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前言

上一章节嵌入式开端,已经给老铁介绍了STM32F103ZET6这款MCU的选型以及命名规则. 这篇文章, 主要给老铁介绍一下STM32F103ZET6的引脚概念.

一、引脚的概念

1.什么是引脚

引脚(Pin): 就是从MCU内部引出与外部电路相连. 所有的引脚就构成了这个MCU的接口.

2.引脚布局

引脚布局属于硬件，那么就⼀定能在STM32F103xE《数据手册》中找到引脚相关内容。

数据手册中的LQFP封装144个引脚的引脚布局图如下:

上面这个图有些抽象, 我会把引脚布局与真实的STM32F103ZET6的MCU联系起来.

我们通过STM32F103ZET6芯片上的我小黑点找到1号引脚. 四条边的引脚编号逆时针排列就是1-36, 37-72, 73-108, 109-144.

二、引脚的功能

1. 特殊功能引脚

功能由MCU芯片硬件永久固定，不可通过软件更改。必须按照数据手册规定的用途正确连接（如接电源、接地地、时钟、复位），MCU才能正常启动和工作

1.1 VDD(接正极)与VSS(接地)

VDD: Voltage Drain Drain, 在 STM32F103 系列上，通常连接 +3.3V.
VSS: Voltage Source Source 在 STM32F103 系列上，连接到电路的 GND （地线）.

1.2 NRST复位引脚

复位引脚: (Reset) 指的是让单片机强制回归初始状态, 相当于 “重启”.

NRST全称: Negative-Reset.
N代表 Negative 或 Not，强调该引脚在低电平(0V) 时触发复位。
如果写成 RST或RESET, 通常可能是高电平有效; 带 N 前缀则明确是低电平有效.

如果按下复位按键, 开关闭合,电路导通, 单片机重启. 此时NRST引脚接地,显示为低电平.
如果没有按下复位按键, 开关断开. 单片机正常运行. 此时NRST引脚显示为高电压.

1.3 VBAT: 备用电池引脚

未来我们的开发板除了VDD供电, 还有VBAT备用供电.

当掉电(VDD异常)时, VBAT自动为MCU供电(主要是RTC(实时时钟)和备份寄存器)确保时间不丢失、数据不丢失, 但 MCU 整体停止运行.这提高了系统的可靠性.

举个例子: 就像我们的电脑拔掉电源放两天之后再打开, 点脑显示的时间依然不会错乱. 这都是因为断开电源后,电脑内部也有备用电池仅维持 BIOS 时钟和设置. 电脑本身不能运行, 但下次开机时间还是准的.

VBAT的实现主要是以依赖外接的纽扣电池,详情可见电路图:
解释: 这个电路里有两个电源, 一个时VDD(3.3V), 一个是纽扣电池(3V). 他们分被链接在肖特基二极管上(阳极到阴极的导通电压约为0.15V-0.45V). 下面以0.4V导通电压为例.

正常供电下: VDD3.3V供电, 通过U5肖特基二极管后, 电压约为2.9V. 此时纽扣电池为3V, 所以纽扣电池连接的的肖特基二极管BAT54C没有到导通. VDD完成对VBAT引脚的供电,单片机正常工作.

掉电后: VDD3.3V供电消失了, 此时纽扣电池(3V)供电, 特基二极管BAT54C导通, 纽扣电池实现了对VBAT引脚的备用供电. 以确保掉电后MCU时间不丢失、数据不丢失, 但 MCU 整体停止运行.

1.4 BOOT0: 启动模式选择引脚

BOOT0有两种状态:

1. 接GND: 此时MCU一旦被Reset, 那么MCU执行的就是我烧写进MCU的程序.
2. 接3.3V: 此时MCU一旦被Reset, 进入刷机模式, 执行意法半导体在芯片内部提供的Bootloader代码. 可以用它进行强制烧写.

可以预见,将来如果我们写的程序无法烧录进入MCU内部, 我们可以把BOOT0设置为3.3V, reset一下之后, 进入刷机模式, 强制把程序烧写到板子里.

BOOT0引脚电路原理图如下: 我们安装了一个垂直滑动开关, 可以选择BOOT0是接GND还是3.3V. 可以手动调整单片机复位重启后要执行的程序.

1.4 NRST: 复位引脚 VS BOOT0: 启动模式选择引脚

这两个引脚的功能不要搞混淆了:

复位引脚: (Reset) 指的是按下复位按钮后让单片机强制回归初始状态, 相当于 “重启” 单片机.

BOOT0引脚: 指的是我们按下复位按钮后,单片机重启. 重启后BOOT0决定选择运行哪些代码. 究竟是运行我们烧录的代码, 还是MCU内部的bootloader代码.

2.普通引脚

出去32个特殊引脚外,剩余的112个就是普通引脚.

普通引脚是MCU 的“可编程接口”。其功能完全由你的软件决定。你可以动态地将其配置为输入（读取按键）、输出（控制 LED ）或复用为 UART、I2C、SPI、PWM、ADC 等特定外设功能。

1. 从物理引脚布局来看: STM32F103ZET6这个MCU的引脚在内部被分为1-144号.
   
2. 但是从功能逻辑上来看: 每个引脚在外部会有一个自己的名称.(比如PA0, PE1等等)

我们通过字母对普通引脚进行分组, 在每一组里再使用数字对引脚进行编号.
一共分为7组分别由PA, PB, PC…到PG, 每一组有16个引脚. 总共有112个普通引脚.

注意: 每一组普通引脚在物理引脚布局上并不是连续的. 我们只是逻辑上把某些引脚划分为一组.
我用Cubemx的可视化功能给大家展示一下PB这一组普通引脚在引脚布局上就不是连续的.图中的黑色部分.

总结

这一节主要给个未来铁门展示一下引脚的概念, 布局. 以及解释一下引脚中的特殊引脚和普通引脚.

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