单片机最小系统是指用最少的电路组成单片机并能工作的系统。通常最小系统包括：电源电路、时钟电路、复位电路、调试/下载电路，对于STM32来说，还需要有启动选择电路。
电源电路
不同MCU的工作电压可能有所不同，例如51单片机的工作电压通常为5V，而STM32单片机的工作电压通常为3.3V，因此通常需要参考MCU的数据手册来确定工作电压和规格。
打开“2_官方文档”中的“1_STM32F103xE数据手册[重要].pdf”（以下简称“数据手册”），找到“5.1.6Power supply scheme”电源方案摘要，即可看到如图5.2.1所示的框图。
结合数据手册中“5.3.1一般工作条件”表5.2.1，我们可以知道上图中各个电压的数值。
VDD-VSS：标准工作电压；电压范围：2V~3.6V；从VDD1~VDD11共有11组VSS1~VSS11；需要11个100nF和1个4.7uF的去耦电容；经过MCU内部Regulator电源管理后，给CPU、内存等供电； VDDA-VSSA：模拟工作电压；电压范围：2V~3.6V（不使用ADC）2.4V~3.6V（使用ADC）；需要1个10nF和1个1uF的去耦电容；从VDDA输入给ADC、DAC等供电； VREF±VREF-：参考电压；电压范围：2.4V~ VDDA；可以使用独立的参考电压VREF（需要10nF+1uF高频滤波电容），也可以将VDDA输入作为ADC、DAC等的参考电压； VBAT：RTC备用电源；电压范围：1.8V~3.6V；通常由纽扣电池供电。当主电源VDD断电时，VBAT给实时时钟（RTC）和备用寄存器供电（此时功耗超低）；
从数据手册中学习了以上知识之后，我们再来看看原理图第三页的MCU电源部分。左侧的U1B（U1A和U1B共同组成U1，即MCU）是MCU所有电源相关的引脚。可以看到VDDA、VDD1~VDD11、VREF+直接连接到VDD_3V3（3.3V），VSSA、VSS1~VSS11、VREF-全部连接到GND，VBAT连接到VDD_BAT。右侧是一系列的去耦电容，在Layout（PCB布局布线）时需要均匀分布在各组电源引脚附近。至此，MCU电源部分满足数据手册的要求。
上面提到，VDD_3V3需要外部提供给MCU，也就是通过电源适配器。一般的电源适配器通常为5V或者12V，所以还需要一个电源转换电路，将外部输入的12V或者5V转换为3.3V。下面的图5.2.3、5.2.4、5.2.5分别是12V电源输入电路、12V转5V电路、5V转3.3V电路。5V转3.3V电路中有一个红色的LED灯，用来提醒用户整个系统电源工作正常，读者只要理解这部分电路就可以了。
最后我们来看RTC供电电路，当外部12V输入时，VDD_3V3为3.3V，而J5的纽扣电池电压约为3V，D5为肖特基二极管，此时VDD_3V3大于纽扣电池电压，所以由VDD_3V3供电。当没有外部12V输入时，VDD_3V3为0V，而J5的纽扣电池电压约为3V，此时VDD_3V3小于纽扣电池电压，由纽扣电池供电，保证RTC持续运行。电路如图5.2.6所示。
时钟电路
MCU 是一个集成芯片，由非常复杂的数字电路和其他电路组成，需要稳定的时钟脉冲信号才能保证正常工作。时钟就好比人体内部的心脏，心脏跳动带动血液流动，时钟每产生一次，就带动处理器执行一条指令。除了 CPU 之外，芯片上的所有外设（GPIO、I2C、SPI 等）都需要时钟，可见时钟的重要性。
芯片的时钟频率越高，芯片处理速度越快，但同时功耗也较高。为了平衡功耗和性能，微处理器一般具有多个时钟源，并将时钟分成多种大小，以适应不同需求的外设。
从数据手册中，我们可以得到如图5.2.7所示的时钟树。这里我们只关注时钟源，时钟的分配和使用将在后面讲解。
可以看到有四个时钟源：
①HSI（高速内部时钟信号）：
HSI是内部高速时钟信号，频率为8MHz，由于内部提供，可以降低成本，但缺点是精度较差。
②HSE（高速外部时钟信号）：
HSE为外部高速时钟信号，需要外部电路晶振，要求输入频率范围为4-16MHz。因为需要外部电路提供，所以成本会增加，但精度较好。
③LSE（低速外部时钟信号）：
LSE为外部低速时钟信号，需外部电路晶振，输入频率范围为32.768KHz，一般用于RTC实时时钟。
④LSI（低速内部时钟信号）：
LSI内部有一个低速RC振荡器，频率为40KHz。一般用于看门狗、RTC实时时钟等。
对于STM32F103系列MCU来说，需要一个高速时钟和一个低速时钟，这两个时钟可以选择使用内部时钟源以节省成本，也可以选择外部时钟源输入以提高精度。如果使用内部时钟源，则不需要设计外部电路。否则，需要设计时钟电路。
继续查看《Data Sheet》，可以看到图5.2.8和图5.2.9所示的外部时钟输入参考电路。手册中提到，对于HSE，晶振为8MHz时，CL1和CL2的电容范围为5pF~25pF。REXT用于产生负反馈，保证放大器工作在高增益线性区。同时还起到限流的作用，一般在兆欧级，具体由晶振决定。
对于LSE来说，晶振为32.768KHz时，CL1、CL2电容范围为5pF~15pF，之所以选择32.768KHz是因为32768=215，而分频设置寄存器通常都是2n的形式，这样经过15次分频就很容易得到1Hz的频率。
从数据手册中了解了以上知识之后，我们再来看一下原理图第三页的时钟电路，如图5.2.10所示，既可以对外提供高速时钟，也可以对外提供低速时钟，电路设计与数据手册一致。
晶振旁边的负载电容应采用高品质陶瓷电容（NPO），以满足高频应用。在PCB布局时，晶振和负载电容应尽可能靠近MCU，以减少启动时输出失真和稳定时间，确保晶振可靠工作。
复位电路
在嵌入式系统中，由于外界干扰，难免会出现程序跑飞或者卡死的情况，这时候就需要复位单片机才能重新运行。查看《参考手册》，可以看到如图5.2.11所示的复位电路。这个电路将一个按钮接在NRST引脚上，一旦按下按钮，NRST就会接地，拉低NRST，实现复位。
我们先来看一下原理图上的复位电路，如图5.2.12所示。开发板正常工作时，VDD_3V3将NRST拉高，POWER_EN为前面12V转5V电源芯片的使能脚，被电源芯片钳位在6.5V。当SW1按下时，D1为肖特基二极管，NRST和POWER_EN会导通并接地，拉低NRST和POWER_EN，复位MCU，断开系统电源。
调试/下载电路
不同的 MCU 调试/下载方式可能有所不同，例如 51 系列 MCU 使用串口下载程序，同时也使用仿真调试；对于 STM32，可以使用串口下载程序，也可以使用串口打印进行简单调试，但 STM32 支持更高效的 JTAG（Joint Test Action Group）调试接口和 SWD（Serial Wire Debug）调试接口。
该电路比较简单，涉及的引脚如表3.4.1所示，原理图如图5.2.13所示。
启动选择电路
不同的 MCU 可能有不同的启动方式类型，例如 51 系列 MCU 只能从内置存储器读取数据启动，因此无需选择启动方式。对于 STM32 来说，可以从内置存储器启动（默认）、从系统存储器启动（用于从 USART1 下载程序）、从内部 SRAM 启动（上电消失，可用于调试）。如果有多种启动方式，则需要选择启动方式。
STM32通过BOOT1、BOOT2引脚的电平组合来选择启动，组合方法及电路设计如图5.2.14所示。
当J1拨码开关第1、4脚断开（开发板对应1号红色拨码开关朝下），第2、3脚任意（开发板对应2号红色拨码开关任意）。此时BOO1为0，BOOT1任意，开发板上电，单片机将从内部主存读取数据启动，是最常用的启动方式。
当J1拨码开关第1、4针连接（开发板对应红色拨码开关第1针朝上），第2、3针断开（开发板对应红色拨码开关第2针朝下）时，此时BOO1为1，BOOT1为0，开发板上电启动，单片机将从系统存储器读取数据启动，此时可以将厂家烧录在系统存储器中的串口下载程序通过USART1烧录到主存储器中。
当J1拨码开关第1、4脚连通（开发板对应红色拨码开关第1脚朝上），第2、3脚连通（开发板对应红色拨码开关第2脚朝上）时，则BOO1为1，BOOT1为1，开发板上电，MCU会直接从内部SRAM启动，SRAM比Flash编程寿命长，可以用来调试。
各启动方式示意图如图5.2.15所示。通常我们只使用主内存启动，从系统内存启动、从串口下载程序等方式已经逐渐被淘汰，STM32高端MCU已经不支持这种下载方式，没有必要从SRAM启动，目前的Flash编程寿命已经远远超过用户实际编程次数。
【总结】
这篇小结教会了读者如何看懂原理图，也对STM32的最小系统有了一些了解，后面的电路会比较多，在分析某个电路的时候，结合相关手册中的参考电路和说明，通过不断的积累，相信读者也能够灵活地分析原理图。
