USB 口,所以,他们不可以同时使用。
使用的时候多加注意。
至此,本手册的实验平台(ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板)的硬件部分就介绍
完了,了解了整个硬件对我们后面的学习会有很大帮助,有助于理解后面的代码,在编写
软件的时候,可以事半功倍,希望大家细读!另外 ALIENTEK 开发板的其他资料及教程更
新,都可以在技术论坛 OpenEdv-开源电子网-正点原子论坛 下载到,大家可以经常去这个论坛获取更新的信
息。
2.3 STM32F4 学习方法
为 STM32F4 作为目前最热门的 ARM Cortex M4 处理器,由于其强大的功能,可替代 DSP
等特性,正在被越来越多的公司选择使用。学习 STM32F4 的朋友也越来越多,初学者,可能
会认为 STM32F4 很难学,以前可能只学过 51,或者甚至连 51 都没学过的,一看到 STM32F4
那么多寄存器,就懵了。其实,万事开头难,只要掌握了方法,学好 STM32F4,还是非常简单
的,这里我们总结学习 STM32F4 的几个要点:
1,一款实用的开发板。
这个是实验的基础,有个开发板在手,什么东西都可以直观的看到。但开发板不宜多,多
了的话连自己都不知道该学哪个了,觉得这个也还可以,那个也不错,那就这个学半天,那个
学半天,结果学个四不像。倒不如从一而终,学完一个在学另外一个。
2,三本参考资料,即《STM32F4xx 中文参考手册》、《STM32F3 与 F4 系列 Cortex M4
内核编程手册》和《Cortex M3 与 M4 权威指南》。
《STM32F4xx 中文参考手册》是 ST 出的官方资料,有 STM32F4 的详细介绍,包括了
STM32F4 的各种寄存器定义以及功能等,是学习 STM32F4 的必备资料之一。而《STM32F3 与
F4 系列 Cortex M4 内核编程手册》则是对《STM32F4xx 中文参考手册》的补充,很多关于 Cortex
M4 内核的介绍(寄存器等),都可以在这个文档找到答案,该文档同样是 ST 的官方资料,专
门针对 ST 的 Cortex M4 产品。最后,《Cortex M3 与 M4 权威指南》则针对 Cortex M4 内核进行
了详细介绍,并配有简单实例,对于想深入了解 Cortex M4 内核的朋友,此文档是非常好的参
考资料。
3,掌握方法,勤学善悟。
STM32F4 不是妖魔鬼怪,不要畏难,STM32F4 的学习和普通单片机一样,基本方法就是:
a) 掌握时钟树图(见《STM32F4xx 中文参考手册》图 13)。
任何单片机,必定是靠时钟驱动的,时钟就是单片机的动力,STM32F4 也不例外,通过时
钟树,我们可以知道,各种外设的时钟是怎么来的?有什么限制?从而理清思路,方便理解。
b) 多思考,多动手。
所谓熟能生巧,先要熟,才能巧。如何熟悉?这就要靠大家自己动手,多多练习了,光看/
说,是没什么太多用的,很多人问我,STM32F4 这么多寄存器,如何记得啊?回答是:不需要
全部记住。学习 STM32F4,不是应试教育,不需要考试,不需要你倒背如流。你只需要知道这
些寄存器,在哪个地方,用到的时候,可以迅速查找到,就可以了。完全是可以翻书,可以查
资料的,可以抄袭的,不需要死记硬背。掌握学习的方法,远比掌握学习的内容重要的多。
熟悉了之后,就应该进一步思考,也就是所谓的巧了。我们提供了几十个例程,供大家学
习,跟着例程走,无非就是熟悉 STM32F4 的过程,只有进一步思考,才能更好的掌握 STM32F4,
也即所谓的举一反三。例程是死的,人是活的,所以,可以在例程的基础上,自由发挥,实现
更多的其他功能,并总结规律,为以后的学习/使用打下坚实的基础,如此,方能信手拈来。
所以,学习一定要自己动手,光看视频,光看文档,是不行的。举个简单的例子,你看视
频,教你如何煮饭,几分钟估计你就觉得学会了。实际上你可以自己测试下,是否真能煮好?
机会总是留给有准备的人,只有平时多做准备,才可能抓住机会。
只要以上三点做好了,学习 STM32F4 基本上就不会有什么太大问题了。如果遇到问题,
可以在我们的技术论坛:开源电子网:OpenEdv-开源电子网-正点原子论坛 提问,论坛 STM32 板块已经有 3W多个主题,很多疑问已经有网友提过了,所以可以在论坛先搜索一下,很多时候,就可以直接
找到答案了。论坛是一个分享交流的好地方,是一个可以让大家互相学习,互相提高的平台,
所以有时间,可以多上去看看。另外,很多 ST 官方发布的所有资料(芯片文档、用户手册、应用笔记、固件库、勘误
册等),大家都可以在 意法半导体STM32/STM8技术社区 - 提供最新的ST资讯和技术交流 这个地方下载到。也可以经常关注下,ST 会将最新的资料都放到这个网站上。

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