STM32F103ZET6 核心板制作指引

学点啥系列之

——STM32F103ZET6 核心板制作指引

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作者的话：会画stm32F103ZET6的话，rct6啥的简直不要太简单

一、电路总览

图1：电路整体

二、单片机部分

要做一块核心板，首先要搞清楚自己想在这块板子上加啥东西。

依照思路，一块单片机最小系统，应该要有电源（三处讲）、单片机本身、复位电路以及时钟电路。

我们先从单片机本身入手，如图 2 所示，是本次的主角，STM32F103ZET6

图2：STM32F103ZET6

翻开数据手册，查一下，如图 3：

图3：数据手册的zet6

从数据手册中我们可以获知这 LQFP封装的芯片各个引脚是什么。可能有的同学迷糊了，这些引脚都有编号（1-144），那么实际上单片机上引脚是如何对应编号的呢？

同学，先找 1 号引脚，那么 1号引脚在哪呢？找小圆点（引脚基准点）！

看看下面这张图 4：

图4：芯片实物

找小圆点，仔细看看，哎呀，居然有 3 个圆点，咱们这个左下角的那个点

才是引脚基准点，离该点最近且作为引脚直线上逆时针第一个引脚是 1 号引脚：

那么答案呼之欲出了，如图 5 所示：

图5：引脚基准和 1 号引脚

还有一个方法，那就是将芯片的丝印字符正对，左下角第一个引脚即为一号引脚，此法适用于没有引脚基准时的判断。

关于找 1 号脚的问题就不多说了，可以自己找资料。我们把芯片画在原理图上，如图 6

所示：

图 6：MCU 原理图

此处我们将一块 stm32f103zet6 划分为两个部件，仔细观察一下可以发现，我们将 VDD、VSS、VSSA、VREF+、VDDA、VSSA单独提出来做一个部件，其实二者封装还是共用的，AD绘制原理图库加部件的操作自己琢磨。这里有个有意思的地方，那就是右边 MCU_2 处有DGND 和 AGND，它们之间用了一个 0Ω的电阻连了起来，关于数字地和模拟地之间用0Ω电阻连接的操作，同学可自行查找资料学习。此处咱们讲点更有意思的内容，这里有着一堆VDD、VSS、VREF+、VSSA、VDDA、NRST、VBAT，我在此处做些解释，防止有些同学不明白还懒。

① VCC: 学过 51 的同学都知道 51 供电引脚是个 VCC，VCC 就是接入电路的电压。（V代表电压，C 字母代表电路）

② VDD: 器件内部的工作电压，咱们一般直接接 3.3V 了。（D 为 device器件的首字母，表示器件）

③VSS: 通常指电路公共接地端电压，所以可以看到往往咱们都把其接到GND 去了。（S为 series 表示公共连接的意思）

④VDDA： 通对比 VDD 多了个A，不用想，这肯定和模拟电路有关，所以这玩意是对所有的模拟电路部分供电。需要注意的是VDDA 和 VDD 之间的电压差不能超过 300mV，VDD 与 VDDA应该同时上电或调电，所以咱们就不自找麻烦整写花里胡哨的电路了，这两玩意直接连同一个电源就是了。

⑤VSSA：接地的玩意后面跟了个 A，毫无疑问，这是 VDDA的地，所以我们可以理解出来，VDDA 和 VSSA是单片机内部模拟电路的正负（电源），所以啊，你要是这两玩意不接好，怕是不能使得单片机正常工作了。那为啥我右边这张图的VSSA（31号引脚）接了一个数字地呢？不该是接到模拟地吗？那是因为我这个芯片画错了，这里 31号引脚是 VREF-，而不是 VSSA。但真的就是错的？这里画错是有一定道理的，在VREF-可用时，必须绑定到 VSSA。

⑥VREF+、VREF-：关于这个，看到 ref，大家就应该知道这玩意是个参考电压，结合stm32 的引脚具备 A/D 转换的功能这点，就能清楚这玩意是用来提高 ADC精度的。在引脚数目上了 100后，为了保证更好的低电压输入精度，连接一个单独的参考电压输入到VREF+中，VREF+输入电压范围为 2.0V 到 VDDA，VREF-可用时，必须绑定到VSSA。在引脚数为 64 时，将没有这个 VREF（实际上不是没有，而是不引出了，VREF+、VREF-在内部被接到 VDDA、VSSA 上去了）对于 NRST 和VBAT,电路如图 7 所示：

图 7：时钟、复位、VBAT 电路

红色框的是时钟电路，蓝色框的是复位电路，绿色框的是 VBAT外围电路。时钟电路和复位电路不多说，此处讲一下这个 VBAT 外围电路。

VBAT 的作用: 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。

图7上的 VBAT 电路，外接 3V3 或者不外接，都有 BT1 在作用，对于VBAT外围电路，还有更好的接法，在这里展示一下：

图 8：VBAT 外围电路好接法

看图8，这里接了两个二极管，对比俺画的电路，区别在于 BAT的正极也接了个二极管，分析电路可知，当 VCC3.3M 作用时，D2两端压差不至于导通，所以有了 VCC3.3M 作用时，备用电池就不会作用了，而 VCC3.3M断开时，D2 满足导通条件，BAT 作用于 VBAT。

该VBAT外围电路取自博主_Charles_Chen的图，我自己懒得画了哈哈哈

三、电源和通信部分

图 9：USB 供电电路

这是个 USB 供电电路，C6、R9 是阻容网络，接到了 USB的外壳上去（6、7、8、9引脚），目的如下:

⑴将影响外壳的噪音滤除、不影响信号地；

⑵迫使板子上电流是流入内部的信号地，而不是流到外壳。

这样处理综合考虑了 EMI 滤波和 ESD隔离，相比于直接接地，此类处理方式能更好减小各种干扰，增加整体的抗干扰能力，事实上USB 对 ESD 并不敏感，这种接法也是属于有备无患，不想接的话可以直接接地或者不接，将阻容网络去掉。

然后看一下 usb 的 D+和 D-，对应到 STM32 的 USBDP、USBDM。

USBDP（USB DataMinus）是 USB 的正信号线；

USBDM（USB Data Positive）是 USB 的负信号。

查一下数据手册

图 10：数据手册截图

再看C5，这是退耦电容，许多同学对滤波和退耦电容区分不清，建议查查资料了解一下，滤波主要是用于电源整流电路中，用来滤除交流成分，使得输出的直流更加平滑（滤纹波）。

而退耦电容一般用于不需要交流的地方，用来消除自激，并接在正负极，避免由于电流的突变而使得电压下降，这里也有滤纹波的意思。

说到滤波、退耦电容，又不得不提旁路电容，旁路电容用在有电阻连接时，接在电阻两端使得交流信号顺利通过。（具体自己查资料）

对于 PA8、R6、R7、R8、Q1，此处作用是切换 D+上拉，当 PA 高电平时 D+不上拉；PA8

低电平时 D+上拉。

一般插上电脑 USB 后的 VUSB 的电压时 5V（实测要更低些），经过下面这个线性稳压IC（AMS1117-3.3V）后输出 3V3。（右边并联 LED 用来指示3.3V 输出正常）

图 11：AMS1117 稳压电路
Vin 和 Vout不必多说，看看数据手册即可明白。此处输出的 3.3V 供给单片机。

接下来是 UART 和 SWD：

图 12：SWD 和 UART

至于为啥是 PA13、PA14。。。自己看数据手册。

BOOT 就不说了，然后就是最好将芯片的各个引脚引出，一般是用排针引出：

图 13：接插件引出
当然你也可以不止引出一个，比如 3.3V、5V、GND这种引脚，因为用的比较多，可以多引出些，可以插更多凌乱的杜邦线啥的。

附录：PCB 提要

①各个引脚要注意在 Top/Bottom Overlay 层标注一下：（天蓝色线框位置）

②GND 用铜加固一下，电流较大的地方把线弄粗些，必要时直接用铺铜当导线：

"

③晶振要尽量靠近时钟接口、走线尽量对称，最好走差分线。并且晶振底部尽量不要走线：

④绘制 logo：

这种是两层叠在一起，分别是 Top Layer 层和 Top Solder 层，自己尝试一下吧。

作于 2020.10.21
上传于2021.10.24

本文以现在眼光来看仍然有许多可优化的地方，但不影响主题，再者“心宽体益胖”，日渐惰矣