PDF《AN4080 应用笔记》

2013 年02 月 文档 ID

023035 第2版1/27 AN4080 应用笔记 STM32F0xxx 硬件开发入门 简介 本应用笔记适用于系统设计人员,他们需要大体了解开发板功能(如电源、时钟管理、复位 控制、自举模式设置和调试管理)的硬件实现.

本应用笔记介绍了 STM32F0xxx 产品系列的 使用方法,并对开发 STM32F0xxx 应用所需的最低硬件资源做了说明. STM32F0xxx 系列包含一个子系列 STM32F06xxx,可将后者与主器件 (STM32F05xxx) 区 分开来.该子系列绕过了内部调压器,适用于具有板载调压器的应用. 本文档中还包含详细的参考设计电路图,并对主要元件、接口和模式进行了说明. 表1. 适用的产品 类型 料号 微控制器 STM32F05xxx 系列 STM32F06xxx 系列 www.st.com 目录 AN4080 2/27 文档 ID

023035 第2版目录

1 STM32F05xxx 系列的电源

4 1.1 电源方案

4 1.1.1 模拟转换器独立电源

5 1.1.2 电池备份

5 1.1.3 调压器

6 1.2 复位和电源监控器

6 1.2.1 上电复位 (POR)/掉电复位 (PDR)6 1.2.2 系统复位

7 1.2.3 可编程电压检测器 (PVD)8

2 STM32F06xxx 系列的电源

9 2.1 电源方案

9 2.1.1 模拟转换器独立电源

10 2.1.2 电池备份

10 2.2 复位和电源监控器

11 2.2.1 外部上电复位和掉电复位 (NPOR)11 2.2.2 系统复位

11 3 时钟

13 3.1 高速外部时钟信号 (HSE) OSC 时钟

13 3.2 LSE 时钟

14 3.3 HSI 时钟

14 3.4 LSI 时钟

15 3.5 ADC 时钟

15 3.6 时钟安全系统 (CSS)15

4 自举配置

16 5 调试管理

17 5.1 前言

17 5.2 SWD 端口(串行线调试)17 5.3 引脚排列和调试端口引脚

17 5.3.1 串行线调试 (SWD) 引脚分配

17 文档 ID

023035 第2版3/27 AN4080 目录

3 5.3.2 SWD 引脚分配

18 5.3.3 SWD 引脚上的内部上拉和下拉

18 5.3.4 使用标准 SWD 连接器的 SWD 端口连接

18 6 建议

19 6.1 印刷电路板

19 6.2 元件位置

19 6.3 接地和电源(VSS、VDD、VDDA)19 6.4 去耦

19 6.5 其他信号

20 6.6 未使用的 I/O 和功能

20 7 参考设计

21 7.1 说明

21 7.1.1 时钟

21 7.1.2 复位

21 7.1.3 STM32F06xxx 上电复位

21 7.1.4 自举模式

21 7.1.5 SWD 接口

21 7.1.6 电源

21 7.1.7 引脚排列和引脚说明

22 7.2 元件参考

22 8 从STM32F1 到STM32F0 的硬件移植

25 9 版本历史

26 STM32F05xxx 系列的电源 AN4080 4/27 文档 ID

023035 第2版1STM32F05xxx 系列的电源 1.1 电源方案 电源方案有以下几种: VDD = 2.0 V 到3.6 V:I/O 和内部调压器的外部电源. 通过 VDD 引脚从外部提供. VDDA = 2.0 V 到3.6 V:ADC/DAC、复位模块、HSI、HSI

14、LSI 和PLL 的外部模拟 电源(使用 ADC 或DAC 时,施加到 VDDA 的最小电压为 2.4 V). VDDA 的电压必须先上电,而且必须始终大于或等于 VDD 的电压. VBAT = 1.65 V 到3.6 V:当VDD 不存在时,作为 RTC、LSE

32 kHz 振荡器和备份寄存 器的电源(通过电源开关供电). 图1. 电源方案

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023035 第2版5/27 AN4080 STM32F05xxx 系列的电源

26 1.1.1 模拟转换器独立电源 为了提高转换精度并增加电源灵活性,模拟域配有独立电源,可以单独滤波并屏蔽 PCB 上 的噪声. ADC 和DAC 电源电压从单独的 VDDA 引脚输入. VSSA 引脚提供了独立的电源接地连接. VDDA 电源电压可等于或大于 VDD.这使得 VDD 即使保持较低值时,仍可发挥模拟模块的全 部性能. 如果使用单一电源,VDDA 必须从外部连接到 VDD.建议使用外部滤波电路,以确保 VDDA 没有噪声. 如果 VDDA 与VDD 不同,则VDDA 必须始终大于或等于 VDD.为了在上电/掉电期间将 VDDA 和VDD 之间可能的差值稳定在安全范围内,可以在 VDD 和VDDA 之间使用一个外部肖特基 二极管.有关允许的最大差异值,请参见数据手册. 图2. 肖特基二极管连接 1.1.2 电池备份 要在 VDD 关闭后保留备份寄存器的内容,可以将 VBAT 引脚连接到可选备用电压,由电池或 其他电源供电. VBAT 引脚也为 RTC 单元供电,使得即使在主数字电源 (VDD) 关闭时 RTC 仍可工作. VBAT 电源的开关由复位模块中内置的掉电复位 (PDR) 电路进行控制. 如果应用中未使用任何外接电池,建议将 VBAT 从外部连接到 VDD. 1.1.3 调压器 调压器在复位后始终处于使能状态. 根据应用模式的不同,可采用如下三种不同的模式工作: 运行模式:调压器为 1.8 V 域(内核、存储器和数字外设)提供全功率 停机模式:调压器为 1.8 V 域提供低功率,保留寄存器和 SRAM 中的内容

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023035 第2版待机模式:调压器关闭.除待机电路和备份域外,寄存器和 SRAM 的内容都将丢失.这 其中包含以下功能,可通过对单独的控制位进行编程来选择这些功能: ― 独立看门狗 (IWDG):IWDG 通过写入其密钥寄存器或使用硬件选项来启动.而且 一旦启动便无法停止,除非复位. ― 实时时钟 (RTC):通过备份域控制寄存器 (RCC_BDCR) 中的 RTCEN 位进行配置. ― 内部低速振荡器 (LSI):通过控制/状态寄存器 (RCC_BDCR) 中的 LSION 位进行配置. ― 32.768 kHz 外部振荡器 (LSE):通过备份域控制寄存器 (RCC_BDCR) 中的 LSEON 位进行配置. 1.2 复位和电源监控器 1.2.1 上电复位 (POR)/掉电复位 (PDR) 本器件内部集成有上电复位 (POR)/掉电复位 (PDR) 电路,这些电路始终处于活动状态,可 确保器件在电压高于阈值

2 V 时正常工作. 当受监视的电源电压低于指定阈值 VPOR/PDR 时,器件保持复位模式,无需外部复位电路. POR 仅监视电源电压 VDD.在启动阶段,VDDA 必须首先供电,而且必须大于或等于 VDD. PDR 同时监视电源电压 VDD 和VDDA.但是,如果应用设计可确保 VDDA 大于或等于 VDD, 可以禁止 VDDA 电源监视器 (通过对专用选项位 VDDA_MONITOR 进行编程) ,以降低 功耗. 有关上电/掉电复位阈值的详细信息,请参见数据手册中的电气特性部分. 图3. 上电复位/掉电复位波形 VDD/VDDA 复位

40 mV 迟滞 持续时间 tRSTTEMPO VPOR VPDR 文档 ID

023035 第2版7/27 AN4080 STM32F05xxx 系列的电源

26 1.2.2 系统复位 除时钟控制器 CSR 寄存器中的复位标志和备份域中的寄存器外,系统复位将所有寄存器都 设为其复位值.只要发生任意以下事件,就会产生系统复位: 1. NRST 引脚低电平(外部复位). 2. 系统窗口看门狗事件(WWDG 复位). 3. 独立看门狗事件(IWDG 复位). 4. 软件复位(SW 复位). 5. 低功耗管理复位. 6. 选项字节加载器复位. 7. 电源复位. 检查控制/状态寄存器 RCC_CSR 中的复位标志即可确定复位源. RESET 服务程序向量在存储器映射中固定在地址 0x0000_0004 之下. 提供给器件的系统复位信号在 NRST 引脚上输出.脉冲发生器确保每个内部复位源的复位脉 冲持续时间最少为

20 μs.对于外部复位,在NRST 引脚处于低电平时产生复位. 图4. 复位电路简图 软件复位 要强制对器件进行软件复位,必须设置 Cortex-M0 应用中断和复位控制寄存器中的 SYSRESETREG 位.有关详细信息,请参见《Cortex?-M0 技术参考手册》. 低功耗管理复位 产生低功耗管理复位的方式有两种: 1. 进入待机模式:可通过复位用户选项字节中的 nRST_STDBY 位来使能此类复位.在这种 情况下,只要成功执行待机模式进入序列,器件就会进行复位,而非进入待机模式. 2. 进入停机模式:可通过复位用户选项字节中的 nRST_STOP 位来使能此类复位.启用该 位后,只要成功执行停机模式进入序列,器件就将进行复位,而非进入停机模式. 选项字节加载器复位 当在 FLASH_CR 寄存器中设置 OBL_LAUNCH(位13)时会产生选项字节加载器复位.该 位通过软件来启动选项字节加载.

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069 STM32F05xxx 系列的电源 AN4080 8/27 文档 ID

023035 第2版电源复位 除备份域外,电源复位会将所有寄存器设为其复位值.只要发生任意以下事件,就会产生电 源复位. 1. 上电复位/掉电复位(POR/PDR 复位). 2. 退出待机模式. 备份域复位 备份域复位仅影响备份域.只要发生任意以下事件,就会产生备份域复位. 1. 软件复位,通过设置备份域控制寄存器 (RCC_BDCR) 中的 BDRST 位触发. 2. VBAT 处于低电压并断开情况下,VDD 上电. 3. RTC 入侵检测事件. 4. 将读保护从级别

1 更改为级别 0. 1.2.3 可编程电压检测器 (PVD) 可以使用 PVD 监视 VDD 电源,将其与电源控制寄存器 (PWR_CR) 中PLS[2:0] 位所选的阈 值进行比较. 通过设置 PVDE 位来使能 PVD. 使能后,该功能的典型电流消耗为 0.15 μA. 电源控制/状态寄存器 (PWR_CSR) 中提供了 PVDO 标志,用于指示 VDD 是大于还是小于 PVD 阈值. 该事件内部连接到 EXTI 线16,如果通过 EXTI 寄存器使能,则可能会发生中断. 当VDD 降至 PVD 阈值以下以及/或者当 VDD 升至 PVD 阈值以上时,可能会发生 PVD 输 出中断,具体取决于 EXTI 线16 上升沿/下降沿的配置.例如,服务程序可执行紧急关闭 任务. 图5. PVD 阈值 VDD PVD 输出

100 mV 迟滞 VPVD 阈值 文档 ID

023035 第2版9/27 AN4080 STM32F06xxx 系列的电源

26 2 STM32F06xxx 系列的电源 2.1 电源方案 电源方案有以下几种: VDD = 1.8 V +/- 8%:I/O 的外部电源. 通过 VDD 引脚从外部提供. VDDA = 1.65 V 到3.6 V:ADC/DAC、复位模块、HSI、HSI

14、LSI 和PLL 的外部模拟 电源(使用 ADC 或DAC 时,施加到 VDDA 的最小电压为 2.4 V). VDDA 的电压必须先上电,而且必须始终大于或等于 VDD 的电压. VBAT = 1.65 V 到3.6 V:当VDD 不存在时,作为 RTC、LSE

32 kHz 振荡器和备份寄存 器的电源(通过电源开关供电). 图6. 电源方案

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1325 STM32F06xxx 系列的电源 AN4080 10/27 文档 ID

023035 第2版2.1.1 模拟转换器独立电源 为了提高转换精度并增加电源灵活性,模拟域配有独立电源,可以单独滤波并屏蔽 PCB 上 的噪声. ADC 和DAC 电源电压从单独的 VDDA 引脚输入. VSSA 引脚提供了独立的电源接地连接. VDDA 电源电压可等于或大于 VDD.这使得 VDD 即使保持较低值时,仍可实现完整的模拟 性能. 如果使用单一电源,VDDA 必须从外部连接到 VDD.建议使用外部滤波电路,以确保 VDDA 没有噪声. 如果 VDDA 与VDD 不同,则VDDA 必须始终大于或等于 VDD.为了在上电/掉电期间将 VDDA 和VDD 之间可能的差值稳定在安全范围内,可以在 VDD 和VDDA 之间使用一个外部肖特基 二极管.有关允许的最大差异值,请参见数据手册. 图7. 肖特基二极管连接 2.1.2 电池备份 要在 VDD 关闭后保留备份寄存器的内容,可以将 VBAT 引脚连接到可选备用电压,由电池或 其他电源供电. VBAT 引脚也为 RTC 单元供电,使得即使在主数字电源 (VDD) 关闭时 RTC 仍可工作. Vbat 电源的开关由 NPOR 引脚(负上电复位)控制. 如果应用中未使用任何外接电池,建议将 VBAT 从外部连接到 VDD.

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023035 第2版11/27 AN4080 STM32F06xxx 系列的电源

26 2.2 复位和电源监控器 2.2.1 外部上电复位和掉电复位 (NPOR) 为了确保器件能正常上电复位和掉电复位,NPOR 引脚必须保持低电平,直至 VDD 处于稳 定状态或电源关闭.在VDD 稳定后,将NPOR 引脚置为高阻抗即可退出复位状态.NPOR 引脚有一个内部上拉电阻与 VDDA 相连. 2.2.2 系统复位 除时钟控制器 CSR 寄存器中的复位标志和备份域中的寄存器外,系统复位将所有寄存器都 设为其复位值.只要发生任意以下事件,就会产生系统复位: 1. NRST 引脚低电平(外部复位). 2. 系统窗口看门狗事件(WWDG 复位). 3. 独立看门狗事件(IWDG 复位). 4. 软件复位(SW 复位). 5. 低功耗管理复位. 6. 选项字节加载器复位. 7. 电源复位. 检查控制/状态寄存器 RCC_CSR 中的复位标志即可确定复位源. RESET 服务程序向量在存储器映射中固定在地址 0x0000_0004 之下. 提供给器件的系统复位信号在 NRST 引脚上输出.脉冲发生器确保每个内部复位源的复位脉 冲持续时间最少为

20 μs.对于外部复位,在NRST 引脚处于低电平时产生复位. 图8. 复位电路简图 软件复位 要强制对器件进行软件复位,必须设置 Cortex-M0 应用中断和复位控制寄存器中的 SYSRESETREG 位.有关详细信息,请参见《ARMv6-M 架构参考手册》.

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069 STM32F06xxx 系列的电源 AN4080 12/27 文档 ID

023035 第2版低功耗管理复位 进入停机模式即可产生低功耗管理复位.可通过复位用户选项字节中的 nRST_STOP 位来使 能此类复位.启用该位后,只要成功执行停机模式进入序列,器件就将进行复位,而非进入 停机模式. 选项字节加载器复位 当在 FLASH_CR 寄存器中设置 OBL_LAUNCH(位13)时会产生选项字节加载器复位.该 位通过软件来启动选项字节加载. 电源复位 除备份域外,电源复位会将所有寄存器设为其复位值.当NPOR 引脚为低电平时会产生该复 位.有关 NPOR 的详细信息,请务必参见第 2.2.1 节:外部上电复位和掉电复位 (NPOR). 备份域复位 备份域复位仅影响备份域.只要发生任意以下事件,就会产生备份域复位. 1. 软件复位,通过设置备份域控制寄存器 (RCC_BDCR) 中的 BDRST 位触发. 2. VBAT 处于低电压并断开情况下,VDD 上电. 3. RTC 入侵检测事件. 4. 将读保护从级别

1 更改为级别 0. 文档 ID

023035 第2版13/27 AN4080 时钟

26 3 时钟 可以使用以下三种不同的时钟源来驱动系统时钟 (SY........