「正点原子STM32Mini板资料连载」 第二章 实验平台硬件资源详解

本帖最后由 正点原子运营官 于 2020-4-7 12:06 编辑

1）实验平台：正点原子STM32mini 开发板
2）摘自《正点原子STM32 不完全手册(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 MiniSTM32 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：
2.1，开发板原理图详解；
2.2，开发板使用注意事项；
2.3，STM32 学习方法；
2.1 开发板原理图详解
2.1.1 MCU
ALIENTEK MiniSTM32 V3.0 版开发板选择的是 STM32F103RCT6 作为 MCU，它拥有的资
源包括：48KB SRAM、256KB FLASH、2 个基本定时器、4 个通用定时器、2 个高级定时器、
2 个 DMA 控制器（共 12 个通道）、3 个 SPI、2 个 IIC、5 个串口、1 个 USB、1 个 CAN、3 个
12 位 ADC、1 个 12 位 DAC、1 个 SDIO 接口及 51 个通用 IO 口。该芯片性价比极高，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
上图中中上部的 BOOT1 用于设置 STM32 的启动方式，其对应启动模式如下表所示：



表 2.1.1.1 BOOT0、BOOT1 启动模式表
按照表 2.1.1.1，一般情况下（即标准的 ISP 下载步骤）如果我们想用用串口下载代码，则必须先配置 BOOT0 为 1，BOOT1 为 0，然后按复位键，最后再通过程序下载代码，下载完以
后又需要将 BOOT0 设置为 GND，以便每次复位后都可以运行用户代码。可以看到，这个标准
的 ISP 步骤还是很繁琐的，跳线帽跳来跳去，还要手动复位，所以 ALIENTEK 为 STM32 的串
口下载专门设计了一键下载电路，通过串口的 DTR 和 RTS 信号，来自动控制 RST(复位)和
BOOT0，因此不需要用户来手动切换状态，直接串口下载软件自动控制，可以非常方便的下载
代码，这是其他开发板所不具备的。
P3 和 P1 分别用于 PORTA 和 PORTB 的 IO 口引出，其中 P1 有部分用于 PORTC 口的引出。
PORTA 和 PORTB 都是按顺序排列的，这样设计的目的是为了让大家更方便地与外部设备连接。
P2 连接了 DS18B20 的数据口以及红外传感器的数据线，它们分别对应着 PA0 和 PA1，只
需要通过跳线帽将 P2 和 P3 连接起来就可以使用了。这里不直接连在一起的原因有二：1，防
止红外传感器和 DS18B20 对这两个 IO 口作为其他功能使用的时候的影响；2，DS18B20 和红
外传感器还可以用来给其他板子提供输入，等于我们的板子为别的板子提供了红外接口和温度
传感器，在调试的时候，还是蛮有用的。
P4 口连接了 CH340G 的串口输出，对应着 STM32 的串口 1（PA9/PA10），在使用的时候，
也是通过跳线帽将这两处连接起来。这样设计有两个好处：1，使得 PA9 和 PA10 用作其他用途
使用的时候（比如串口 1 连接其他串口设备），不受到 CH340G 的影响。2，USB 转串口可以用
作他用，并不仅限这个板上的 STM32 使用，也可以连接到其他板子上，这样 ALIENEK
MiniSTM32 开发板就相当于一个 USB 转 TTL 串口。
P5 口是另外一组 IO 引出排针，将 PORTC 和 PORTD 等的剩余 IO 口从这里引出。在此部
分原理图中，我们还可以看到 STM32F103RCT6 的各个 IO 口与外设的连接关系，这些将在后
面给大家介绍。
这里 STM32 的 VBAT 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 VBAT
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。
该部分还有 JTAG，JTAG 部分电路如下图：


图 2.1.1.2 JTAG 原理图
这里采用的是标准的 JTAG 接法，但是 STM32 还有 SWD 接口，SWD 只需要最少 2 跟线
（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
度更快，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 SWD 并不需要 JTAG 这么多线），JLINK V8/JLINK V7/ULINK2 以及 ST LINK 等都支持
SWD。这里，我们推荐使用 SWD 模式，不推荐 JTAG 模式。
2.1.2 EEPROM
ALIENTEK MiniSTM32 开发板自带了 24C02 这颗 EEPROM 芯片，该芯片的容量为 2Kbit，
也就是 256 个字节，对于我们普通应用来说是足够了的。你也可以选择换大的芯片，因为在原
理上是兼容 24C02~24C512 全系列的 EEPROM 芯片的。其原理图如下：


图 2.1.2.1 EEPROM 原理图
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 PC12 上，IIC_SDA 接在 MCU 的 PC11 上，这里我们并没
有接到 STM32 内部的 IIC 上，因为 STM32 的硬件 IIC 十分不好用，而且不稳定！如果你想在
开发板上使用硬件 IIC，那么也是可以的，你只需要设置 PC11 和 PC12 为浮空输入，然后把 PB10
和 PB11（IIC2）或者 PB6 和 PB7(IIC1)通过飞线连接到 PC11 和 PC12 上就可以使用硬件 IIC 了。
2.1.3 温度传感器
温度传感器我们使用的是 DS18B20，其原理图如下：



图 2.1.3.1 温度传感器原理图
DS18B20 的数据脚（18B20_DQ）接 P2 的第一脚，并没有直接连接到 MCU，至于为什么，
前面已有介绍。要使用 18B20 的时候，我们用跳线帽把 PA0 和 P2-1 连接起来就可以了。
2.1.4 按键
ALIENTEK MiniSTM32 开发板总共有 3 个按键，其原理图如下：


图 2.1.4.1 按键输入原理图
KEY0 和 KEY1 用作普通按键输入，分别连接在 PC5 和 PA15 上，其中 PA15 和 JTDI 共用
了，所以，在使用 KEY0 和 KEY1 的时候，就不能使用 JTAG 来调试了，但是可以用 SWD 调
试，这点在使用的时候要注意。KEY0 和 KEY1 还和 PS/2 的 DAT 和 CLK 线共用。
WK_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。该按键是高电平触发的。由于 PA0 还是 DS18B20 的输入引脚，而
18B20 是有上拉电阻的，所以在使用 WK_UP 按键的时候，请一定要断开 PA0 和 DS18B20 的
跳线帽。
2.1.5 液晶显示模块
ALIENTEK MiniSTM32 开发板载有目前比较通用的液晶显示模块接口，还有其比较有特色
的兼容性接口，不仅支持 ALIENTEK 各种尺寸（2.4、2.8、3.5、4.3、7 寸等）的 TFTLCD，还
支持 OLED 显示器。同时，该接口支持电阻触摸屏以及电容触摸屏等不同类型的触摸屏接口，
其原理图如下：



图 2.1.5.1 液晶显示模块原理图
TFT_LCD 是一个通用的液晶模块接口。OLED 是一个给 OLED 显示模块供电的接口，它
和 TFT_LCD 拼接在一起。当使用 TFTLCD 时，我们接到 TFT_LCD 上（靠右插）就可以了，
而当我们使用 ALIENTEK 的 OLED 模块时，则接 OLED 排针做电源，同时会连接到 TFT_LCD
上（靠左插）的部分管脚，从而实现 OLED 与 MCU 的连接。ALIENTEK MiniSTM32 的 LCD
接口兼容 ALIENTEK 各种尺寸的 TFTLCD 模块，包括：2.4 寸(320*240，电阻屏)、2.8 寸（320*240，
电阻屏）、3.5 寸（480*320，电阻屏）、4.3 寸（800*480，电容屏）、7 寸（800*480，电容屏）
等，同时还兼容 ALIENTEK 的 0.96 寸 OLED 模块。
这些引脚与 MCU 的连接关系我们在这里就不一一列出了，大家可以从 MCU 的原理图上
找到。
2.1.6 红外接收头
ALIENTEK MiniSTM32 开发板载有红外接收传感器 HS0038，原理图如下：



2.1.6.1红外接收传感器 HS0038原理图
第二脚，也没有直接接在 MCU 的 IO 口上，目的也是防止 IO 口在
做其他功能使用的时候，收到红外信号的干扰。
2.1.7 PS/2 接口
ALIENTEK MiniSTM32 开发板载有 PS/2 接口，有了该接口，我们就可以用来连接外部标
准的 PS/2 鼠标键盘了，也就大大的扩展了开发板的输入。原理图如下：



图 2.1.7.1 PS/2 接口原理图
PS_CLK 和 PS_DAT 分别接 PA15 和 PC5，PS/2 的信号线是需要外部提供上拉电阻的，这
里 PS_CLK 与 JTCK 共用一个上拉电阻，而 PS_DAT 则需要使用 STM32 内部的上拉电阻了，
在使用的时候，需要注意，记得开启 PC5 的上拉电阻。
2.1.8 LED
ALIENTEK MiniSTM32 开发板上总共有 3 个 LED，其原理图如下：



图 2.1.8.1 LED 原理图
其中 PWR 是开发板电源指示灯，为蓝色。LED0 和 LED1 分别接在 PA8 和 PD2 上，PA8
还可以通过 tiM1 的通道 1 的 PWM 输出来控制 DS0 的亮度。为了方便大家判断，我们选择了
DS0 为红色，DS1 为绿色的 LED 灯。
2.1.9 SD 卡
ALIENTEK MiniSTM32 开发板载有标准的 SD 卡接口（在开发板背面），有了这个接口，
我们就可以外扩大容量存储设备，可以用来记录数据。其原理图如下：



图 2.1.9.1 SD 卡接口原理图
SD 卡我们使用的是 SPI 模式通信，SD 卡的 SPI 接口连接到 STM32 的 SPI1 上，SD_CS 接
在 PA3 上，开发板上的 SPI1 总共由 3 个外设共用，他们分别是：SD 卡、NRF24L01 无线模块、
和 W25Q64，可以通过不同的片选信号来分时复用。
2.1.10 无线模块
ALIENTEK MiniSTM32 开发板板载了 NRF24L01 无线模块的接口。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）。有了这个接口，我们就可以做无线通信，以及其他很多
的相关应用了。这部分原理图如下：



图 2.1.10.1 无线模块接口原理图
NRF_CE/NRF_CS/NRF_IRQ 连接在 STM32F103RCT6 的 PA4/PC4/PA1 上，而另外 3 个 SPI
信号则和 SPI FLASH 共用。
2.1.11 SPI FLASH
ALIENTEK MiniSTM32 开发板载有 SPI FLASH 芯片 W25Q64，该芯片的容量为 8M 字节，
其原理图如下：



图 2.1.11.1 W25Q64 原理图
W25Q64 也是共用了 SPI1，F_CS 接在 PA2 上。至此，总共 SPI1 的三个器件都已介绍完毕，
他们的 CS 都接在不同的 IO 口上，所以在使用其中一个器件的时候，要记得禁止其他器件的
CS 脚，否则会有干扰。
2.1.12 USB 串口、USB、电源
这里三个部分一起介绍，ALIENTEK MiniSTM32 开发板板载了 USB 串口，并且由 USB 提
供电源，使得我们只需要一根 USB 线就可以使用 ALIENTEK MiniSTM32 开发板了，包括串口
下载代码、供电、串口通信 3 位一体。
开发板的供电部分还引出了 5V（VOUT2）和 3.3V（VOUT1）的排针，可以用来为外部设
备提供电源或者从外部引入电源，这在很多时候是非常有用的，有时候你突然要一个 3.3V 的电
源，但找半天就是没这样的电源，而我们的板子则可直接向外部提供 3.3V 电源，有了它，你就
可以给外部设备提供 3.3V、5V 电源了。注意电流不能太大哦！
开发板的 USB 接口（USB）通过独立的 Mini USB 头引出，不和 USB 转串口（USB_232）
共用，这样不但可以同时使用，还可以给系统提供更大的电流。这几个部分的原理图如下：


图 2.1.12.1 USB 串口、USB、电源部分原理图
图中的 Q1 和 Q2 外加几个电阻和一个二极管就构成了开发板的一键下载电路，此电路通过
RST 和 DTR 信号来控制 BOOT0 和 RESET 信号，从而实现一键下载的功能。很多朋友问一键
下载的原理，这里和大家讲一下，先说一个前提：DTR_N 和 RTS_N 的输出和 DTR/RTS 的设
置是相反的。必须先记下这个前提。
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 Q2 导通了，BOOT0 被拉高，即实现设置 BOOT0 为 1，
同时 Q1 也会导通，STM32 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 STM32
的复位引脚，由于 Q1 不再导通，变为高电平，STM32 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 STM32，下载代码了，从而实现一键下载。
另外，此部分还有一个开关 K1，用来控制整个系统的供电，如果断开则整个系统的 3.3V
部分都将断电。而 5V 部分的电源还是开启的。图中 F1 为可恢复保险丝，用于保护 USB。
图中的 D4 和 D5 这两个 TVS 管，用于保护开发板，防止外部高压脉冲/静电损坏开发板上
的元器件，让大家用的更加放心。
2.2 开发板使用注意事项
为了让大家更好的使用 ALIENTEK MiniSTM32 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 2~5 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， 虽说开发板有 500mA 自恢复保险丝，但是由于自恢复保险丝是慢动作器件，所以在给
外部供电的时候，还是请大家小心一点，不要超过这个限额，以免引起不必要的问题
3， SPI1 被多个 SPI 器件共用（SD 卡/无线模块/W25Q64），在使用的时候，必须保证同一
时刻只有 1 个 SPI 器件是被选中的（CS 为低），其他器件必须设置为非选中（CS 为高），
以免互相干扰。
4， JTAG 接口有几个信号（JTDO/JTRST/JTDI 等）和 LCD/KEY1 等共用了，所以在使用
的时候注意，一旦用到这些有冲突的引脚，就不能再用 JTAG 模式仿真/下载代码了，
必须使用 SWD 模式，所以我们极力推荐使用：SWD 模式。
5， 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 PA0 如果和 1820 的跳线帽连接上了，那么
WK_UP 按键就无法正常检测了，按键实验，也就没法做了。
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），如还不行，
可以通过串口看看 LCD ID（按一次复位，输出一次）是否正常，再做进一步分析。
7， 当使用液晶模块（16 位模式）的时候，PB0~PB15 都被占用了，可以分时复用，但是
在写程序的时候要注意，这里还有连接到触摸屏的 PC0/PC1/PC2/PC3/PC13 均会存在这
样的问题，在使用的时候要格外注意，看是否会产生干扰。
至此，本手册的实验平台（ALIENTEK MiniSTM32 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 www.openedv.com 下载到，大家可以经常去这个论坛获取更新的信息。
2.3 STM32 学习方法
STM32 作为目前最热门的 ARM Cortex M3 处理器，正在被越来越多的公司选择使用。学
习 STM32 的朋友也越来越多，初学者，可能会认为 STM32 很难学，以前只学过 51，或者甚至
连 51 都没学过的，一看到 STM32 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 STM32，还是非常简单的，这里我们总结学习 STM32 的几个要点：
1，一款实用的开发板。
这个是实验的基础，有时候软件仿真通过了，在板上并不一定能跑起来，而且有个开发板
在手，什么东西都可以直观的看到，效果不是仿真能比的。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。
2，两本参考资料，即《STM32 参考手册》和《Cortex-M3 权威指南》。
《STM32 参考手册》是 ST 出的官方资料，有 STM32 的详细介绍，包括了 STM32 的各种
寄存器定义以及功能等，是学习 STM32 的必备资料之一。而《Cortex-M3 权威指南》则是对
《STM32 参考手册》的补充，后者一般认为使用 STM32 的人都对 CM3 有了较深的了解，所以
Cortex-M3 的很多东西它只是一笔带过，但前者对 Cortex-M3 有非常详细的说明，这样两者搭
配，你就基本上任何问题都能得到解决了。
3，掌握方法，勤学慎思。
STM32 不是妖魔鬼怪，不要畏难，STM32 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《STM32 中文参考手册_V10 版》图 8）。ALIENTEK MiniSTM32
V3.0 开发板教程
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STM32 不完全手册(HAL 库版)
任何单片机，必定是靠时钟驱动的，时钟就是单片机的动力，STM32 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，STM32 这么多寄存器，如何记得啊？回答是：不需要全
部记住。我至今也就只记得 STM32 的 IO 口控制这几个寄存器，因为有规律可循，好记。其他
的一概不记得。学习 STM32，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 STM32 的过程，只有进一步思考，才能更好的掌握 STM32，
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 STM32 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：www.openedv.com 提问，论坛 STM32 板块已经有 2.4W 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、勘误手
册等），大家都可以在 www.stmcu.org 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址。