一款集成ST-link下载及虚拟串口的STM32F103C8T6最小系统板设计

前言        

        在以前的STM32单片机应用中，经常使用STM32F103C8T6最小系统板（小蓝板）作为主控。程序下载和串口交互都需要额外器件和接线，程序下载的话要用到ST-link，串口交互用到USB-TTL，常见的样子就下面这样吧。

     为了摆脱接线的麻烦和少占用我一个USB口，我决定将它俩集成到主控上。这里采用的方案是ST-link V2.1，上图所示的是ST-link V2，它没带串口功能。而V2.1的带有虚拟串口，但是固件大小比V2的大。

一、设计3D展示

        

         这里用要2块STM32F103的芯片，顶层的芯片是刷ST-link V2.1固件作下载加串口功能，底层是真正要用的主控芯片，并且如果要用ST的芯片，作下载和串口的芯片要用STM32F103CB，否则128KB固件刷不进去，后面我用的是AIR32F103CB（5块一片）替代，因为正版的芯片有点贵。主控芯片C8/CB都可以，看个人选择。

        除此之外，我又加了一个0.91寸的OLED和2个龟仔按键，2个LED灯作为简单的外设拓展。

二、实物展示

 

         纯手工焊接，丑了点，但不影响性能。

三、功能展示

         

 

         上面是ST-link设备识别、串口设备识别、虚拟U盘识别，下载和串口调试已验证无误，成功实现一线通。

下面演示的是虚拟U盘下载

四、仿制步骤

1.简述

• 本设计板载ST-link V2.1，具备虚拟串口功能，能完成程序下载、串口调试一线通。同时，板载2个LED指示灯，2个外部按键，0.91寸IIC协议OLED
• 关于ST-link V2.1与ST-link V2：功能上V2.1比V2多虚拟串口功能，固件比V2大，要用128KB容量芯片
• 本设计用到2块单片机芯片，顶层的是作为ST-link V2.1，可以用AIR32F103CB代替，否则只能用STM32F103CB（128KB），ST的芯片价格可能较高。底层的芯片是作为主控芯片，选用ST正版芯片或国产替代也可以
• 该电路焊接制作会较为复杂，建议有一定动手能力和问题分析能力的小伙伴上手
• 关于元器件，屏幕用的是某园的如下款

   

     晶振用的是三脚无源晶振，为了减小总体体积。其它元器件基本都是0603封装的，有个保险丝是0805封装。

2.电路板打样

        原理图和PCB在立创已开源：点击跳转

3.制作、调试步骤

板子焊接首先从底层焊接，锡膏加加热台，底层的所有贴片器件都可以全部贴完上去（图示排针肯定是最后最后最后焊接，当时做的时候没拍过程图）

   

2.第二步

          第二步焊接顶层芯片和Type-C接口，同时在底层裸露的焊盘用杜邦线的公头端焊接，用于给芯片下载程序。杜邦线和板子的VCC和GND可以不用焊接，直接用手摁在排针孔上。最后要检查一下焊完这些有没有短路的，上电不短路进行下一步。

  

3.第三步

       打开STM32 ST-LINK Utility，杜邦线母头端和STlink模块连接，公头连接板子。然后将STlink模块插到电脑。

    

使用STlink模块连接芯片。

  选择固件STLinkV2.J28.M18.bin下载，下载过程中不要乱动，可能会下载失败。

4.第四步

    进行固件更新

    拔掉STlink模块，使用type-C线把板子和电脑连接，从STM32 ST-LINK Utility中打开升级工具。这个是必须要升级的

    

来到关键的一步，点击Device Connect，如果一切正常，显示如下。不正常的话一般都是焊接出错了，或者需要拔插连接电脑多次才能识别出来。这里也是坑点出现的地方

到这里，点击确定，然后再次点击Device Connect

能看到原来刷的固件版本，和要升级到的目标版本，点击Yes，进行升级，中途别乱动，可能会如下图卡死。

卡死就重新再来

这里是显示成功了。重新拔插连接电脑，会识别到STlink和串口设备，同时会多个U盘设备出来

5.第五步

完成剩余元器件的焊接。烧录测试bin文件代码，验证整体没有问题。

烧录完成，要手动按一下复位键，效果如下，蓝灯常亮，绿灯快闪（视频转GIF颜色有些淡化了）

        验证无误就可以用了，以后下载调试只要一根Type-C线，上面演示的是虚拟U盘下载，日常在Keil软件中就可以直接下载，串口就懒得演示了。