任务介绍
本项目基于STM32G4 系列单片机设计一款通用型最小系统核心板，满足嵌入式开发、实验调试的基础需求。核心设计目标严格遵循任务要求：
- 硬件配置：集成 8MHz 主晶振、32.768kHz RTC 晶振、完整复位电路（含手动按键）、3.3V LDO 稳压电路、5V USB 供电接口；
- 功能接口：搭载 4Pin SWD 调试接口、1 路用户 LED、1 路用户按键，引出不少于 30 个通用 GPIO（集成 SPI/I2C/UART/PWM 外设引脚）；
- 工艺要求：采用双层 PCB设计，兼顾小型化、可靠性与低成本，满足学生实验、嵌入式入门开发的使用场景。
一、方案介绍
以 STM32G4 主控芯片为核心，各功能模块协同工作，整体架构如下：
本设计选用STM32G431CBT6（LQFP48 封装）作为核心 MCU，选型理由：基于 ARM Cortex-M4F 内核，主频最高 170MHz，集成浮点运算单元，满足通用控制需求；48 引脚封装，剔除电源 / 地引脚后，可用 GPIO≥40 个，满足30 个以上 GPIO 引出要求；内置 SPI、I2C、UART、高级定时器（PWM 输出）、RTC 模块，完全匹配任务外设需求；STM32G4 系列为主流通用型 MCU，成本低、生态完善，适合最小系统板设计。
二、模块介绍
2.1 核心主控模块
STM32G431
- 最小系统：STM32G431CBT6 主控芯片，搭配电源、时钟、复位、调试接口构成完整运行环境；
- 去耦电路：每个电源引脚就近并联0.1μF 电容，滤除高频噪声，保证芯片供电稳定；
STM32G431CBT6芯片DigiKey链接：STM32G431CBT6 STMicroelectronics | 集成电路（IC） | DigiKey
2.2 电源模块（5V USB 供电 + 3.3V LDO）
AMS1117-3.3
功能描述
将 USB 5V 输入电压转换为3.3V 稳定电压，为 STM32G4 芯片及所有外设供电。
电路设计
- 供电输入：Type-C 接口，支持 5V 直流供电；
- 稳压核心：选用AMS1117-3.3 LDO 稳压芯片（输出电流 1A，满足最小系统功耗）；
- 滤波电路：输入侧并联 电容，输出侧并联相同电容，抑制纹波；
- 电源指示：增加电源 LED，直观显示供电状态。
2.3 时钟模块（8MHz 主晶振 + 32.768kHz RTC 晶振）
功能描述
为 MCU 提供高精度时钟源：8MHz 晶振用于系统主频，32.768kHz 晶振用于 RTC 实时时钟。
电路设计
- 主时钟：8MHz晶振，两端并联 2 个 20pF 负载电容接地，连接 MCU 的 OSC_IN/OSC_OUT 引脚；
- RTC 时钟：32.768kHz晶振，两端并联 2 个 10pF 负载电容接地，连接 MCU 的 OSC32_IN/OSC32_OUT 引脚；
2.4 复位模块（完整复位电路 + 手动复位按键）
功能描述
实现上电自动复位+手动按键复位，保证系统异常时可手动重启，STM32 复位为低电平有效。
电路设计
- 上电复位：NRST 复位引脚通过 10KΩ 上拉电阻接 3.3V，并联 0.1μF 电容接地；上电时电容充电，自动产生低电平复位信号；
- 手动复位：并联轻触按键，按键一端接 NRST，一端接地，按下按键强制拉低复位引脚，实现手动复位；
- 防抖设计：电容辅助消除按键抖动，保证复位信号稳定。
2.9 USB 转串口下载模块（CH340C）
CH340C
功能描述
采用CH340C USB 转串口芯片实现 USB 与 UART 电平转换，一方面通过 USB 接口为核心板提供 5V 供电，另一方面实现电脑与 STM32G431CBT6 之间的串口通信，支持串口 ISP 程序下载、调试数据打印，并集成自动下载电路，实现无需手动按键的一键程序下载功能。
电路设计
- USB 接口与供电
采用 Micro-USB 或 Type-C 母座作为外部接口，USB 5V 既为 CH340C 供电，也作为板载 3.3V LDO 的输入电源，实现供电与通信一体化。 - CH340C 核心电路
CH340C 内置时钟电路，无需外接晶振，简化硬件设计；USB 差分信号 D+、D - 直接对应连接芯片 USB_D+、USB_D - 引脚；芯片 TXD、RXD 引脚与 STM32 的 USART 串口引脚（如 PA9/USART1_TX、PA10/USART1_RX）交叉连接。 - 自动下载控制电路
由 NPN 三极管、电阻、电容组成自动复位与 BOOT 控制电路，CH340C 的 DTR、RTS 信号控制 MCU 的 NRST 复位引脚与 BOOT 启动引脚，下载软件触发时自动拉低复位与 BOOT，完成 ISP 启动与程序下载，下载完成后自动恢复运行模式。 - 串口状态指示
TX、RX 通路各串联 1 个 LED 与限流电阻，用于指示串口发送、接收数据状态，方便调试观察。 - 电平兼容设计
CH340C 支持 3.3V 工作电平，IO 口电平与 STM32G431CBT6 完全匹配，无需额外电平转换电路，直接直连即可稳定通信。
原理图和PCB模块介绍
原理图
PCB
正面
反面
1、由于这块核心板采用了LQFP48 封装的STM32G431，可用于扩展的IO有限，除了BOOT没有引出来，SWD需要的两个IO引到了下方排针，所有可用IO都引到了核心板的扩展引脚上，左侧排针有3.3V和GND，右侧排针有USB+5V和GND。
2、板上AMS1117-3.3 LDO 稳压芯片将5V转为3.3V，为 STM32G4 芯片及所有外设供电。使用了简单的滤波实现模数地隔离，为模拟供电电压管脚VDDA供电。
3、板上没有下载器，如果要调试该核心板，可以通过核心板最下方的SWD连接器进行操作。
4、USB接口连接了CH340C芯片和自动下载电路，可以实现5V供电与程序下载。
5、板上有两颗LED，一个用于指示3.3V电压是否正常，另一个为状态指示灯，可以通过编程对其进行点亮操作，以指示需要表示的状态。
模块主要性能指标和管脚定义
主要性能指标
类型 | MCU核心板 |
核心芯片 | STM32G431CBT6 |
内核 | ARM Cortex-M4F |
时钟频率 | 170MHz |
RAM | 32KB |
Flash | 128KB |
IO数量 | 30 |
板卡尺寸 | 35mm x 52mm |
供电电压 | 5V |
输出信号电平 | 3.3V |
管脚定义
管脚属性 | 管脚名 | 管脚编号 | 管脚编号 | 管脚名 | 管脚属性 |
|---|---|---|---|---|---|
POWER | 3V3 | *1* | *1* | 5V | POWER |
POWER | 3V3 | *2* | *2* | 5V | POWER |
I/O | PC13 | *3* | *3* | PB9 | I/O |
I/O | PA0 | *4* | *4* | PB7 | I/O |
I/O | PA1 | *5* | *5* | PB6 | I/O |
I/O | PA2 | *6* | *6* | PB5 | I/O |
I/O | PA3 | *7* | *7* | PB4 | I/O |
I/O | PA4 | *8* | *8* | PB3 | I/O |
I/O | PA5 | *9* | *9* | PA15 | I/O |
I/O | PA6 | *10* | *10* | PA12 | I/O |
I/O | PA7 | *11* | *11* | PA11 | I/O |
I/O | PB0 | *12* | *12* | PA10 | I/O |
I/O | PB1 | *13* | *13* | PA9 | I/O |
I/O | PB2 | *14* | *14* | PA8 | I/O |
I/O | PB10 | *15* | *15* | PB15 | I/O |
I/O | PB11 | *16* | *16* | PB14 | I/O |
I/O | PB12 | *17* | *17* | PB13 | I/O |
POWER | GND | *18* | *18* | GND | POWER |
板上设置及标识
标记 | 名称 | 默认状态 | 描述 |
|---|---|---|---|
LED1 | PWR | 亮 | 指示3.3V电压是否工作正常 |
LED2 | STA | 灭 | 通过编程可以进行状态指示 |
心得体会
没用过KICAD，用立创EDA画出来导进去的，会出现一些错误，比如原理图里电容值不对，有些原本连着的线消失了。很多东西还不太会用，加油吧。pcb画的水，感觉后期需要修改，画板还是不太熟练 。
电子森林办的活动蛮好的，支持（大拇哥）。
john电子设计爱好者123--小灰灰--