国产GD32单片机开发入门(一) GD32F103C8T6开发板电路原理图分析

标签：单片机板子引脚原理图晶振 GD32F103C8T6 电路模块开发板

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一.概要

GD32F103C8T6开发板，主要由单片机、晶振电路、复位电路、存储电路、模块扩展接口几部分构成，板载的资源能满足进行单片机GPIO,ADC,RTC,USART,IIC,SPI,USB数据通信等实验。
开发板实物正面图如下：
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二.技术名词解释

MCU：Microcontroller Unit 也就是单片机，GD32F103C8T6就是兆易公司出品的一款经典单片机，需要3.3V供电。
LDO：低压差线性稳压器，是实现5V转3.3V给单片机供电的一颗电源芯片。
STLINK：是ST公司推出的一款用于STM32单片机调试和编程的一个工具，它同时支持国产类似单片机开发调试，比如GD32系列单片机，他的特点是除了程序能烧录，还能在线调试仿真。

三.板子主要电子器件

板子上的主要器件如下图，主要是单片机，电源，按键，晶振，SWD程序下载调试口，模块拓展口，EEPROM存储等

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四.原理图电路分析

1.原理图总览

原理图如下图所示，包含电源电路，GD32单片机，LED灯，复位电路，外围接口，晶振电路，调试下载电路，存储电路，模块扩展接口，按键电路等，后面会一一展开对每部分电路进行讲解分析。
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2.电源电路

板子上电源电压由两部分电压组成，5V(VCC5)和3.3V(VCC3.3)，5V主要给一些外接模块供电(需要5V供电的模块如步进电机，直流电机等)，3.3V主要给单片机，LED发光二极管和一些外接模块供电(需要3.3V供电的模块如温度传感器等)。

1) 5V电路

一般使用普通的USB 5V(J7)接口输入供电，同时板子上还有5V电压插针(J5的VCC5，原理图上只要网络号名称一样，实际板子上的电路就是连起来的，插针上的5V跟USB口的5V是连在一起的，所以我们也可以用外接5V的电源供电，外接5V输入一般有两根线：电源的正极接5V插针(J5的VCC5)，电源的负极接GND(J5的GND)，一般我们推荐直接用一根USB线给USB口供电即可。

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J5的VCC5与GND两个引脚如下图所示:
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2) 3.3V电路

1.3.3V电压是通过USB口的5V电压输入到LDO电源芯片(AMS1117)，从而实现5V电压降压到3.3V。
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板子上C26,C27输入滤波电容的作用：
输入电压，当接入电源，其幅值是从零起始的，波动非常大，加入足够容量的电容进行滤波后，因电容的充放电效应，该脉动直流变成纹波不大的直流电，这是输入滤波的作用。

板子上C25,C23输出滤波电容的作用：
稳压电路的工作过程需要从输出采样，然后根据其反馈值调节输出以达稳压的目的。如果此时没有输出滤波电容，只要因负载变化带来的电压波动频率恰好与稳压电路的调节速率差不多就会产生振荡效应，导致输出失控，所以稳压输出也必须加滤波电容，而且增加滤波电容也可以进一步增加稳压输出的稳定性。
输入和输出为啥需要一大一小两个电容并联:
小电容滤高频干扰，大电容滤低频干扰，可以用公式C≈1/f0算出容值。一般要求没那么严格，直接加10uF和0.1uF并联，可以适用于一般的应用场合。

2.去耦电容
是放在单片机的电源引脚周边，主要用来滤除杂波，保持单片机电源脚引脚电压的稳定。这些电容得离单片机的VDD脚与GND脚尽量近一点，如果离的很远，单片机的输入电压容易受电源波动影响。
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3.LED指示灯电路

板子上有两个指示灯，D2是电源指示灯，只要板子供电，就能常亮，D1是状态指示灯，需要单片机的PB4引脚输出低电平才会亮，如果PB4周期性的输出高低电平，D1这个灯就会闪，R33，R34是限流电阻，电阻越小，LED灯越亮。

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4.复位电路

GD32单片机运行过程中只要NSRT引脚(单片机的第7脚)输入低电平，芯片就会复位，芯片内部有上拉电阻，所以NSRT引脚常态是高电平，REST1按键的功能是按键按下，板子能复位，C20的作用是实现上电复位，刚上电时候C20会充电，NSRT引脚就会先是低电平，后电容充满，NSRT引脚变成高电平。

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5.晶振电路

1) 高频晶振电路

这个是单片机外部的高频晶振电路，采用无源晶振，高速晶振一般选8MHz，通过倍频和分频后给单片机提供系统时钟，为芯片内部各大模块的运转提供动力。使用外部8MHz高频晶振电路比使用单片机内部的8MHz晶振精度好很多，高低温下的稳定性也更好。特别是在应用USART,CAN等外设对通讯频率有要求的场合，正式的产品开发必须得使用外部晶振。
C28,C29两个负载电容需要跟晶振的负载电容匹配，一般选20pF左右就可以。
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8M晶振规格参数如下
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2) 低频晶振电路

这个是单片机外部的低频晶振电路，一般选32.768K晶振，低频晶振 32.768KHz 可以通过软件配置给单片机的RTC外设(实时时钟)提供时钟源，使用外部32.768KHz 低频晶振比使用单片机内部的40K晶振精度好很多。
C30,C31两个负载电容需要跟晶振的负载电容匹配，考虑到板间电容，一般选12pF~18pF左右就可以。
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32.768K晶振规格参数如下：
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6.调试下载电路

1)调试电路（SWD接线方式）

程序下载调试都需要通过板子J6这个口子进行(如下图)，采用SWD接线方式(4线 VCC,SWCLK,SWDIO,GND)，SWD（Serial Wire Debug）是一种基于JTAG协议的两线调试接口，由ARM公司提出，用于替代JTAG接口，提高调试效率和降低成本。SWD接口需要信号线是2根，分别是：
SWCLK（Serial Wire Clock）：串行时钟线，提供同步时钟信号；
SWDIO（Serial Wire Data Input/Output）：串行数据输入输出线，用于双向数据传输。
STLINK/JLINK调试器跟板子通过SWD口连接后，就能实现程序下载，单步调试，全速调试，查看或修改单片机内部的变量，内存等。

R25上拉电阻，可以使SWDIO在不使用时保持稳定的高电平状态，上拉电阻可以抑制SWDIO线上的噪声，防止线路在没有明确驱动时因外部干扰等原因而随机翻转，从而提高通信的可靠性。

R29下拉电阻，当SWD通信不活跃时，如果SWCLK线没有外部信号驱动且没有下拉电阻，其状态可能会处于未知状态（浮空）。添加下拉电阻可以使SWCLK在不使用时保持稳定的低电平状态，这有助于保持一个明确的状态，避免因外部干扰等原因而随机翻转，从而减少线路上的噪声。

当然了没有上拉或下拉电阻，平时SWD口下载不大会有问题。

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STLINK V2下载器/JLINK V9下载器如何与GD32开发板连接图:
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简易STLINK V2下载器/DAPLINK下载器如何与GD32开发板连接图:

引脚对应关系：

2)BOOT电路

单片机上电或复位后，启动方式有三种 1.内部 FLASH 启动方式，2.内部 SRAM 启动方式 (用的较少)，3.系统存储器启动方式。
我们板子默认就是BOOT0引脚下拉10K电阻接地，这样就配置成内部FLASH启动方式。用STLINK下载调试的时候，芯片正常运行的时候都是采用内部FLASH启动方式。如果一定要采用系统存储器启动方式(ISP情况)，可以用杜邦线把J5插针的23脚(BOOT0)跟3.3V连接，一般情况这个针脚不需要去接3.3V

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单片机三种启动方式简介：
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内部FLASH启动方式原理：
当芯片上电后采样到 BOOT0 引脚为低电平时，0x00000000 和 0x00000004 地址被映射到内部 FLASH 的首地址 0x08000000 和 0x0800 0004。因此，内核离开复位状态后，读取内部 FLASH 的 0x08000000 地址空间存储的内容，赋值给栈指针 MSP，作为栈顶地址，再读取内部 FLASH 的 0x08000004 地址空间存储的内容，赋值给程序指针 PC，作为将要执行的第一条指令所在的地址。完成这两个操作后，内核就可以开始从 PC 指向的地址中读取指令执行了。

系统存储器启动方式原理：
当芯片上电后采样到 BOOT0 =1，BOOT1=0 的组合时，内核将从系统存储器的 0x1FFFF000 及 0x1FFFF004 获取 MSP 及 PC 值进行自举。系统存储器是一段特殊的空间， GD32单片机在芯片出厂前就在系统存储器中固化了一段代码。因而使用系统存储器启动方式时，内核会执行该代码，该代码运行时，会为 ISP(In System Program)提供支持，一般这种启动方式是应用于用单片机串口对单片机进行程序烧录的场合，我们在学习单片机的阶段一般都是用STLINK对程序进行烧录，所以这种启动方式只有个别实验才会用到。