STM32L0xx

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岭又谓钭
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1 应用笔记 STM32L0xx 硬件开发入门前言本应用笔记为系统开发者们提供了所需的开发板特性硬件实现概述, 如供电电源时钟管理复位控制自举模式设置调试管理它显示了如何使用 STM32L0xx 产品系列, 说明了开发 STM32L0xx 应用所需的最低硬件资源本文还包括了详细的参考设计原理图, 说明了其主元件接口和模式 2017 年 12 月 DocID Rev 1 [English Rev 2] 1/33

2 目录 AN4467 目录 1 电源前言独立 A/D 转换器电源和参考电压独立 LCD 电源 ( 仅适用于 STM32L0x3) 调压器电源方案复位和电源监控上电复位 (POR)/ 掉电复位 (PDR), 欠压复位 (BOR) 可编程电压检测器 (PVD) 欠压复位 (BOR) 系统复位时钟 MSI 时钟 HSE OSC 时钟外部源 (HSE 旁路 ) 外部晶振 / 陶瓷谐振器 (HSE 晶振 ) LSE OSC 时钟外部晶振 / 陶瓷谐振器 (LSE 晶振 ) 外部源 (LSE 旁路 ) HSE 上的时钟安全系统 (CSSHSE) HSI16 时钟 LSI 时钟自举配置自举模式选择嵌入式自举程序 BOOT0 引脚连接调试管理前言 SWD 调试端口 ( 串行线 ) 引脚排列和调试端口引脚 /33 DocID Rev 1 [English Rev 2]

3 目录 4.4 串行线调试 (SWD) 引脚分配 SWD 引脚分配 SWD 引脚上的内部上拉和下拉使用标准 SWD 连接器的 SWD 端口连接建议印刷电路板元件位置接地和供电 (V SS V DD V SSA V DDA ) 去耦其它信号不使用的 I/O 和特性参考设计说明时钟复位自举模式 SWD 接口电源元件参考版本历史 DocID Rev 1 [English Rev 2] 3/33 3

4 表格索引 AN4467 表格索引表 1. V LCD 引线与 GPIO 引脚的连接表 2. 自举模式表 3. 不同设备类别的接口表 4. SWD 端口引脚表 5. 必备元件表 6. 可选元件表 7. 所有封装的参考连接表 8. 文档版本历史表 9. 中文文档版本历史 /33 DocID Rev 1 [English Rev 2]

5 图片索引图片索引图 1. 电源概述图 2. 电源方案图 3. 可选的 LCD 供电电源方案图 4. 电源监控器图 5. 上电复位 / 掉电复位波形图 6. PVD 阈值图 7. 复位电路简图图 8. 外部时钟图 9. 晶振 / 陶瓷谐振器图 10. 外部时钟图 11. 晶振 / 陶瓷谐振器图 12. 主机到板的连接图 13. SWD 端口连接图 14. V DD /V SS 引脚对的典型布局图 15. 参考设计 ( 基于 STM32L053RBT6) DocID Rev 1 [English Rev 2] 5/33 5

6 电源 AN 电源 1.1 前言该芯片要求为不同的供电引脚提供不同的电源 : V DD = 1.65 V 到 3.6 V:I/O 和内部调压器的外部电源通过 V DD 引脚从外部提供对于 V DD 低于 1.8V 的情况, 请参见第节 : 欠压复位 (BOR) V DDA = V DD :ADC/DAC 比较器复位模块 RC PLL 的外部模拟电源当使用 DAC 时, 施加于 V DDA 的最低电压为 1.8 V V DDA 电平必须一直等于 V DD 在上电和正常工作期间, V DD 和 V DDA 之间容许的最大差值为 300 mv V LCD = 2.5 到 3.6 V, 当 LCD 控制器采用外部供电时须提供该电压当 LCD 由内部嵌入式升压转换器所产生的电压供电时, V LCD 引脚必须连接至电容器如果完全无需使用 LCD, 那么该引脚应连接至 V DDA V DD_USB = 3.0 到 3.6 V,V DD_USB 是 USB 收发器的专用独立 USB 电源 3.0V 的最小值可确保提供 USB 所需的信号电压对于不使用 USB 的应用场合, 必须提供 V DD_USB = 1.65 到 3.6 V 数字电源电压 (V CORE ) 配有嵌入式的线性调压器, 具有 1.2 至 1.8 V 的三个不同的可编程范围为达到全速全功能, 器件需要 1.71 至 3.6 V 的工作电压供电 (V DD ), 可达到接近 1.8 V 的数字电源电压 V CORE ( 产品电压范围 1) 当 V DD 工作于 1.65 至 3.6 V 时, 可选择产品电压范围 2 (V CORE = 1.5 V) 和 3 (V CORE = 1.2 V) 因此, 频率分别限定为 16 MHz 和 4.2 MHz 当不使用 DAC 和欠压复位 (BOR) 时, 器件可在 1.8 V 下至 1.65 V 的电源电压工作 6/33 DocID Rev 1 [English Rev 2]

7 电源图 1. 电源概述注 : V DDA 和 V SSA 必须分别连接到 V DD 和 V SS DocID Rev 1 [English Rev 2] 7/33 32

8 电源 AN 独立 A/D 转换器电源和参考电压为了提高转换精度, ADC 和 DAC 配有独立电源, 可以单独滤波并屏蔽 PCB 上的噪声 ADC 电压源从单独的 V DDA 引脚输入 V SSA 引脚提供了独立的电源接地连接 V DDA 和 V REF 需要一个稳定的电压 V DDA 上的耗电电流可达若干 ma ( 若需更多信息, 请参见产品手册中的 I DD (ADCx) I DD (DAC) I DD (COMPx) 和 I DDA ) 当可行时 ( 取决于封装 ), V REF- 必须连至 V SSA V SSA 和 V REF- 必须直接连接至 V SS, 不得使用任何滤波器件, 以免引起 ESD 问题在某些带有引脚 V REF+ 的封装上, 为确保低电压输入和输出上的更好精度, 用户可将 V REF+ 连接至一个独立的, 低于 V DD 的外部参考电压源对于模拟输入 (ADC) 或输出 (DAC) 信号, V REF+ 为最高电压, 以满量程值表示对于不设有该专用引脚的封装, V REF+ 会在内部链接到 ADC 电压源 (V DDA ) 8/33 DocID Rev 1 [English Rev 2]

9 电源独立 LCD 电源 ( 仅适用于 STM32L0x3) V LCD 引脚用于控制玻璃 LCD 的对比度可用两种方法使用这一引脚 : 它可从外部电路接收所需的最大电压, 由微控制器通过 segment 和 common 线供给玻璃 LCD 还可用它连接外部电容, 微控制器将该电容用于内部的升压转换器此升压转换器由软件控制, 以向玻璃 LCD 的 segment 和 common 线提供所需的电压请参考专门的产品数据手册以获得该电容值向 segment 和 common 线提供的电压定义了玻璃 LCD 像素的对比度当在帧间配置了死区时, 可降低此对比度对于大像素的 LCD, 像素的高电容值会降低 LCD 的信号波形质量所以该器件可以将内部的 V LCD 线路 (LCD_VLCD1 LCD_VLCD2 LCD_VLCD3) 连接至可选的电容这种方式通过限制使用高阻值电阻网络来改善段线和共用线的信号波形质量, 这样无须额外流耗即可改善信号质量这些去耦合电容的电容值必须根据 LCD 玻璃和 PCB 的电容值进行调整作为参考, 用户可将去耦电容器的电容值设为 LCD 和 PCB 电容值的 10 倍 LCD 引线必须按照偏置配置来连接表 1. V LCD 引线与 GPIO 引脚的连接引线偏置 1/2 1/3 1/4 根据 CAPA[2:0] 位数选择引脚 LCD_VLCD3 未使用未使用 3/4 V LCD PB0 或 PE12 LCD_VLCD2 1/2 V LCD 2/3 V LCD 2/4 V LCD PB2 LCD_VLCD1 未使用 1/3 V LCD 1/4 V LCD PB12 或 PE 调压器此内部调压器在复位后始终处于使能状态可配置其为内核提供三个不同的电压范围选择一个低 V core 范围可降低耗电, 但会降低最大可接受内核速度以降序排列的耗电范围如下 : 范围 1, 仅对高于 1.71 V 的 V DD 可用, 具有最大速度 ; 范围 2 具有高至 16 MHz 的 CPU 频率 ; 范围 3 具有高至 4.2 MHz 的 CPU 频率注 : 在范围 1 中, 当 V DD 低于 2.0V 时, 必须管理处于运行模式的 CPU 频率, 以避免单次动作的变化比例超过 4 两次动作之间的延迟必须达到 5µs 当从低功耗模式唤醒时则无此限制 DocID Rev 1 [English Rev 2] 9/33 32

10 电源 AN4467 根据应用的不同, 调压器可采用三种不同的模式工作 : 在运行模式中, 调压器为 V core 域 ( 内核存储器和数字外设 ) 提供全功率 ; 在停止模式低功耗运行与低功耗等待模式中, 调压器为 V core 域提供低功耗, 以保留寄存器和 SRAM 的内容在待机模式中, 调压器掉电除了由备用电路供电的部分, 寄存器和 SRAM 的内容丢失 10/33 DocID Rev 1 [English Rev 2]

11 电源 1.2 电源方案电路由稳定的供电电源 V DD 供电 V DD 引脚必须连至带有外部去耦电容的 V DD ; 封装的单个钽电容或陶瓷电容 ( 最低 4.7 µf, 典型 10 µf) + 每个 V DD 引脚一个 100 nf 陶瓷电容 ) V DDA 引脚必须连至两个外部去耦电容 (100 nf 陶瓷电容 + 1 µf 钽电容或陶瓷电容 ) V REF+ 引脚可连至 V DDA 外部供电电源若在 V REF+ 上施加了一个单独的外部参考电压, 则必须将一个 100 nf 和一个 1 µf 电容连至此引脚若需补偿 Vref 上的峰值耗电, 当采样速度高时, 可将 1 µf 电容增加至最大 10 µf 当使用 ADC 或 DAC 时, V REF+ 必须保持在 1.8 V 和 V DDA 之间当 ADC 和 DAC 未激活时, V REF+ 可接地 ; 这可让用户能够关闭外部电压参考可采用更多措施过滤数字噪声 :V DDA 可通过铁氧体磁环连至 V DD 这种情况下, 注意保持 (V DDA - V DD ) 差小于 300 mv 图 2. 电源方案 1. V REF + 连至 V DDA 或 V REF 2. N 为 V DD 和 V SS 输入数目 DocID Rev 1 [English Rev 2] 11/33 32

12 电源 AN4467 图 3. 可选的 LCD 供电电源方案注 : 选项 1: 由专用 V LCD 电源为 LCD 供电, V SEL 开关为开选项 2: 由内部升压转换器为 LCD 供电,V SEL 开关关闭, 需要外部电容以确保此转换器行为正确 V LCD 引线的可用性取决于器件封装 1.3 复位和电源监控对主调压器和低功耗调压器的输入供电由上电 / 掉电 / 欠压复位电路监控上电 / 掉电复位为零耗电监控, 具有固定的门限电压, 而欠压复位有多种门限可选, 耗电极低但不为零此外, STM32L0xx 内置了一个可编程的电压检测器, 用于将供电电压与可编程门限比较当供电低于 V PVD 门限和 / 或当供电高于 V PVD 门限时, 会生成中断随后, 中断服务程序会生成一条警告消息并且 / 或者使 MCU 进入安全状态 12/33 DocID Rev 1 [English Rev 2]

13 电源图 4. 电源监控器 V DD /V DDA V PVD 100 mv V BOR 100 mv V POR/ VPDR IT PVD BOR NRST BOR/PDR NRST POR/PDR NRST PVD BOR BOR POR/PDR BOR ai17211b 1. 所有 STM32L 器件上都有 PVD, 它可由软件启用或禁用 2. BOR 仅在工作电压从 1.8 至 3.6 V 的器件上可用, 除非被选项字节禁用, 它会掩盖 POR/PDR 门限 3. 当选项字节禁用 BOR 时, 当 V DD 低于 PDR 电平时, 会发生复位 4. 工作于 1.65 至 3.6 V 的器件没有 BOR, 当 V DD 高于 POR 电平时, 会释放复位, 当 V DD 低于 PDR 电平时, 会发生复位 DocID Rev 1 [English Rev 2] 13/33 32

14 电源 AN 上电复位 (POR)/ 掉电复位 (PDR), 欠压复位 (BOR) 监控电压从 0.7 V 起上电期间, 对于工作于 1.8 和 3.6 V 的器件, BOR 会保持器件处于复位, 直到供电电压 (V DD 和 V DDA ) 接近最低的可接受电压 (1.8 V) 在上电时, 此内部复位会维持 ~1 ms, 以等待供电达到最终值并稳定在掉电时, 一旦电源低于最低限 ( 即 1.65 V), 则立即激活复位在开机时, 应维持一个 0.7 V 以下的预定义复位复位释放的上限在产品数据手册的电气特性一节中定义图 5. 上电复位 / 掉电复位波形对于高于芯片最低限的可编程门限, 可将欠压复位配置至需要的值 BOR 还可用于提前检测电源压降 BOR 的门限值可通过 FLASH_OBR 选项字节配置可编程电压检测器 (PVD) 该器件还有一个嵌入式可编程电压检测器 (PVD), 用于监视 V DD /V DDA 电源并将其与 V PVD 阈值进行比较可由软件选择 1.85 V 和 3.05 V 之间的七个不同的 PVD 电平, 步长为 200 mv 当 V DD /V DDA 低于 V PVD 阈值和 / 或高于 V PVD 阈值时, 将产生中断随后, 中断服务程序会生成一条警告消息并且 / 或者使 MCU 进入安全状态 PVD 由软件配置使能该功能的用处之一就是可以在中断服务程序中执行紧急关闭系统的任务 14/33 DocID Rev 1 [English Rev 2]

15 电源图 6. PVD 阈值欠压复位 (BOR) 上电期间, 欠压复位 (BOR) 将使器件保持复位状态, 直到电源电压达到指定的 V BOR 阈值对于工作于 1.65 至 3.6 V 间的器件, BOR 选项不可用, 电源供电由 POR/PDR 监控由于 POR/PDR 门限为 1.5 V, 因此在 V POR /V PDR 门限和最低产品工作电压 1.65 V 之间存在一个盲区对于工作于 1.8 至 3.6 V 之间的器件, BOR 在开机时一直激活, 门限为 1.8 V 当释放系统复位时, 可通过加载选项字节重新配置或禁用 BOR 电平若 BOR 电平在开机时保持在最低电平 1.8 V, 在掉电时为 1.65 V, 则 BOR 完全管理系统复位, 产品工作电压处于安全范围内当选项字节禁用 BOR 选项时, 掉电复位由 PDR 控制, 在 1.65 V 和 V PDR 之间存在盲区 V BOR 通过器件选项字节进行配置默认情况下, 激活最低 0 级门限可选择五个可编程的 V BOR 门限 ( 请参见产品手册, 以获得实际的 V BOR0 至 V BOR4 门限 ) 当电源电压 (V DD ) 降至所选 V BOR 阈值以下时, 将使器件复位当 V DD 高于 V BOR 上限时, 释放器件复位, 系统可以启动通过对器件选项字节进行编程可以禁止 BOR 要禁止 BOR 功能, V DD 必须高于 V BOR0, 以启动器件选项字节编程序列上电和掉电由 POR 和 PDR 监控 ( 参见产品手册中的上电复位 (POR)/ 掉电复位 (PDR) 一节 ) DocID Rev 1 [English Rev 2] 15/33 32

16 电源 AN 系统复位 BOR 阈值滞回电压约为 100 mv ( 电源电压的上升沿与下降沿之间 ) 除了 RTC 备份寄存器 RCC 控制 / 状态寄存器 RCC_CSR 以外, 一次系统复位会将所有寄存器设为其复位值只要发生以下事件之一, 就会产生系统复位 : 1. NRST 引脚低电平 ( 外部复位 ) 2. 窗口看门狗计数结束 (WWDG 复位 ) 3. 独立看门狗计数结束 (IWDG 复位 ) 4. 由软件设置复位位 (SWreset) 5. 进入所配置的待机或停止模式, 生成复位 ( 低功耗管理复位 ) 6. 选项字节加载复位 7. 退出待机模式 8. 防火墙复位可通过查看控制 / 状态寄存器 (RCC_CSR) 中的复位标志确定复位源图 7. 复位电路简图 STM32L 不需外部复位电路即可正确上电仅建议一个下拉电容以提高 EMS 性能, 保护器件不受非正常的复位影响 ( 参见图 7) 通过内部电阻对下拉电容充电 / 放电会增加器件功耗该电容的建议值为 100 nf, 可将其降至 10 nf 以限制此功耗 16/33 DocID Rev 1 [English Rev 2]

17 时钟 2 时钟可以使用四种不同的时钟源来驱动系统时钟 (SYSCLK): HSI16 ( 高速内部 ) 振荡器时钟 HSI ( 高速外部 ) 振荡器时钟 PLL 时钟 MSI ( 多速内部 ) 振荡器时钟在从复位重启从待机低功耗模式唤醒后, MSI 时钟被用作系统时钟源从停止的低功耗模式唤醒后, 会采用 MSI HSI16 或 HSI16 的四分频作为系统时钟源器件具有以下两个次级时钟源 : 37 khz 低速内部 RC (LSI RC), 该 RC 用于驱动独立看门狗, 也可选择提供给 RTC 用于停机 / 待机模式下的自动唤醒 khz 低速外部晶振 (LSE 晶振 ), 用于驱动实时时钟 (RTCCLK) STM32L0x2 和 STM32L0x3 具备 HSI48 ( 高速内部 ) 振荡器时钟, 可用于 USB 和随机数发生器无须外部时钟源即可进行 USB 通信对于每个时钟源来说, 在未使用时都可单独打开或者关闭, 以降低功耗若需时钟树的说明, 请参考 STM32L0xx 参考手册 (RM0367 RM0376 RM0377) 2.1 MSI 时钟 MSI 时钟信号是从内部 RC 振荡器生成的其频率范围可由软件通过 RCC_ICSCR 寄存器调整有七个频率范围可用 :65.5 khz 131 khz 262 khz 524 khz 1.05 MHz 2.1 MHz ( 默认值 ) 和 4.2 MHz, 都是 khz 的倍数值 MSI 时钟被用作从复位重启后的系统时钟 MSI RC 振荡器的优势在于可提供一个低成本 ( 无外部元件 ) 低功耗的时钟源它被用作低功耗模式中的唤醒时钟, 以降低功耗和唤醒时间 RCC_CR 寄存器中的 MSIRDY 标志指示了 MSI RC 是否稳定在启动时, 硬件将此位置 1 后, MSI RC 输出时钟才可以使用可通过 RCC_CR 寄存器开关 MSI RC ( 默认为开 ) 校准如果应用受到电压或温度变化影响, 则这可能也会影响到 RC 振荡器的速度您可通过 RCC_ICSCR 寄存器微调应用中的 MSI 频率典型情况下, 需要使用 HSE 或 LSE 作为参考 ( 若需使用 TIM21 做时钟测量的详细信息, 请参见 RM0367/376/377) 若需更多信息, 请参考 AN3300 如何校准 STM32Lxx 内部 RC 振荡器 DocID Rev 1 [English Rev 2] 17/33 32

18 时钟 AN HSE OSC 时钟高速外部时钟信号 (HSE) 有 2 个时钟源 : HSE 用户外部时钟 ( 参见图 8) HSE 外部晶振 / 陶瓷谐振 ( 参见图 9) 图 8. 外部时钟图 9. 晶振 / 陶瓷谐振器 1. R EXT 的值取决于晶振特性典型值范围是 5 到 6 R S ( 谐振串联电阻 ) 若需精调 REXT 的值, 请参考 AN2867 (ST 微控制器振荡器设计指南 ) 2. 负载电容 C L 的公式如下 :C L = C L1 x C L2 / (C L1 + C L2 ) + C stray, 其中 C stray 为引脚电容以及与电路板或 PCB 走线相关的电容典型情况下, 它在 2 pf 和 7 pf 之间请参考第 5.4 节 : 去耦以使其值最小外部源 (HSE 旁路 ) 在此模式下, 必须提供外部时钟源最高频率不超过 32 MHz 当采用 OSC_OUT 引脚作为 GPIO 时, 必须以占空比约为 50% 的外部时钟信号 ( 方波正弦波或三角波 ) 来驱动 OSC_IN 引脚对于 2 类器件, 当封装不提供 OSC_IN 引脚时, 可用 PA0 来接收外部时钟源信号, 请参见 RM0377 中的 CK_IN 定义从电流消耗角度来看, 优先选择方波信号 ( 参见图 8) 当采用 HSE 旁路且 V DD 低于 2.0V 且处于范围 1 时, 请按照第节 : 调压器的解释注意频率下降外部晶振 / 陶瓷谐振器 (HSE 晶振 ) 外部振荡器频率范围为 1 至 25 MHz 外部振荡器的优点是主时钟精度非常高相关的硬件配置如图 9 所示谐振器和负载电容必须尽可能地靠近振荡器的引脚, 以尽量减小输出失真和起振稳定时间负载电容值必须根据所选振荡器的不同做适当调整 18/33 DocID Rev 1 [English Rev 2]

19 时钟对于 C L1 和 C L2, 建议使用专为高频应用设计可满足晶振或谐振器的要求且大小介于 5 到 25 pf ( 典型值 ) 之间的高质量陶瓷电容 C L1 和 C L2 的大小通常相同晶振制造商指定的负载电容通常是 C L1 和 C L2 的串联组合确定 C L1 和 C L2 的规格时, 必须将 PCB 和 MCU 引脚的电容考虑在内 ( 引脚与电路板的电容可粗略地估算为 10 pf) 欲了解更多详细信息, 请参见产品数据手册上的电气特性章节以及应用笔记 AN2867 STM 微控制器的振荡器设计指南 DocID Rev 1 [English Rev 2] 19/33 32

20 时钟 AN LSE OSC 时钟 LSE 晶振是 khz 低速外部晶振或陶瓷谐振器, 可作为实时时钟 (RTC) 的时钟源来提供时钟 / 日历或其它定时功能, 具有功耗低且精度高的优点外部晶振 / 陶瓷谐振器 (LSE 晶振 ) LSI 晶振可通过控制 / 状态寄存器 (RCC_CSR) 中的 LSEON 位打开或关闭使用 RCC_CSR 寄存器中的 LSEDRV[1:0] 位, 可在运行时更改晶振驱动强度, 以实现稳健性短启动时间和低功耗之间的最佳平衡 ( 参见图 10) LSERDY 标志位 ( 在 RCC_CSR 中 ) 表示 LSE 晶体是否稳定在启动时, 硬件将此位置 1 后, LSE 晶振输出时钟信号才可以使用如在时钟中断使能寄存器 (RCC_CIR) 中使能中断, 则可产生中断外部源 (LSE 旁路 ) 在此模式下, 必须提供外部时钟源最高频率不超过 1 MHz 可通过设置 LSEBYP 和 LSEON 位对该模式进行选择 ( 在 RCC_CSR 中 ) 必须采用外部时钟信号 ( 方波正弦波或三角波 ) 来驱动 OSC32_IN 引脚, 从电流消耗角度来看, 优先采用方波信号 OSC32_OUT 引脚可用作 GPIO ( 请参见图 10) 图 10. 外部时钟图 11. 晶振 / 陶瓷谐振器 1. OSC32_IN 和 OSC_OUT 引脚也可用作 GPIO, 但建议在同一应用中不要既用作 RTC 又用作 GPIO 引脚 20/33 DocID Rev 1 [English Rev 2]

21 时钟 2.4 HSE 上的时钟安全系统 (CSSHSE) 时钟安全系统可通过软件激活激活后, 时钟监测器将在 HSE 振荡器启动延迟后使能, 并在此振荡器停止时被关闭如果 HSE 振荡器时钟发生故障, 此振荡器将自动禁止, 并且同时还将生成一个中断来向软件通知此故障 (HSE 上时钟安全系统中断, CSSHSEI), 以使 MCU 能够执行救援操作 CSSHSEI 与 Cortex -M0+ NMI ( 不可屏蔽中断 ) 异常向量相链接如果直接或间接使用 HSE 振荡器作为系统时钟 ( 间接是指 : 该振荡器直接用作 PLL 的输入时钟, 并且该 PLL 时钟为系统时钟 ) 并且检出故障, 则系统时钟将切换到 MSI 振荡器并且外部 HSE 振荡器将被禁止如果 HSE 振荡器时钟是充当系统时钟的 PLL 的时钟输入, 则在发生故障时, PLL 也会被禁止若需详细信息, 请参见 STM32L0xx 参考手册 (RM0367 RM0376 RM0377) 2.5 HSI16 时钟 HSI16 时钟信号由内部 16 MHz RC 振荡器生成, 可直接用作系统时钟, 或者用作 PLL 输入 HSI16 RC 振荡器的优点是成本较低 ( 无需使用外部组件 ) 它还比 HSE 晶振具有更快的启动时间但即使校准后, 频率也不如外部晶振或陶瓷谐振器的频率精度高校准因为生产工艺不同, 不同芯片的 RC 振荡器频率也不同, 因此 ST 会对每个器件进行出厂校准, 达到 TA = 25 C 时 1% 的精度如果应用场合会遇到电压和温度变化, 那么 RC 振荡器的速度会受到影响您可通过 RCC_ICSCR 寄存器微调应用中的 HSI16 频率典型情况下, 需要使用 HSE 或 LSE 作为参考 ( 若需使用 TIM21 做时钟测量的详细信息, 请参见 RM0367/376/377) 若需更多信息, 请参考 AN3300 如何校准 STM32Lxx 内部 RC 振荡器 2.6 LSI 时钟 LSI RC 可作为低功耗时钟源在停机和待机模式下保持运行, 供独立看门狗 (IWDG) 和 RTC 使用时钟频率约为 40 khz (30 khz 到 60 khz 之间 ) 有关详细信息, 请参见数据手册的电气特性部分 DocID Rev 1 [English Rev 2] 21/33 32

22 自举配置 AN 自举配置 3.1 自举模式选择在 Root part number 1 中, 可通过 BOOT0 引脚和 nboot1 选项位选择三种不同的自举模式, 如表 2 所示自举模式选择引脚 BOOT1 (1) BOOT0 自举模式表 2. 自举模式自举空间 x 0 主 Flash 选择主 Flash 作为自举空间 0 1 系统存储器选择系统存储器作为自举空间 1 1 嵌入式 SRAM 选择嵌入式 SRAM 作为自举空间 1. BOOT1 的值为 nboot1 选项位取反复位后, 在 SYSCLK 的第四个上升沿锁存 BOOT0 引脚和 nboot1 位的值用户必须设置 nboot1 和 BOOT0 以选择需要的自举模式 BOOT0 是专用引脚 BOOT0 引脚和 nboot1 位在退出待机模式时会重新采样因此, 当处于待机模式时, 这些引脚必须保持所需的自举模式配置这样的启动延迟结束后, CPU 将从地址 0x 获取栈顶值, 然后从始于 0x 的自举存储器开始执行代码根据所选的自举模式, 主 Flash 程序存储器系统存储器或 SRAM 可如下访问 : 从主 Flash 存储器自举 : 主 Flash 程序存储器在自举存储器空间 (0x ) 中有别名, 但也可从它原来的存储器空间 (0x ) 访问换句话说, 闪存内容可从地址 0x 或 0x 开始访问从系统存储器自举 : 系统存储器在自举存储器空间 (0x ) 中有别名, 但也可从它原来的存储器空间 (0x1FFF EC00) 访问从嵌入式 SRAM 启动 :SRAM 在启动内存空间 (0x ) 中有别名, 但也可从它原来的内存空间 (0x ) 访问 22/33 DocID Rev 1 [English Rev 2]

23 自举配置 3.2 嵌入式自举程序嵌入式自举程序位于片内引导程序中, 由 ST 在生产阶段编程利用表 3 所列的其中一种借口对非易失性存储器重新编程表 3. 不同设备类别的接口接口端口设备类别 USART1 USART2 SPI1 SPI2 PA9/PA10 类别 3 类别 5 PA9/PA10 类别 2 PA2/PA3 PA4/PA5/PA6/PA7 PB12/PB13/PB14/PB15 类别 3 类别 5 类别 2/3 类别 5 ( 无 USB) 类别 3 类别 5 ( 无 USB) USB PA11/PA12 类别 5 ( 有 USB) I2C1 PB6/PB7 类别 5 ( 无 USB) I2C2 PB10/PB11 类别 5 ( 无 USB) 有关详细信息, 请参见应用笔记 AN BOOT0 引脚连接 Root part number 1 的 BOOT0 引脚具有比其他 GPIO 更低的 V IL ( 详细内容见数据手册 I/O 静态特性 ), 因此它不符合 CMOS 要求, 故当由其他 CMOS 电路驱动时, 必须验证信号电平 DocID Rev 1 [English Rev 2] 23/33 32

24 调试管理 AN 调试管理 4.1 前言主机 / 目标接口为连接主机与应用板的硬件设备此接口由三部分组成 : 硬件调试工具软件连接器, 以及连接主机与调试工具的电缆图 12 显示了主机到开发板的连接 Nucleo 演示板内置了调试工具 (ST-LINK), 所以它可通过 USB 线直接连至 PC 图 12. 主机到板的连接 4.2 SWD 调试端口 ( 串行线 ) STM32L0xx 内核集成了串行线调试端口 (SW-DP) 这是 ARM 标准的 CoreSight 调试端口, 配有用于连接调试访问端口的双引脚 ( 时钟 + 数据 ) 接口 4.3 引脚排列和调试端口引脚 STM32L0xx MCU 提供各种不同的封装类型及各种数量的引脚 4.4 串行线调试 (SWD) 引脚分配所有 STM32L0xx 封装上都采用该 SWD 引脚分配表 4. SWD 端口引脚 SWD 引脚名称 SWD 端口类型调试分配引脚分配 SWDIO I/O 串行线数据输入 / 输出 PA13 SWCLK I 串行线时钟 PA14 24/33 DocID Rev 1 [English Rev 2]

25 调试管理 SWD 引脚分配复位 (SYSRESETn 或 PORESETn) 后, 将用于 SWD 的引脚指定为专用引脚, 可供调试工具立即使用但是, MCU 为禁用 SWD 提供了可能, 因此可释放相关引脚供通用 I/O (GPIO) 使用欲了解更多关于如何禁用 SWD 端口的详细信息, 请参见参考手册 RM0367/ 0376 / 0377 上关于 I/O 引脚可选功能复用器和映射的章节 SWD 引脚上的内部上拉和下拉用户软件释放 SWD I/O 后, GPIO 控制器便会控制这些引脚 GPIO 控制寄存器的复位状态会将 I/O 置于同等状态 : SWDIO: 复用功能上拉 SWCLK: 复用功能下拉由于带有上拉和下拉电阻, 因此无需添加外部电阻使用标准 SWD 连接器的 SWD 端口连接图 13 显示了 STM32L0xx 和标准 SWD 连接器之间的连接图 13. SWD 端口连接 DocID Rev 1 [English Rev 2] 25/33 32

26 建议 AN 建议 5.1 印刷电路板由于技术原因, 最好使用多层印刷电路板 (PCB) 的单独一层专用于接地 (V SS ), 另一层专用于 V DD 供电这提供了不错的去耦和屏蔽效果对于很多应用, 由于经济原因不能使用此类板在这种情况下, 主要要求就是要确保接地和供电有良好的结构 5.2 元件位置 PCB 的初始布局必须使单独的电路具有以下特性 : 高电流电路低电压电路数字元件电路根据电路的 EMI 贡献分离的电路这会降低 PCB 上会引入噪声的交叉耦合 5.3 接地和供电 (V SS V DD V SSA V DDA ) 每个块 ( 噪声低电平敏感数字等等 ) 应单独接地, 所有接地回路都应为同一个点必须避免出现环, 或使环有最小面积为提高模拟性能, 您必须对 V DD 和 V DDA 使用单独的电源, 将去耦电容放置在离器件尽可能近的位置供电电源的实现应与地线尽可能近, 以最小化供电环区域这是因为供电环起到了天线及 EMI 主发收的作用所有无元件的 PCB 区域都必须填充额外的接地, 以创造屏蔽环境 ( 尤其是当使用单层 PCB 时 ) 5.4 去耦所有供电和接地引脚都必须适当连至供电电源这些连接, 包括焊盘线过孔, 都必须有尽可能低的阻抗典型情况下, 这可通过使用粗的线宽做到, 最好在多层 PCB 中使用专用供电层此外, 每个供电电源对都应使用滤波陶瓷电容 C (100 nf) 及约 10 µf 的钽电容或陶瓷电容 C 去耦, 两个电容并联在 Root part number 1 器件上在某些封装中, 多个 V DD 使用同一个 V SS, 而不是一对电源 ( 每个 V DD 对应一个 V SS ), 这种情况下电容必须在每个 V DD 和公共 V SS 之间这些电容应放置在 PCB 下侧尽可能接近或低于适当引脚的位置其典型值为 10 nf 至 100 nf, 但准确值取决于应用需要图 14 显示了这种 V DD /V SS 对的典型布局 26/33 DocID Rev 1 [English Rev 2]

27 建议图 14. V DD /V SS 引脚对的典型布局 5.5 其它信号当设计应用时, 可通过仔细研究以下几点来提高 EMC 性能 : 临时扰动会永久影响运行过程的信号 ( 中断和握手选通信号就是这个情况, 但 LED 指令不是这个情况 ) 对于这些信号, 可使用周围接地跟踪更短的长度无噪声附近敏感跟踪 ( 串扰影响 ) 提高 EMC 性能对于数字信号, 两个逻辑状态必须达到可能的最佳电气边界, 建议使用慢施密特触发器以消除寄生状态噪声信号 ( 如时钟 ) 敏感信号 ( 如高阻 ) 5.6 不使用的 I/O 和特性所有微控制器都是为多种应用设计的, 通常一个应用不会使用 100% 的 MCU 资源为增加 EMC 性能避免额外功耗, 不使用的时钟计数器 I/O 都不应浮空应在不用的 I/O 引脚上都使用外部或内部上拉或下拉电阻将 I/O 连至固定逻辑电平 0 或 1 其它选项为使用软件将 GPIO 配置为输出模式不使用的特性应被冻结或禁用为其默认值 DocID Rev 1 [English Rev 2] 27/33 32

28 参考设计 AN 参考设计 6.1 说明时钟复位自举模式示于图 15 中的参考设计基于 STM32L053RBT6 使用表 7: 所有封装的参考连接中给出的引脚对应关系, 可将不同封装的任何 Root part number 1 器件定制此参考设计微控制器使用两个时钟源 : LSE:X khz 晶振用于嵌入式 RTC HSE:X1-8 MHz 晶振用于 Root part number 1 微控制器请参见第 2 节 : 时钟图 15 中的复位信号为低电平有效复位源包括 : 复位按钮 (B1) 调试工具通过连接器 CN1 连接请参见第 1.3 节 : 复位和电源监控通过设置开关 SW1 (Boot 0) 配置自举选项请参见第 3 节 : 自举配置注 : 当从待机模式唤醒时, Boot 引脚被采样在此情况下, 您需要注意它的值 SWD 接口参考设计显示了 Root part number 1 和标准 SWD 连接器之间的连接请参见第 4 节 : 调试管理注 : 建议连接复位引脚, 以便能从工具复位应用电源请参见第 1 节 : 电源 28/33 DocID Rev 1 [English Rev 2]

29 参考设计 6.2 元件参考表 5. 必备元件参考元件名称值数量注释 U1A 微控制器 STM32L053R8(T6) 1 64 引脚封装 C8, C9, C10, C13 电容 100 nf C11 电容 4.7 µf 1 C6, C12 电容 1 µf 2 陶瓷电容 ( 去耦电容 ) 钽电容 / 化学电容 / 陶瓷电容 ( 去耦电容 ) 陶瓷电容 (LCD 调压器或去耦电容 ) 表 6. 可选元件参考元件名称值数量注释 R1 电阻 390 Ω 1 用于 HSE: 值取决于晶振特性, 参见应用笔记 AN2687 C5 电容 100 nf 1 陶瓷电容 C1, C2 电容 6.8 pf 2 C3, C4 电容 20 pf 2 用于 LSE: 值取决于晶振特性适合 MC K-E3, 它有一个 6 pf 的负载电容用于 HSE: 值取决于晶振特性, 参见应用笔记 AN2687 X1 石英 8 MHz 1 用于 HSE X2 石英 khz 1 用于 LSE CN1 SWD 连接器 HE SW1 开关 - 2 用于选择正确的自举模式 B1 按钮 L1 铁氧体磁环 - 1 对于 V DDA 电源上的 EMC 下降, 可通过 V DD 和 V DDA 之间的直接连接来代替 DocID Rev 1 [English Rev 2] 29/33 32

30 参考设计 AN4467 图 15. 参考设计 ( 基于 STM32L053RBT6) 30/33 DocID Rev 1 [English Rev 2]

31 参考设计表 7. 所有封装的参考连接封装 LQFP BGA CSP QFN 引脚数 (1) 32 (2) V LCD B2 E2 - - B PC14-OSC32_IN A1 D1 A5 A6 C PC15-OSC32_OUT B1 E1 B5 B6 C PH0-OSC_IN C1 F1 - - D PH1-OSC_OUT D1 G1 - - D NRST E1 H2 C5 C6 D V SSA F1 J V REF K V REF G1 L1 - E6 E V DDA H1 M1 D4 D5 F V SS_ C2 E V DD_ D2 H V SS_ D5 F D V DD_ E5 G12 - F1 G PA A8 A11 A1 A1 C V DD_ C V SS_ D6 F11 D V DD_USB E6 G A PA A7 A10 C2 B2 B BOOT B4 A4 C4 C5 A V SS_ D4 D3 - D V DD_ E4 C4 - A5 A 类别 2/3 器件 2. 类别 5 器件 DocID Rev 1 [English Rev 2] 31/33 32

32 版本历史 AN 版本历史表 8. 文档版本历史日期版本变更 2014 年 4 月 24 日 1 初始版本 2015 年 1 月 22 日 2 更新了第 1.1 节 : 前言第节 : 独立 A/D 转换器电源和参考电压第节 : 调压器和第节 : 外部源 (HSE 旁路 ) 增加了表 3: 不同设备类别的接口更新了表 1: V LCD 引线与 GPIO 引脚的连接和表 7: 所有封装的参考连接表 9. 中文文档版本历史日期版本变更 2017 年 12 月 10 日 1 中文初始版本 32/33 DocID Rev 1 [English Rev 2]

33 重要通知 - 请仔细阅读意法半导体公司及其子公司 ( ST ) 保留随时对 ST 产品和 / 或本文档进行变更更正增强修改和改进的权利, 恕不另行通知买方在订货之前应获取关于 ST 产品的最新信息 ST 产品的销售依照订单确认时的相关 ST 销售条款买方自行负责对 ST 产品的选择和使用, ST 概不承担与应用协助或买方产品设计相关的任何责任 ST 不对任何知识产权进行任何明示或默示的授权或许可转售的 ST 产品如有不同于此处提供的信息的规定, 将导致 ST 针对该产品授予的任何保证失效 ST 和 ST 徽标是 ST 的商标所有其他产品或服务名称均为其各自所有者的财产本文档中的信息取代本文档所有早期版本中提供的信息 2017 STMicroelectronics - 保留所有权利 DocID Rev 1 [English Rev 2] 33/33 33

STM32F4xxxx MCU

AN4488 应用笔记 STM32F4xxxx MCU 硬件开发入门前言本应用笔记为系统设计人员提供了所需的开发板硬件实现概述, 关注如下特性 : 电源封装选择时钟管理复位控制自举模式设置调试管理本文档展示了如何使用表 1 中列举的大容量高性能微控制器, 同时讲述了基于这些产品开发应用所需的最低硬件资源要求本文还包括了详细的参考设计原理图, 说明了其主元件接口和模式表 1. 适用产品