应用笔记|STM32U575/585 MCU 硬件开发入门

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关键词：硬件，概览

1、引言

本应用笔记为系统开发者概述了开发板特性的硬件实现。开发板特性为供电电源、时钟管理、复位控制、自举模式设置和调试管理。

本文档详细介绍了如何使用 STM32U575xx 和 STM32U585xx 微控制器（也称为 STM32U575/585）。其中介绍了使用这些 MCU开发应用程序所需的最少硬件资源。

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。

本文档适用于基于 Arm的 STM32U575/585 微控制器。

2、电源管理

2.1 电源

STM32U575/585 器件要求 1.71 至 3.6 V 的工作电压电源（VDD）。

下面列出的独立电源可用于特定外设：

• VDD = 1.71 V 至 3.6 VVDD 是为 I/O、内部稳压器和系统模拟信号（如复位、电源管理和内部时钟）供电的外部电源。VDD 通过VDD 引脚从外部提供。• VDDA = 1.58 V (COMPs) / 1.6 V (DACs/OPAMPs) / 1.62 V (ADCs) / 1.8 V (VREFBUF) 至 3.6 VVDDA 是为 A/D 转换器、D/A 转换器、电压参考缓冲器、运算放大器和比较器供电的外部模拟电源。VDDA 电压电平独立于 VDD 电压。不使用这些外设时，VDDA 引脚必须优先连接至 VDD 电压电源。

提示 如果 VDDA 引脚保持为高阻抗或连接至 VSS，则可施加到 I/O（具有"_a" I/O 结构）上的最大输入电压将降低（参见器件数据手册以了解更多详细信息）。

• VDDSMPS = 1.71 V 至 3.6 VVDDSMPS 是为 SMPS 降压转换器供电的外部电源。它通过 VDDSMPS 引脚从外部提供，且必须连接到与VDD 引脚相同的电源。• VLXSMPSVLXSMPS 引脚是开关 SMPS 降压转换器输出。• VDD11VDD11 是通过内部 SMPS 降压转换器 VLXSMPS 引脚提供的数字内核电源。仅出现在具有内部 SMPS 的封装上的两个 VDD11 引脚连接至总量为 4.7 µF（典型值）的外部电容。此外，每个 VDD11 引脚需要一个 100 nF陶瓷电容。• VCAPVCAP 是来自内部 LDO 稳压器的数字内核电源。VCAP 引脚（一个或两个）仅出现在只具有 LDO（无SMPS）的封装上，需要连接至总量为 4.7 μF（典型值）的外部电容。此外，每个 VCAP 引脚需要一个 100nF 陶瓷电容。

提示 – 如果有两个 VCAP 引脚（UFBGA169 封装），则每个引脚必须连接至 2.2 µF 电容（总量约为 4.4 µF）（最大 4.7 µF）。每个 VCAP 还需要一个 100 nF 陶瓷电容。

– SMPS 电源引脚（VLXSMPS、VDD11、VDDSMPS、VSSSMPS）仅在具有 SMPS 的封装上可用。在此类封装中，STM32U575/585 器件并联嵌入了两个稳压器（一个 LDO 和一个 SMPS），以便为数字外设提供VCORE 电源。VDD11 引脚上需要总 4.7 μF 的外部电容和 2.2 µH 线圈。此外，每个 VDD11 引脚需要一个100 nF 陶瓷电容。

– Flash 由 VCORE 和 VDD 供电。

• VDDUSB = 3.0 V 至 3.6 VVDDUSB 为外部独立电源，为 USB 收发器供电。VDDUSB 电压电平独立于 VDD 电压。不使用 USB 时，VDDUSB 引脚必须优先连接至 VDD 电压电源。

提示 如果 VDDUSB 引脚保持为高阻抗或连接至 VSS，则可施加到 I/O（具有"_u" I/O 结构）上的最大输入电压将降低（参见器件数据手册以了解更多详细信息）。

• VDDIO2 = 1.08 V 至 3.6 VVDDIO2 是为 14 个 I/O (port G[15:2])供电的外部电源。VDDIO2 电压级别与 VDD 电压无关，不使用 PG[15:2]时，最好连接到 VDD。

提示 在小封装上，VDDA、VDDIO2 或 VDDUSB 独立电源可能不作为专用引脚出现，且内部连接至 VDD 引脚。如果产品上不支持某功能，则该功能也不会出现。

• VBAT = 1.65 V 至 3.6 V（保证功能降至 VBOR_VBAT 最小值，参见产品数据手册）当 VDD 掉电时（通过电源开关），VBAT 为 RTC、TAMP、外部时钟 32 kHz 振荡器、备份寄存器和可选备份SRAM 提供电源。• VREF- 和 VREF+VREF+ 为 ADC 和 DAC 的输入参考电压。使能时，它还是内部电压参考缓冲器（VREFBUF）的输出。当ADC 和 DAC 不使能时，VREF+引脚可接地。内部电压参考缓冲器支持四个输出电压，可利用 VREFBUF_CSR 寄存器中的 VRS[2:0]字段进行配置：– VREF+大约为 1.5 V。这要求 VDDA ≥ 1.8 V。– VREF+大约为 1.8 V。这要求 VDDA ≥ 2.1 V。– VREF+大约为 2.048 V。这要求 VDDA ≥ 2.4 V。– VREF+大约为 2.5 V。这要求 VDDA ≥ 2.8 V。VREF- 和 VREF+ 引脚并非在所有封装上可用。当不可用时，它们分别与 VSSA 和 VDDA 引脚绑定。当 VREF+引脚与 VDDA 在一个封装中互相绑定时，内部 VREFBUF 不可用且必须禁用。VREF- 必须始终等于 VSSA。 下图显示了 STM32U575/585 器件电源概述，具体取决于 SMPS 存在性。

在无 SMPS 的器件中，I/O 和系统模拟外设（如 PLL 和复位模块）由 DD 电源供电。为数字外设和存储器供电的VCORE 电源由 LDO 生成。

提示 如果选定的封装具有 SMPS 降压转换器选项，但 SMPS 不被应用程序使用（而是使用嵌入式 LDO），则建议设置 SMPS 电源引脚，如下所示：

• 将 VDDSMPS 和 VLXSMPS 连接至 VSS

• 将 VDD11 引脚通过两个(2.2 µF + 100 nF)电容连接至 VSS（如在正常模式下）

2.1.1 独立模拟外设电源

为了提高 ADC 和 DAC 转换精度、扩展供电的灵活性，模拟外设配有独立电源，可以单独滤波并屏蔽 PCB 上的噪声。

模拟外设的电压电源输入在单独的 VDDA 引脚上可用。VSSA 引脚提供了独立的电源接地连接。

VDDA 电源电压可与 VDD 不同。复位后，由 VDDA 供电的模拟外设是逻辑隔离且电隔离的，因而不可用。当 VDDA电源存在时，使用这些外设前，必须通过设置 PWR_SVMCR 寄存器中的 ASV 位，解除此隔离。

VDDA 电源可由模拟电压监测(AVM)监控，并与两个阈值（AVM1 为 1.6 V，而 AVM2 为 1.8 V）进行比较。有关更多详细信息，请参见器件数据手册和参考手册的“外设电压监测(PVM)”部分。

当使用单供电时，VDDA 引脚可外部连接至同一 VDD 电源，为得到无噪声的 VDD 参考电压，需通过外部滤波电路。

ADC 和 DAC 参考电压

为确保低电压输入和输出上的更好精度，用户可将 VREF+连接至一个独立的、低于 VDDA 的参考电压源。

对于模拟输入 （ADC）或输出 （DAC）信号， VREF+为最高电压，以满量程值表示。VREF+可由外部参考或VREFBUF（可以输出可配置电压：1.5、1.8、2.048 或 2.5 V）来提供。VREFBUF 还可通过 VREF+引脚为外部元件提供电压。

有关更多信息，请参见器件数据手册和参考手册的“电压参考缓冲器(VREFBUF)”部分。

2.1.2 独立 I/O 电源轨

来自端口 G（PG[15:2]）的一些 I/O 由单独的电源轨供电。此轨的电源范围为 1.08 V 至 3.6 V，可通过 VDDIO2 引脚外部提供。VDDIO2 电压电平完全独立于 VDD 或 VDDA。

VDDIO2 引脚仅可用于一些封装（参见数据手册中的引脚排列详细信息，以了解 I/O 列表）。

复位后，由 VDDIO2 供电的 I/O 是逻辑隔离且电隔离的，因而不可用。当 VDDIO2 电源存在时，从 PG[15:2]使用任一I/O 前，必须通过设置 PWR_SVMR 寄存器中的 IO2SV 位，解除此隔离。

VDDIO2 电源由 VDDIO2 电压监测(IO2VM)监控且与内部参考电压（3/4 VREFINT，约为 0.9 V）进行比较。有关更多详细信息，请参见器件数据手册和参考手册的“外设电压监测(PVM)”部分。

2.1.3 独立的 USB 收发器电源

USB 收发器通过一个单独的电源 VDDUSB 供电。VDDUSB 范围从 3.0 V 到 3.6V，完全独立于 VDD 或 VDDA。

复位后，由 VDDUSB 供电的 USB 功能是逻辑隔离且电隔离的，因而不可用。当 VDDUSB 电源存在时，使用 USB OTG 外设前，须通过设置 PWR_SVMR 寄存器中的 USV 位，解除此隔离。

VDDUSB 电源由 USB 电压监测(UVM)监控且与内部参考电压（VREFINT，约为 1.2 V）进行比较。有关更多详细信息，请参见器件数据手册和产品参考手册的“外设电压监测(PVM)”部分。

2.1.4 电池备份域

为了在 VDD 掉电时，还能保留备份寄存器的内容，且为 RTC 供电，可将 VBAT 引脚连接到电池或者其他备用电源

上。

VBAT 引脚为 RTC、TAMP、LSE 振荡器和 PC13 到 PC15 I/O 供电，允许 RTC 在主电源关闭时也可工作。

当在 PWR_BDCR1 寄存器中设置 BREN 位时，可通过 VBAT 引脚为备份 SRAM 供电。

VBAT 电源的开关由复位模块中内置的掉电复位电路进行控制。

Caution:

• 在 tRSTTEMPO（VDD 启动时）或 PDR（下电复位）检测期间，VBAT 和 VDD 之间的电源开关仍连接到 VBAT引脚。• 在启动阶段，如果 VDD 的建立时间小于 tRSTTEMPO（有关 tRSTTEMPO 的值，参见数据手册）且 VDD > VBAT+ 0.6 V，会有电流经由 VDD 引脚和电源开关(VBAT)之间连接的内部二极管注入 VBAT 引脚。如果连接到VBAT 引脚的电源/电池无法承受此注入电流，则强烈建议在该电源与 VBAT 引脚之间连接一个低压降二极管。如果没有使用任何外部电池，建议将该 VBAT 引脚连接到带有 100 nF 外部去耦电容的 VDD 上。通过 VDD 对备份域供电时（模拟开关连接到 VDD 引脚），以下引脚可用：• PC13、PC14 和 PC15，可用作 GPIO 引脚• PC13、PC14 和 PC15——三个引脚可由 RTC 或 LSE 进行配置（参见参考手册的 RTC 部分）• 下列引脚，由 TAMP 配置为篡改引脚：– PE3（TAMP_IN6/TAMP_OUT3）– PE4（TAMP_IN7/TAMP_OUT8）– PE5（TAMP_IN8/TAMP_OUT7）– PE6（TAMP_IN3/TAMP_OUT6）– PC13（TAMP_IN1/TAMP_OUT2）– PA0（TAMP_IN2/TAMP_OUT1）– PA1（TAMP_IN5/TAMP_OUT4）– PC5（TAMP_IN4/TAMP_OUT5）

提示 • 由于电源开关仅能传递有限的电流(3 mA)，因此使用输出模式的 PC13 到 PC15 I/O 受限：速率必须限制在2 MHz，最大负载为 30 pF。这些 I/O 不能作为电流源使用（如，驱动 LED）。

• 在 VDD 下，TAMP_OUTx 引脚（PE3、PE4、PE5、PE6、PA0、PA1、PC5）与其连接到的 GPIO 保持相同的速度特性。但是，在 VBAT 下，TAMP_OUTx 引脚的速度必须限制为 500 kHz。

• 在 VDD 或 VBAT 下，PC13 引脚的速度必须始终限制为 2 MHz。

备份域访问

系统复位后，备份域（RCC_BDCR、PWR_BDCR1、RTC、TAMP、备份寄存器及备份 SRAM）将受到保护，以防止意外的写访问。要使能对备份域的访问，请按以下步骤进行操作：

1. 通过在 RCC_AHB3ENR 寄存器中设置 PWREN 位，使能电源接口时钟。

2. 在 PWR_DBPR 寄存器中设置 DBP 位，使能对备份域的访问。

VBAT 电池充电

当 VDD 存在时，可通过 5 kΩ 或 1.5 kΩ 的内部电阻为 VBAT 上的外部电池供电，具体取决于 PWR_BDCR2 寄存器中的 VBRS 位。

可通过在 PWR_BDCR2 中设置 VBE 位来使能电池充电。在 VBAT 模式下自动禁用。

2.1.5 调压器

STM32U575/585 器件并联嵌入了以下内部调节器，以便为数字外设、SRAM1/2/3/4 和嵌入式 Flash 存储器提供VCORE 电源：

• SMPS 降压转换器

• LDO（线性电压稳压器）

可以在应用程序运行时进行选择，具体取决于应用需求。SMPS 可降低功耗，但 SMPS 产生的噪音可能会影响一些外设行为，需要应用程序在运行外设时切换至 LDO，以达到最佳性能。

除了待机电路和备份域，LDO 或 SMPS 可用于所有电压调节范围（范围 1/2/3/4）、所有停止模式（停止 0/1/2/3）

和待机模式（有 SRAM2）（参见参考手册中的“低功耗模式总结”表）。

无 SMPS 的 STM32U575/585 器件仅嵌入了 LDO 稳压器，该稳压器可控制所有电压调节范围和功耗模式。

动态电压调节管理

LDO 和 SMPS 稳压器可提供四种不同的电压（电压调节），且可在所有停止模式下工作。这两种稳压器均可在以

下范围操作：

• 范围 1（1.2 V、160 MHz），高性能：提供 1.2 V 的典型输出电压，且在系统时钟频率高达 160 MHz 时使用。• 范围 2（1.1 V、110 MHz），中/高性能：提供 1.1 V 的典型输出电压，且在系统时钟频率高达 110 MHz 时使用。• 范围 3（1.0 V、55 MHz），低/中功率：提供 1.0 V 的典型输出电压，且在系统时钟频率高达 55 MHz 时使用。• 范围 4（0.9 V、25 MHz），低功率：提供 0.9 V 的典型输出电压，且在系统时钟频率高达 25 MHz 时使用。

通过 PWR_VOSR 寄存器中的 VOS[1:0]字段选择电压调节。

Caution:

在将范围 1 和范围 2 中的系统时钟频率增加至超过 50 MHz 之前，必须启用EPOD（嵌入式功率分配）加速器且使其就绪（有关在电压调节范围之间切换的顺序，参见参考手册）。

2.1.6 I/O 模拟开关的供电

一些 I/O 嵌入模拟开关，用于模拟外设（ADC、COMP、DAC）和 TSC（触摸感应控制器）功能。默认情况下，这些开关由 VDDA 供电，但可以由 VDDA 升压器或 VDD 供电，具体取决于 SYSCFG_CFGR1 寄存器中 ANASWVDD

和 BOOSTEN 位的配置。

建议在 VDDA、VDDA 升压器和 VDD 之间以最高电压值为 I/O 开关供电。

提示 如果可能，选择噪音通常较小的 VDDA 或 VDDA 升压器，而非 VDD。TSC 功能的模拟开关由 VDD 供电。

2.2 电源方案

器件通过稳定的 VDD 电源供电，如下所述：

• VDD 引脚必须连至带有外部去耦电容的 VDD：封装的 10 μF（典型值，最低 4.7 µF）单个钽电容或陶瓷电容，及每个 VDD 引脚的 100 n 陶瓷电容。• VDD11 引脚仅出现在有 SMPS 的封装上。SMPS 降压转换器需要在 VLXSMPS 和 VDD11 引脚之间连接一个2.2 μH（典型值）外部陶瓷线圈。此外，将 VDD11 引脚上的两个 2.2 μF 电容连接到 VSSSMPS 引脚。接着，需要在每个 VDD11 引脚和接地之间连接一个 100 nF 陶瓷电容。• VCAP 引脚仅出现在标准封装（无 SMPS）上。它需要将一个 4.7 µF（典型值）外部去耦电容连接至 VSS。如果有两个 VCAP 引脚（UFBGA169 封装），则每个 VCAP 引脚必须连接至 2.2 µF（典型值）电容（最大4.7 µF）。此外，需要在每个 VCAP 引脚和接地之间连接一个 100 nF 陶瓷电容。• VDDA 引脚必须连至两个外部去耦电容，100 nF 陶瓷电容和 1 µF 钽电容或陶瓷电容。可采用更多措施过滤数字噪声：VDDA 可通过铁氧体磁环连至 VDD。• VDDIO2 引脚必须连接至 4.7 µF 的外部去耦电容、钽电容或陶瓷电容。此外，每个 VDDIO2 引脚需要一个外部 100 nF 陶瓷电容。• VDDUSB 引脚必须连接至外部 100 nF 陶瓷电容。• VREF+引脚可通过外部电压参考提供。这种情况下，必须在此引脚上连接外部 100 nF + 1 μF 钽或陶瓷电容。它也可由 VREFBUF 内部供电。这种情况下，此引脚上必须连接外部 100 nF + 1 μF（典型值）电容。• VBAT 引脚可连接至外部电池来保持备份域内容：– 当 VDD 存在时，可通过 5 kΩ 或 1.5 kΩ 的内部电阻为 VBAT 上的外部电池充电。这种情况下，用户可以根据预期的放电时间插入一个电容（建议 1 µF）。– 如果没有使用任何外部电池，建议将该 VBAT 引脚连接到带有 100 nF 外部去耦电容的 VDD 上。• VDDUSB 引脚在出现在封装中时可以连接至 100 nF 的陶瓷电容。 下图详细介绍了有 SMPS 和无 SMPS 封装的供电方案。

Caution:

如果有两个 VCAP 引脚（UFBGA169 封装），则每个引脚必须连接至 2.2 µF（典型值）电容（总量约为 4.4µF）。

提示

• SMPS 和 LDO 稳压器同时提供 VCORE 电源，具体取决于应用需求。但是，同时只能有其中一个稳压器为有效。当 SMPS 有效时，它在通过 SMPS VLXSMPS 输出引脚提供的两个 VDD11 引脚上向 VCORE 馈电。然后，在每个 VDD11 引脚上需要一个 2.2 µH 线圈和 2.2 μF 电容。LDO 在有效时向 VCORE 供电并使用

VDD11 引脚上的相同去耦电容对其进行调节。

• 需要在每个 VDD11 引脚/焊球附近添加一个 100 nF 的去耦电容。

2.3 VDDA、VDDUSB、VDDIO2 和 VDD 之间的供电排序

2.3.1 电源隔离

器件具有强大的复位系统，该系统可确保主电源(VDD)在释放 MCU 复位之前达到有效的工作范围。

此复位系统还负责隔离独立的电源域：VDDA、VDDUSB、VDDIO2 和 VDD。此复位系统由 VDD 供电且在 VDD 达到最低电压（在最差条件下为 1 V）之前不工作。

为了避免在可用电源和 VDD（或接地）之前泄漏电流，在下电期间必须先将 VDD 供应至 MCU，最后再释放（有容差）（参见第 2.3.3 节 ）。

2.3.2 一般要求

在上电和下电阶段，必须遵守以下电源序列要求：

• 当 VDD 低于 1 V 时，其他电源（VDDA、VDDIO2 和 VDDUSB）必须保持低于 VDD + 300 mV。

• 当 VDD 超过 1 V 时，所有电源均为独立。

提示 VBAT 是独立的电源且没有限制与 VDD。所有电源干线可连接到一起。

2.3.3 下电阶段的特定条件

在下电阶段，VDD 仅在为 MCU 提供的能量仍低于 1 mJ 时暂时低于其他电源。这使外部去耦电容在下电瞬态阶段以不同的时间常量放电（参见图 5）。

VDDX（VDDA、VDDIO2 或 VDDUSB）电源轨必须在 DD 之前关闭。

提示 在下电瞬态阶段，VDDX 可仍临时超过 VDD（参见图 5）。

下电阶段向 MCU 提供能量的计算示例

如果 VDDX 上的去耦电容总和为 10 μF 且 VDD 降至 1 V 以下，而 VDDX 仍为 3.3 V，则去耦电容中的剩余能量为：

E = ½ C x V2 = ½ x 10-5 x 3.32 = 0.05 mJ

去耦电容中的剩余能量低于 1 mJ，因此，可接受 MCU 对其进行吸收。

2.4 复位和电源监控

2.4.1 欠压复位（BOR）

器件具有欠压复位(BOR)电路。除关断模式外，BOR 在所有功耗模式下均激活，且不可禁用。BOR 监测备份域电源电压，即在存在时为 VDD，不存在时为 VBAT。

通过选项字节，可对 5 个 BOR 阈值进行选择。

上电期间，BOR 将使器件保持复位状态，直到电源电压 VDD 达到指定的 VBORx 阈值。当 VDD 降至所选阈值以下时，将使器件复位。当 VDD 高于 VBORx 上限时，释放器件复位，系统可以启动。

有关欠压复位阈值的详细信息，参见数据手册的电气特性部分。

2.4.2 系统复位

除了寄存器 RCC_CSR 中的复位标志和备份域中的寄存器外，系统复位会将其它全部寄存器都复位为复位值。

只要发生以下事件之一，就会产生系统复位（参见参考手册以了解更多详细信息）：

• NRST 引脚低电平（外部复位）

• 窗口看门狗事件（WWDG 复位）

• 独立看门狗事件（IWDG 复位）

• 软件复位

• 低功耗模式安全复位

• 选项字节加载复位

• 欠压复位

这些源均作用于 NRST 引脚，该引脚在时延阶段中始终保持低电平。通过启动选项字节选择复位服务入口向量。

芯片内部的复位信号会向 NRST 引脚上输出一个低电平脉冲。脉冲发生器可确保每个内部复位源的复位脉冲都至少

持续 20 µs。对于外部复位，在 NRST 引脚处于低电平时产生复位脉冲。

内部复位情况下，内部上拉 RPU 失效，从而节约功耗。

2.4.3 备份域复位

只要发生以下事件之一，就会产生备份域复位：

• 软件复位，通过在 RCC_BDCR 寄存器中设置 BDRST 位来触发• 在电源 VDD 和 VBAT 都已掉电后，其中任何一个又再上电

备份域复位仅影响 LSE 振荡器、RTC 和 TAMP、备份寄存器、备份 SRAM、RCC_BDCR 和 PWR_BDCR1 寄存器。

3、封装

3.1 封装总览

封装选择必须考虑一些主要取决于应用的限制。

下面汇总了最常见的一些限制：

• 需要的接口数量：部分封装可能缺乏某些接口。某些接口组合在有的封装上可能没有。• PCB 技术限制：窄间距和高焊球密度可能要求更多的 PCB 层数和更高级的 PCB。• 封装高度• 可用的 PCB 面积• 噪声发射或者高速接口的信号完整性• 更小的封装通常具有更好的信号完整性。由于窄间距和高焊球密度需要多层 PCB，这样可以有更好的电源/地分布，因此这一点得到进一步增强。• 与其它器件的兼容性

3.2 引脚排列总览

Caution: 在上表的几乎所有电源引脚中，有 SMPS 和无 SMPS 的 STM32U575/585 封装彼此无法兼容。

示例：在有 SMPS 的封装上，VDDIO2 为引脚号 130。而在无 SMPS 的封装上，引脚 130 映射到 VSS 引脚。这意味着在 SMPS 插座上安装传统封装时，系统短路。

4、时钟

可以使用下列时钟源来驱动系统时钟 (SYSCLK)：

• HSI16：高速内部 16 MHz RC 振荡器时钟• MSIS：多种速率内部 RC 振荡器时钟• HSE：高速外部晶振或时钟，从 4 到 50 MHz• PLL1 时钟从复位中启动后，MSIS 用作系统时钟源，配置为 4 MHz。 器件具有以下附加时钟源：• MSIK：多种速率内部 RC 振荡器时钟，用于外设内核时钟• LSI：32 kHz 低速内部 RC，该 RC 用于驱动独立看门狗，也可选择提供给 RTC 用于停机和待机模式下的自动唤醒• LSE：32.768 kHz 低速外部晶振或时钟，用于驱动实时时钟(rtc_ck)• HSI48：内部 48 MHz RC，该 RC 用于潜在驱动 OTG FS、SDMMC 和 RNG• SHSI：安全高速内部 RC，该 RC 用于驱动安全 AES (SAES)。• PLL2 和 PLL3 时钟对于每个时钟源来说，在未使用时都可单独开启或者关闭，以降低功耗。多个预分频器可用于配置 AHB 和 APB 频率域，最大频率为 160 MHz。

4.1 HSE 时钟

高速外部时钟信号(HSE)有以下几个时钟源：

• HSE 外部晶振/陶瓷谐振器• HSE 用户外部时钟，提供 OSC_IN 引脚

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。

4.1.1 外部晶振/陶瓷谐振器（HSE 晶振）

4 到 50 MHz 外部振荡器的优点是可以生成一个精度非常高的主时钟。相关的硬件配置如表 3 所示。有关详细信息，请参见数据手册的电气特性部分。

4.1.2 外部时钟源（HSE 旁路）

在此模式下，必须提供外部时钟源，频率高达 50 MHz。必须使用占空比约为 40%至 60%的外部时钟信号（方波、正弦波或三角波）来驱动 OSC_IN 引脚，具体取决于频率（参考数据手册），同时 OSC_OUT 引脚可用作 GPIO

使用（请参见表 3）。

提示 有关引脚可用性的详细信息，请参见数据手册的引脚排列部分。要最大程度降低功耗，建议采用方波信号。

4.2 HSI16 时钟

HSI16 时钟信号是从 16 MHz 内部 RC 振荡器生成的。HSI16 RC 振荡器以低成本提供时钟源（无需使用外部元件）。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。

HSI16 时钟还可作为备份时钟源（辅助时钟）使用，以防 HSE 晶振发生故障。

有关更多详细信息，请参见参考手册的“时钟安全系统(CSS)”部分。

4.3 MSI（MSIS 和 MSIK）时钟

MSI 由四个内部 RC 振荡器组成：MSIRC0 (48 MHz)、MSIRC1 (4 MHz)、MSIRC2 (3.072 MHz)和 MSIRC3 (400kHz)。每个振荡器提供一个预分频器，从而提供 1、2、3 或 4 分频。

由这些分频振荡器生成两个输出时钟：

• MSIS，可选择作为系统时钟• MSIK，可由一些外设选择作为内核时钟

可由软件分别使用 RCC_ICSCR1 寄存器中的 MSISRANGE [3:0]和 MSIKRANGE [3:0]字段（且 MSIRGSEL = 1）来调整 MSIS 和 MSIK 频率范围。提供十六个频率范围，由四个内部 RC 生成（参见参考手册以了解更多详细信息）。

如果 HSE 晶振发生故障，则 MSI 时钟还可作为备份时钟源（辅助时钟）（参见参考手册中的“时钟安全系统(CSS)”部分）。

MSI 振荡器可提供一个低成本（无外部元件）低功耗的时钟源。此外，当和 LSE 一起用于 PLL 模式时，MSI 可提供一个非常精确的时钟源，该时钟源可用于 USB OTG-FS 外设，并且向 PLL 反馈，使系统以最大速率 160 MHz 运行。

利用 LSE 进行硬件自动校准（PLL 模式）

当应用中存在 32.768 kHz 外部振荡器时，MSIS 或 MSIK 可配置为 PLL 模式。此模式已启用，如下所示：

• 对于 MSIS：在 RCC_CR 寄存器中将 MSIPLLEN 位置为 1

• 对于 MSIK：在 RCC_CR 寄存器中将 MSIPLLEN 位置为 0

如果 MSIS 和 MSIK 范围是从同一 MSIRC 源生成的，则 PLL 模式应用于 MSIS 和 MSIK。当配置为 PLL 模式时，

MSIS 或 MSIK 可利用 LSE 自动校准。该模式可用于所有 MSI 频率范围。48 MHz 时，处于 PLL 模式的 MSIK 可用

于 USB OTG FS 器件，不需要外部高速晶振。

关于如何测量 MSI 频率偏移的更多详细信息，参见参考手册的“利用 TIM15/TIM16/TIM17 的内部/外部时钟测量”部

分。

4.4 LSE 时钟

LSE 晶振是 32.768 kHz 低速外部晶振或陶瓷谐振器（参见表 3）。它为 RTC（实时时钟）外设提供低功耗且精度高的时钟源，用于时钟/日历或其他定时功能。

使用 RCC_BDCR 寄存器中的 LSEDRV[1:0]位，可在运行时更改晶振驱动强度，以实现稳定性、短启动时间和低功耗之间的最佳平衡。

外部时钟源（LSE 旁路）

在此模式下，必须提供频率高达 1 MHz 的外部时钟源。必须使用占空比约为 50%的外部时钟信号（方波、正弦波或三角波）来驱动 OSC32_IN 引脚，同时 OSC32_OUT 引脚可以作为 GPIO 使用（参见表 3）。

5、自举配置

5.1 启动模式选择

启动时，可通过 BOOT0 引脚、nBOOT0 和NSBOOTADDx[24:0]/SECBOOTADD0[24:0]选项字节来选择启动存储

器地址，启动地址包括：

• 从用户 Flash 存储器中的任何地址启动• 从系统存储器启动（自举程序）• 从嵌入式 SRAM 中的任何地址启动• 从根安全服务(RSS)启动

BOOT0 值可能来自 PH3-BOOT0 引脚或选项位，具体取决于在需要时释放 GPIO 焊盘的用户选项位的值。

当通过复位 TZEN 选项位(TZEN = 0)禁用 TrustZone时，启动空间如下表中详述。

当通过设置 TZEN 选项位（TZEN = 1）启用 TrustZone 时，启动空间必须位于安全区域。SECBOOTADD0[24:0]选项字节用于选择启动安全内存地址。可通过设置 BOOT_LOCK 选项位选择唯一的启动条目选项。所有其他启动选项将被忽略。

下表详细介绍了启用 TrustZone 时的自举模式。

5.2 嵌入式加载程序和 RSS

嵌入式自举程序位于系统存储器中，由意法半导体在生产阶段编程。它被用来通过使用下列串行接口之一重新编程：

• USART：引脚 PA9/PA10 上的 USART1，引脚 PA2/PA3 上的 USART2，引脚 PC10/PC11 上的 USART3 • I2C：引脚 PB6/PB7 上的 I2C1，引脚 PB10/PB11 上的 I2C2 和引脚 PC0/PC1 上的 I2C3 • SPI：引脚 PA4/PA5/PA6/PA7 上的 SPI1、引脚 PB12/PB13/PB14/PB15 上的 SPI2 和引脚 PB5/PG9/PG10/ PG12 上的 SPI3 • 引脚 PB8/PB9 上的 FDCAN1 • 引脚 PA11/PA12 上的 USB，通过 DFU（器件固件升级）在器件模式中使用

有关 STM32 加载程序的更多详细信息，请参见应用笔记《STM32 微控制器系统存储器自举模式》(AN2606)。

RSS（根安全服务）嵌入在名为“安全信息块”的 Flash 存储区，在 ST 生产期间编程。

例如，RSS 使用 RSS 扩展固件(RSSe SFI)启用 SFI（安全固件安装）。当生产被分包给第三方时，该特性允许客户保护烧写到 STM32 器件的固件的机密性。参照应用笔记安全固件安装（SFI）概述（AN4992）。

在通过 TZEN 选项位启用 TrustZone 后，RSS 在所有器件上可用。

6、调试管理

串行线/JTAG 调试端口(SWJ-DP)是 Arm 标准 CoreSight调试端口。

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、串行线连接器，以及连接主机与调试工具的电缆。

下图显示了主机到开发板的连接。

6.1 SWJ-DP（串行线和 JTAG 调试端口）

SWJ-DP 整合了：

• JTAG‑DP，提供用于连接到 AHP-AP 端口的 5 引脚标准 JTAG 接口 • SW-DP，提供用于连接到 AHP-AP 端口的 2 引脚（时钟+数据）接口

在 SWJ-DP 中，SW-DP 的 2 个 JTAG 引脚与 JTAG-DP 的 5 个 JTAG 引脚中的部分引脚复用。

提示 所有 SWJ-DP 端口 IO 都可以通过软件重新配置为其他功能，不过在这种情况下不能再进行调试。

6.2 引脚排列和调试端口引脚

器件的不同封装有不同的有效引脚数。因此，一些与引脚可用性有关的功能可能会因封装不同而不同。

6.2.1 SWJ-DP 引脚

五个引脚被用作 SWJ-DP 的输出，作为 GPIO（通用 I/O）的复用功能。所有封装（如下表详述）都提供这些引脚。

6.2.2 灵活的 SWJ-DP 引脚分配

复位（SYSRESETn 或 PORESETn）后，将用于 SWJ-DP 的全部 5 个引脚指定为专用引脚，可供调试工具立即使用。

提示 除非由调试工具明确编程，否则不分配跟踪输出。

下表显示释放一些引脚的多种可能性（有关更多详细信息，参见参考手册）。

6.2.3 JTAG 引脚上的内部上拉和下拉电阻

JTAG 输入引脚不得悬空，因为这些引脚直接连接到用于控制调试模式功能的触发器。还必须特别注意SWCLK/TCK 引脚，该引脚直接连接到一些触发器的时钟。

为避免 I/O 电平浮空，器件在 JTAG 输入引脚上嵌入以下内部电阻：

• JNTRST：内部上拉 • JTDI：内部上拉 • JTMS/SWDIO：内部上拉 • TCK/SWCLK：内部下拉

用户软件释放 JTAG I/O 后，GPIO 控制器便会重新对其进行控制，然后，软件可将这些 I/O 作为标准 GPIO。

GPIO 控制寄存器的复位状态会将 I/O 置于以下同等状态：

• JNTRST：输入上拉 • JTDI：输入上拉 • JTMS/SWDIO：输入上拉 • JTCK/SWCLK：输入下拉 • JTDO：输入浮空

提示 JTAG IEEE 标准建议在 TDI、TMS 和 nTRST 上增加上拉电阻，但对 TCK 没有特殊建议。然而，就器件而言，针对 JTCK 采用了集成的下拉电阻。由于带有上拉和下拉电阻，因此无需添加外部电阻。

6.2.4 使用标准 JTAG 连接器的 SWJ-DP 连接

下图显示了器件和标准 JTAG 连接器之间的连接。

6.3 串行线调试 (SWD) 引脚分配

所有封装（如下表详述）都提供相同的 SWD 引脚分配。

复位后，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 GPIO 使用。

有关如何禁用 SWD 端口的更多详细信息，请参见参考手册的“I/O 引脚复用功能复用器和映射”部分。

6.3.1 SWD 引脚上的内部上拉和下拉

用户软件释放 SWD I/O 后，GPIO 控制器便会控制它。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。

6.3.2 使用标准 SWD 连接器的 SWD 端口连接

下图显示了器件和标准 SWD 连接器之间的连接。

7、建议

7.1 PCB（印刷电路板）

由于技术原因，最好使用多层 PCB 的单独一层专用于接地（VSS），另一层专用于 VDD 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。

7.2 元件位置

PCB 的初始布局必须将电路分为不同模块：

• 高电流电路 • 低电压电路 • 数字元件电路 • 根据电路的 EMI 影响分离电路，以降低因 PCB 上的交叉耦合产生的噪音

7.3 接地和供电

必须遵守与接地相关的以下规则：

• 使每个块（噪声、低电平敏感、数字或其他）单独接地。 • 将所有接地返回为一个点。 • 避免出现环路（或确保其具有最小面积）。

为提高模拟性能，用户必须对 VDD 和 VDDA 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（VSS、VDD、VSSA、VDDA、VDDUSB、VDDIO2 或 VDDSMPS）必须靠近地线实现，以最小化供电环的面积。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）。

7.4 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、线和过孔）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，每个供电电源对都必须使用滤波陶瓷电容（100 nF）及约 10 µF 的钽电容或陶瓷电容去耦，两个电容并联在器件上。

在某些封装中，多个 VDD 引脚使用同一个 VSS 引脚，而不是一对电源引脚（每个 VDD 对应一个 VSS）。这种情况下，电容必须处于每个 VDD 引脚和公共 VSS 引脚之间。这些电容必须放置在 PCB 尽可能接近适当引脚的位置，或在这些引脚下面 PCB 的底层。其典型值为 10 至 100 nF，但准确值取决于应用需要。

下图显示了这种 VDD/VSS 引脚对的典型布局。

7.5 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。建议使用慢速施密特触发器消除寄生状态。 • 噪声信号（例如：时钟） • 敏感信号（例如：高阻）

7.6 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。

为了提高 EMC 性能和避免额外功耗，器件不使用的功能必须禁用且与时钟树断开连接，如下所示：

• 不使用的时钟源必须禁用。 • 不使用的 I/O 不得浮空。 • 不使用的 I/O 引脚必须由软件配置为模拟输入，且必须通过外部或内部上拉或下拉连接到固定逻辑电平 0 或1，或使用软件配置为输出模式。

8、参考设计

8.1 说明

下图中显示的参考设计基于 LQFP144 中的 STM32U575/585 器件。使用第 8.2 节 中给出的引脚对应关系，可将不同封装的任何 STM32U575/585 器件定制此参考设计。

时钟

两个时钟源用于 MCU（参见第 4 节 以了解更多详细信息）：

• LSE：X2 - 32.768 kHz 晶振用于嵌入式 RTC

• HSE：X1– 16 MHz 晶振，用于 MCU

更多详细信息，参见第 4 节 。

复位

复位信号在第 8.2 节 中显示的参考设计图中为低电平有效。

复位源包括：

• 复位按钮（B1） • 调试工具通过连接器 CN1 连接

更多详细信息，参见第 2.4 节 。

自举模式

用户可以在板上添加一个开关，以更改自举选项。

更多详细信息，参见第 5 节 。

提示 当从待机模式唤醒时，BOOT 引脚被采样，且用户必须注意其值。

SWD 接口

参考设计显示了 STM32U575/585 器件和标准 SWD 连接器之间的连接。

更多详细信息，参见第 6 节 。

提示 建议连接复位引脚，以便能从工具复位应用。

电源

更多详细信息，参见第 2 节 。

8.2 元件参考

下表列出了 STM32U5 参考设计的组件（基于 STM32U5 Nucleo 板）：

• 包括在无 SMPS 的 STM32U575xx 器件上（参见图 12） • 包括在有 SMPS 的 STM32U575xxQ 器件上（参见图 13）

THE END

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原文标题：应用笔记|STM32U575/585 MCU 硬件开发入门

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