STM32F103简介
自从大学毕业之后，已经很久没有接触STM32控制器了，最近打算学习一下LVGL，控制芯片计划使用STM32F103RTC6，因此这里我们会简单介绍有关STM32F103RTC6的知识。
一、STM32F103RTC6介绍
1.1 命名规则
我从网上买了一块STM32F103RTC6开发板，STM32F103RCT6 各个字段的含义：
STM32（芯片系列）：STM32代表ARM Cortex-M内核的32位微控制器；103（芯片子系列）：101基本型，102USB基本型（USB2.0），103代表增强型系列，105或107互联型；F（产品类型）：F代表通用系列 ；R（引脚数量）：T=36,C=48,R=64,V=100,Z =144；C（闪存容量）：4=16K，6=32K，8=64K，B=128K，C=256K，D=384K，E=512K；T（表封装）：H代表BGA封装、T代表LQFP封装 、U代表VFQFPN封装 、Y代表WLCSP64；6（工作温度范围）：6代表-40~85℃，7代表-40~105℃；
更多细节可以参考下图：
1.2 原理图
接下来我们看一下这块开发板的完整电路原理图，后续我们会一一介绍各个组成部分；
STM32F103RCT6核心板丝印尺寸图：
1.2.1 MCU部分
MCU采用的STM32F103RTC6，一共64个引脚；
由于引脚比较多，我们不可能一一介绍，这里我们仅仅介绍比较重要的引脚；
- 电源引脚，包括：
VDD（13、19、32、48、64）：供电电源引脚，D=device表示器件的意思，即器件内部的工作电压，通常连接到3.3V电源；VSS（12、18、31、47、63）：接地引脚，S=series表示公共连接的意思，通常指电路公共接地端电压；VBAT（1）：RTC的电池供电引脚，当使用电池或其他电源连接到VBAT脚上时，当VDD断电时，可以保存备份寄存器的内容和维持RTC的功能。如果应用中没有使用外部电池，VBAT引脚应接到VDD引脚上；
- 复位与时钟引脚，包括：
NRST（7）：复位引脚，外部低电平触发复位。若外部复位被激活，MCU会重新启动；BOOT0/1（28、60）：启动引脚，选择MCU启动方式，用于选择从闪存或外部设备启动；
RTC引脚：RTC（2）：RTC实时时钟的输出引脚，可以配置为1Hz信号输出，通常用于提供精确的时间基准；
- 通信引脚，
STM32F103RTC6提供了多种通信接口，其中包括：USART（通用同步异步收发器，42和43、16和17、29和30）：例如，TX（发送）和RX（接收）引脚；SPI（串行外设接口，21、22、23）：例如，MOSI（主输出从输入）、MISO（主输入从输出）等引脚；I2C（52和53）：SCL（时钟线）、SDA（数据线）引脚。
GPIO引脚：STM32F103RTC6提供了多个通用输入输出引脚（GPIO），这些引脚可以用于多种不同的外设功能，如数字输入、输出、高低电平控制、外部中断等；- 外部中断引脚：
EXTI（外部中断）引脚，用于从外部设备（如按钮、传感器等）接收中断信号； - 模拟引脚：
ADC（模拟数字转换器）引脚，用于接收模拟信号并进行数字化处理。这些引脚通常与外部传感器连接； - 调试引脚：
SWDIO（46）和SWCLK（49）：用于调试的串行线（Serial Wire Debug）接口引脚，用于与调试器连接； PWM输出引脚：TIMx：定时器模块的输出引脚，用于生成脉宽调制（PWM）信号，通常用于电机控制、亮度调节等应用。
1.2.2 复位引脚NRST原理图
STM32的NRST是异步复位脚。 复位就是让单片机重启，使其恢复到一个缺省的状态。
- 当
NRST输入低电平的时候，MCU处于复位状态，重设所有的内部寄存器，及片内几十KB的SRAM。； - 当
NRST从低电平变高时，PC指针从0开始。 但是复位的时候不会将STM32F片内RTC的寄存器以及后备存储器重置，因为它们是用电池通过专门的VBAT脚供电。
STM32中的NRST有施密特功能。大概在输入电压低于1.V的时候将芯片复位。
开发板上电的瞬间，电容C4两端电压可以认为是0，刚上电的时候电流会通过R1和C4到地，为C4充电，RESET会输出低电平，stm32处于复位状态，VCC3.3通过电阻R1给电容充电，当电容C4的电压升高到0.8V以上，stm32退出复位状态进入运行状态。
1.2.3 晶振引脚原理图
1.2.3.1 8MHz晶振
高速晶振8MHz作为系统时钟的来源，可以由芯片内部的HSI RC时钟源或芯片外部的独立时钟源提供。
在STM32最小系统板上，8M晶振是用于提供系统时钟的外部晶体振荡电路之一。
高速晶振8MHz作为系统时钟的来源，可以由芯片内部的HSI RC时钟源或芯片外部的独立时钟源提供。由于芯片内部的HSI RC时钟源不够精准，我们通常采用外部独立时钟源来来为芯片提供系统时钟。
具体计算方法如下：
如果需要一个1秒的周期，需要多少个晶振周期？
因此，如果使用8MHz晶振，系统需要运行8000000个晶振周期才能完成一个1秒的周期。
1.2.3.2 32.768k晶振
低速晶振32.768kHz连接LSE（low-speed external clock signal），最终到达RTC（real-time clock）。
RTC是一个独立的定时器 。从real-time clock（实时时钟）四字可以理解，RTC可以为系统实时记录当前系统时间和日期，不管芯片有没有掉电。如果想要使用RTC实时记录系统时间，芯片需要接入额外备用电源，通常为纽扣电池。这样以来，RTC在芯片掉电后，可以由电池供电继续运行。
对于掉电后不需要记录系统时间的电路板，我们将低速晶振32.768kHz舍去，节约板子空间，精简电路设计。
2的15次方正好等于32768，反过来讲，如果要把32.768K的时钟频率经过15次分频的话，得到的频率正好是1Hz。
1.2.3.3 电容介绍
晶振旁的俩个电容到底有啥作用？
主要作用是平衡晶振引脚的电感的。因为晶振在高频工作时有寄生电感，为了平衡电感起到谐振的作用。所以要用两个小电容来平衡电感。一般电容的选20pf–30pf的就可以了。具体的大小请参看晶振厂家提供的数据手册。
芯片晶振引脚的内部通常是一个反相器，芯片晶振的两个引脚之间还需要连接一个电阻，使反相器在振荡初始时处与线性状态，但这个电阻一般集成在芯片的内部，反相器就好像一个有很大增益的放大器，为了方便起振，晶振连接在芯片晶振引脚的输入和输出之间，等效为一个并联谐振回路， 振荡的频率就是石英晶振的并联谐振频率。
晶振旁边的两个电容需要接地，其实就是电容三点式电路的分压电容，接地点就是分压点，以分压点为参考点，振荡引脚的输入和输出是反相的，但从晶振两端来看，形成一个正反馈来保证电路能够持续振荡。
芯片设计的时候，其实这两个电容就已经形成了，一般是两个的容量相等，但容量比较小，不一定适合很宽的振荡频率范围，所以需要外接两个负载电容。
为了让晶振能够可靠、稳定的起振，我们在布线时，需要让晶振和负载电容尽量的靠近芯片的晶振引脚。
1.3 电源转换电路
我们可以发现电源转换电路是由一个稳压芯片AMS1117-3.3V、两个电解电容（C21、C22）组成。实际上C21和C22两侧还应该各接一个104的贴片电容；比如这种：
设计原因：STM32芯片的工作电压为2.0~3.6V，我们一般取3.3V；而通过USB接口输出的电源为5V，为防止STM32芯片损坏，需要我们通过该电源转换电路，把5V的输入电压降低到3.3V工作电压。
电容作用：
C4和C5是输出滤波电容，作用是抑制自激振荡，如果不接这两个电容，通常线性稳压器的输出会是个振荡波形；C6和C7是输入电容，对于交流电压整流输入，它们的第一个作用是把单向脉动电压转换成直流电压，在本图中输入已经是+5V直流电源了，它们的作用就是防止断电后出现电压倒置，因此通常输入电容的容量应该大于输出电容。
概括性地说，输出的电容的作用是把输出信号的干扰作为滤除。输入电容的作用就是把输入信号中的高频噪声作为滤除对象，把前级携带的高频杂波滤除。
1.4 调试接口
众所周知，SWD和JTAG是单片机下载程序与调试的常用接口。其共同之处：
- 供电电压范围:
1.2 V - 5.5 V； - 时钟速率： 可配置高达
10 MHz； SWO跟踪捕获： 数据速率高达50 Mbit/s（UART/NRZ模式）；- 隔离电压:
1 kV； - 热插拔：支持；
1.4.1 JTAG
JTAG，全名为Joint Test Action Group（联合测试行动小组）。截至本文最新的标准为IEEE Standard 1149.1-1990。其拓扑图如下：
JTAG 一般使用5个引脚：
TDI（Test Data In）：串行输入引脚；TDO（Test Data Out）：串行输出引脚；TCK（Test Clock）：时钟引脚，一般附加100k下拉电阻；TMS（Test Mode Select）：模式选择（控制信号）引脚；TRST（Test Reset）：复位引脚；
JTAG的优势：
- 不限于
ARM系列芯片； - 具有更多用于编程，调试和生产测试的用途。
1.4.2 SWD
全称为Serial Wire Debug（串行线调试），是ARM专门设计的协议，仅支持ARM（所以在ARM系列单片机中性能表现较佳）。
SWD一般使用 2 个引脚：
SWDIO（Serial Wire Data Input Output）：串行数据输入输出引脚；SWCLK（Serial Wire Clock）：串行线时钟引脚；
SWD的优势：
- 使用引脚更少，只需
SWDIO和SWCLK两个引脚； SWD具有特殊功能，例如打印调试信息；- 与
JTAG相比，SWD在速度上具有更好的整体性能；
我们使用的开发板就使用了SWD接口，电路原理图如下：
SWDIO：在芯片内部已经有上拉，但在电路板上必须再一次上拉（100k或者10k电阻）；不过我们这个开发板原理图并没有接上拉电阻，如果我们设计原理图，最好接上上拉电阻；
SWCLK，在芯片内部已经有下拉，在电路板上没有特殊要求进一步下拉。
1.4.3 JTAG与SWD的兼容性
一般来说，单片机板子上会有以下这些烧录座，可同时兼容JTAG与SWD：
其中：
TCK兼容SWCLK；TMS兼容SWDIO；TDO兼容SWO;
选用SWD而非JTAG的理由：
- 电路原理图设计需要足够简单，且可以在没有
JTAG功能的情况下进行测试； PCB在尺寸方面有限制，SWD可以节省空间；MCU已经没有多余的引脚给JTAG用了。
1.5 BOOT0/1
BOOT决定的模式：
| BOOT1 | BOOT0 | 启动方式 | 说明 |
|---|---|---|---|
| X | 0 | 主闪存存储器 | 主闪存存储器被选为启动区域 |
| 0 | 1 | 系统存储器 | 系统存储器被选为启动区域 |
| 1 | 1 | 内置SRAM | 内置SRAM被选为启动区域 |
1.5.1 主闪存存储器
是STM32内置的Flash，一般我们使用JTAG或者SWD模式下载程序时，就是下载到这个里面，重启后也直接从这启动程序。
1.5.2 系统存储器
从系统存储器启动，这种模式启动的程序功能是由厂家设置的。一般来说，这种启动方式用的比较少。
系统存储器是芯片内部一块特定的区域，STM32在出厂时，由ST在这个区域内部预置了一段BootLoader，也就是我们常说的ISP程序，这是一块ROM，出厂后无法修改。
一般来说，我们选用这种启动模式时，是为了从串口下载程序，因为在厂家提供的BootLoader中，提供了串口下载程序的固件，可以通过这个BootLoader将程序下载到系统的Flash中。但是这个下载方式需要以下步骤：
- 将
BOOT0设置为1，BOOT1设置为0，然后按下复位键，这样才能从系统存储器启动BootLoader； - 最后在
BootLoader的帮助下，通过串口下载程序到Flash中； - 程序下载完成后，又有需要将
BOOT0设置为0，手动复位，这样，STM32才可以从Flash中启动。
1.5.3 内置SRAM
内置SRAM，既然是SRAM，自然也就没有程序存储的能力了，这个模式一般用于程序调试。
假如我只修改了代码中一个小小的地方，然后就需要重新擦除整个Flash，比较的费时，可以考虑从这个模式启动代码（也就是STM32的内存中），用于快速的程序调试，等程序调试完成后，再将程序下载到Flash中。
1.6 LCD外围电路
开发板支持外接一块I2C通信的OLED的屏幕，比如可以连接与开发板配套的128*128 TFT_LCD液晶屏；
1.7 串口一键下载电路（CH340）
我们想用串口下载代码，就要配置BOOT0为1，BOOT1为0，但是如果想让STM32一复位就运行代码，就要配置BOOT0为0，BOOT1配置为什么都可以，为了解决这个问题，我们可以设计一个电路，通过串口转USB芯片CH340G的DTR#和RTS#引脚的信号来控制一键下载电路，从而间接控制STM32的RESET和BOOT0引脚的信号，来达到通过串口一键下载和运行的效果，省去了购买仿真器的费用，下载程序也变得简单方便，一键下载电路如下图所示：
我们需要注意一点：CH340G上电后DTR#和RTS#都为高电平，在用MCUISP烧写软件时，我们在软件下方选择DTR的低电平复位，RTS高电平进BootLoader，CH340G IC在实际操作时引脚的变化为DTR#拉高，RTS#拉低，即软件设置和实际情况是取非的，相反的。
具体原理如下：
mcuisp控制DTR输出低电平，则DTR#输出高，然后RTS置高，则RTS#输出低，这样Q1导通了，BOOT0被拉高，即实现设置BOOT0为1，同时Q2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#输出低电平，RTS维持高电平，则RTS#继续为低电平，此时STM32的复位引脚，由于Q2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。
程序下载完毕后，如果设置了编程后执行，STM32会再次被复位，此时DTR#为高，RTS#为低，STM32复位后，DTR#设置为低，RTS#设置为高，那么Q1和Q2都不导通，此时，STM32重新开始启动后，检测到BOOT0为0，程序开始正常运行，一键下载至此就完成了。
二、程序烧写
2.1 ISP下载
STM32开发板，自带串口一键下载电路，配合上位机可实现一键ISP下载，不需要修改开发板上的BOOT设置。与仿真器相比， ISP只能下载程序，不能在线调试且下载速度慢 。
串口下载软件选用的是MCUISP，通过串口的DTR和RTS信号来自动配置BOOT0和RESET信号，不需要用户手动切换它们的状态，直接串口软件自动控制，可以方便的下载代码。
2.1.1 配置
我们首先需要安装好CH340驱动，然后将PC和STM32开发板的ISP接口通过USB线连接好，打开MCUISP，点击搜索串口，将自动找到电路板板载串口。
在bps中选择波特率为115200（尽量不要设置的太
高），左下角选择：DTR的低电平复位，RTS高电平进BootLoader。再加载烧写文件。
2.1.2 读取器件配置
在烧写程序以前，点击读器件信息将出现如下图所示的信息，说明电路板串口连接成功。
2.1.3 烧录程序
选择要烧录的hex文件，点击开始编程，程序开始烧写，烧写成功后会出现如下图所示信息，表明程序烧写成功。
2.2 SWD下载
首先需要安装Jlink驱动，这里就不过多介绍了。接着我们使用Keil 5打开STM32开发板自带的出厂程序。
2.2.1 设置Jink
点击Settings，选择SW，并配置为5M；
配置好相应的Flash Download选项；
2.2.2 下载
将JLink的如下引脚与开发板对应引脚连接起来；
-
TCK连接到SWCLK； -
TMS连接到SWDIO； -
VTref连接到3.3V; -
GND连接到GND。
编译工程文件，开始下载：
参考文章
