STM32核心版PCB设计与总结指南

本人写这篇文章主要是对核心版PCB设计的总结，是基于STM32F407VET6进行开发，供开发者们借鉴与学习，本人水平有限，如有不足之处请指正。
首先本人ChatGPT大致了解了一下STM32需要的电路，STM32核心板设计电路主要包括以下几个部分：
1.电源转换电路：这部分电路主要是将5V输入电压转换为3.3V输出电压。

2.JTAG/SWD调试接口电路：这部分电路采用了标准的JTAG接法，这种接法兼容SWD接口，因为SWD只需要四根线（SWCLK、SWDIO、VCC和GND）。JTAG/SWD调试接口电路可以对STM32微控制器进行在线调试。对BOOT电路讲解也在此部分。

3.独立按键电路：STM32核心板上有三个独立按键，分别是KEY1、KEY2和KEY3，每个按键都与一个电容并联，且通过一个10K电阻连接到3.3V电源网络。因此，按键未按下时，输入到STM32微控制的电压为高电平，按键按下时，输入到STM32微控制的电压为低电平。

4.高速外部晶振电路和低速外部晶振电路：STM32微控制器具有非常强大时钟系统，除了内置高精度和低精度的时钟系统外，大家还可以通过外接晶振，为STM32微控制器提供高精度和低精度的时钟系统。

5.LED电路：除了标识为PWR的电源指示LED外，STM32核心板上还有两个LED，LD1为蓝色，LD2为绿色，每个LED分别与一个330Ω电阻串联后连接STM32F407VET6芯片的引脚上，在LED电路中，电阻起着分压限流的作用。

6.STM32微控制器电路：这是STM32核心板的核心部分，由STM32滤波电路、STM32微控制器、复位电路、启动模式选择电路组成。STM32核心板上的STM32F407VET6连接外部的32.768KHz晶振，8MHz晶振等。
以上就是STM32核心版设计电路的主要组成部分。

一.电源转换电路：

本人电源电路设计的是3个方面
F407电源设计及功能引脚将以上英文翻译得
•VSA, VDDA = 1.8至3.6 V:用于ADC, DAC，复位块，RC和PLL的外部模拟电源。VDDA和VSA必须分别与VDD和VSS相连。
•VDD = 1.8 ~ 3.6 V: I/O和内部稳压器(使能时)的外部电源，通过VDD引脚对外供电。
•VBAT = 1.65至3.6 V:当VDD不存在时，为RTC，外部时钟32 kHz振荡器和备份寄存器(通过电源开关)供电。
注:VDD/VDDA最小值为1.7 V，当器件工作在降低的温度范围内，并使用外部电源管理器
1.根据以上可知模拟电源供电引脚为VDDA，负端为VSA。VSA, VDDA支持宽范围电压输入的。
2.VDD是F407内部供电引脚，VBAT的作用类似于备用电源，可以不接3.3V但是原则上接好电源最优。

参考官方提供的电源设计图，一点点设计。1.VBAT输入的电压为1.65-3.6V,一般通入3.3V。2.每个电源VDD对必须用滤波陶瓷电容器去耦。这些电容器必须尽可能靠近或低于PCB底部的适当引脚，以确保器件的良好功能。3. 4.7µF陶瓷电容必须连接到其中一个VDD引脚上。4.VDDA=VDD 、 VSSA=VSS引脚 5.在VCAP上分别接入2.2uf的电容 6.VREF+接VDDA，VREF-接VSSA 7.VREF+处接100nf+1uf并联，VDDA处接100nf+1uf并联切记小电容（100nf）离芯片引脚更近。

根据以上要求设计原理图

图中VBAT、VDDA至+3.3V之间为短接符。

模拟3.3V电源

5V转3.3V电压设计

本人这部分用的是线性稳压器(LDO)，线性稳压器（LDO）是一种低压差线性稳压器，它使用在其线性区域内运行的晶体管或FET，从应用的输入电压中减去超额的电压，产生经过调节的输出电压。LDO的英文说法是:Linear regulator，中文一般称为LDO。LDO中，实现调压功能的一个关键的组件是一个调整管，它就像是一个可变电阻串在输入和输出之间，当输入电压或是负载电流发生变化时，受误差控制电路驱动的调整管可以及时的调整其呈现出来的电阻量，使得负载端的电压总是处于恒定的状态。在资料链接中提供芯片手册。
如图选用XXX-3.3型号也就是线性稳压器输出在3.3V左右。
图中-ADJ结尾的是可以通过电阻的配置更改电压输出的线性稳压器，本人使用的是CJA1117B-3.3。

参考电路主要是第二个，配置相应的电容即可

最终电源电路如图。注意你的TVS（TVS管作为浪涌静电），焊接时注意正负，这个家伙标志很小！！！
参考这位大佬的文章你就会明白TVS了，不用谢我只是大佬的搬运工
链接: https://blog.csdn.net/u010614434/article/details/105338417

二.JTAG/SWD调试接口电路

Arm SWJ-DP接口是嵌入式的，是一个组合的JTAG和串行线调试端口，可以将串行线调试或JTAG探针连接到目标。仅使用2个引脚而不是JTAG所需的5个引脚执行调试（JTAG引脚可以重复用作具有替代功能的GPIO）：JTAG TMS和TCK引脚分别与SWDIO和SWCLK共享，TMS引脚上的特定序列用于在JTAG-DP和SW-DP之间切换。
对烧录引脚没有详细的介绍直接排针引出即可。

boot电路设计

BOOT0和BOOT1引脚用于控制启动模式和引导加载程序。这两个引脚的电平状态决定了芯片复位后从哪个存储器区域开始执行程序。
翻译译文：在启动时，引导引脚用于从三个启动选项中选择一个:
•从用户Flash启动
•从系统内存引导
•从嵌入式SRAM启动
BOOT0=1,BOOT1=0代表从系统存储器启动，而BOOT0=0,BOOT1=0则是最常见的用户闪存启动模式，这是设备正常工作的模式。主要对从嵌入式SRAM启动这个模式讲解，当BOOT0和BOOT1都被设置为1时，STM32F4将从内嵌的SRAM启动。这种启动模式通常用于调试目的，因为它允许程序直接下载到RAM中，这对于一些调试操作来说是非常有利的。然而，在正常生产环境中，我们通常会选择默认的用户闪存启动模式，这是因为STM32F4的FLASH可以擦出10万次，这是一个非常大的数值，足以满足大部分应用的需求。

嵌入式SRAM启动优势
调试便利：由于SRAM的速度非常快，对于一些小型的调试任务来说，直接将程序下载到RAM中可以大大加快调试速度。

安全启动：在某些应用场景中，我们需要确保设备只执行我们想要的代码。通过将BOOT0和BOOT1都设置为1，我们可以确保设备从RAM中加载固件，而不是从用户闪存或系统存储器中加载。

然而，值得注意的是，将BOOT0和BOOT1都设置为1并不是在所有情况下都是最佳选择。在大多数生产环境中，我们仍然倾向于使用默认的用户闪存启动模式BOOT0=0,BOOT1=0。只有在确实需要进行快速调试或需要实现安全启动的情况下，才会考虑使用SRAM启动模式。

综上所述，STM32F4 BOOT电路的一般设置是BOOT0=1,BOOT1=1，主要是为了适应特定的调试和安全启动需求。BOOT电路原理图如图所示，上拉电阻BOOT引脚一般工作状态为高电平，图中用了两个排针引出通过跳帽改变BOOT引脚电平状态。

三.独立按键电路

按键电路本人设计的是两大部分，复位以及自定义功能按键。
首先需要对复位有所了解。

结合图片1，2可知复位NRST是通过按键外部低电平复位。芯片引脚内部是有上拉电阻RPU阻值在40K左右，外部接一个0.1uf电容滤波即可。复位网络保护器件免受寄生复位的影响。用户必须确保NRST引脚上的电平低于表51中规定的VIL（NRST）最大电平0.3VDD=0.3*3.3=1V。否则，设备不考虑重置。

我借鉴了许多人的核心板设计电路，在此过程中本人遇到一个问题为什么F407复位引脚一般会接一个外部的上拉电阻，内部不是有40K上拉电阻吗？
答案：在STM32F407芯片中，复位引脚（NRST）具有内部的40K上拉电阻。但是，有些设计中仍然会外接一个上拉电阻，这是为了增强复位电路的可靠性和稳定性。外接的上拉电阻能够确保复位引脚在上电时确保有效地被拉高至逻辑高电平，从而避免一些可能出现的电路漂移或噪声干扰对复位信号的稳定性产生影响。因此，即使具有内部上拉电阻，有些设计仍会选择外接上拉电阻来提高复位引脚的可靠性。

问题二为什么是10K不是40K呢？
答案：在STM32F4微控制器的NRST（复位）引脚上使用10K电阻而不是40K电阻可能会对系统的复位性能产生影响。NRST引脚是用于控制系统复位的引脚，当引脚处于高电平时系统处于正常工作状态，当引脚被拉低时系统会执行复位操作。
使用10K电阻的主要优势是它提供了更快的上升时间，因为在NRST引脚被释放时，与VDD连接的电容会更快地充电。这意味着当复位信号被取消时，系统可以更快地从复位状态恢复到正常工作状态。
另一方面，40K电阻会导致NRST引脚的上升时间更长，这可能会延迟系统从复位状态恢复到正常工作状态。在某些应用中，这种延迟可能是可以接受的，但在其他情况下，特别是对于要求快速响应的应用，较长的上升时间可能会导致问题。
因此，选择10K电阻或40K电阻取决于系统的复位要求以及对系统响应时间的需求。
所以理论上1K也行，一般外部会接入一个10K上拉电阻提高响应速率。
如图所示为复位电路图

用户按键电路
也就是通过引脚高低电平控制并执行相应的特殊任务。原理图如图所示。

四.高速外部晶振电路和低速外部晶振电路

高速外部晶振设计
关于晶振电路设计规则，晶体/陶瓷谐振器产生的高速外部时钟高速外部（HSE）时钟可由4至26 MHz晶体/陶瓷谐振器振荡器提供。本段中给出的所有信息均基于表32中规定的典型外部元件获得的表征结果。**在应用中，谐振器和负载电容必须尽可能靠近振荡器引脚放置，以最大限度地减少输出失真和启动稳定时间。**有关谐振器特性（频率、封装、精度）的更多详细信息，请咨询晶体谐振器制造商。
Rext值取决于晶体的特性。(官方手册没有详细介绍这个电阻的设计所以其取值问题是我不明白的问题有大佬的话请留言指导一下哈)

参考设计中文译文：对于CL1和CL2，建议使用5 pF至25 pF（典型值）范围内的高质量外部陶瓷电容，设计用于高频应用，并根据晶体或谐振器的要求进行选择（见图32）。CL1和CL2通常大小相同。晶体制造商通常指定负载电容为CL1和CL2的串联组合。在确定CL1和CL2的大小时，必须包括PCB和MCU引脚电容（10 pF可用作引脚和板电容组合的粗略估计值）。
根据以上设计规则本人电容选用22pf，8MHZ晶振，高频晶振电路如图所示。

低速外部晶振设计
低速外部(LSE)时钟可以提供一个32.768 kHz晶体/陶瓷谐振振荡器。
电容设计要求请遵守高频晶振设计要求。根据以上设计规则本人电容选用12pf，32.768kHZ晶振，高频晶振电路如图所示。

五.LED电路

LED电路主要是两部分电源指示灯以及引脚控制灯，具体不介绍了直接上原理图。

六、其它电路

其它电路1.排针IO引脚引出电路

其它电路二TypeC接口电路
我之所以想提及一下这个电路是因为，第一次打板误以为TypeC只要引入电源接口即可。后来才发现不对不能正常供电。供电需要了解一下CC协议。
推荐一下两位大佬的文章:
链接1: https://blog.csdn.net/AirCity123/article/details/103554177
链接2: https://blog.csdn.net/one____rookie/article/details/132859403
认真学习过这两篇文章后，你就会明白，充电从端我需要配置成UFP——Upstream Facing Port，也就是Device模式，具体我就不细讲了请参考大佬文章。
TypeC电路如图所示。

以上介绍就是核心版的重要电路讲解，接下来测试核心版。