Перейти к содержанию

WeAct Black Pill на STM32F411: распиновка и устройство

Плата Black Pill V3.1 по схеме, чертежу и описанию WeAct Studio и даташиту STM32F411: функции каждого из 40 контактов с номерами альтернативных функций, какие выводы выдерживают 5 В, как устроены питание от USB-C, кнопки и загрузка прошивки по USB без программатора.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Black Pill — отладочная плата WeAct Studio на STM32F411CEU6: Cortex-M4 с блоком плавающей точки на 100 МГц, 512 КБ флеш-памяти и 128 КБ ОЗУ на плате размером 52,81 × 20,78 мм. Это «наследница» Blue Pill: тот же формат с двумя рядами по 20 контактов, но разъём USB-C, кнопки BOOT0 и пользовательская и встроенный загрузчик по USB. Страница описывает ревизию V3.1 по схеме и чертежу WeAct; ранние партии выпускались на STM32F401CCU6 и STM32F401CEU6, сейчас WeAct продаёт только вариант с F411.

ПараметрЗначение
МикроконтроллерSTM32F411CEU6: Cortex-M4F, 100 МГц, флеш 512 КБ, ОЗУ 128 КБ, питание 1,7–3,6 В
Ранние вариантыSTM32F401CCU6 (84 МГц, 256/64 КБ) и STM32F401CEU6 (84 МГц, 512/96 КБ)
Контакты2 × 20 с шагом 2,54 мм, ряды через 15,22 мм; 4 контакта SWD
ИнтерфейсыUSB OTG Full Speed, 3 USART, 5 SPI/I²S, 3 I²C, SDIO, 10 входов АЦП на контактах
Тактированиекварцы 25 МГц и 32,768 кГц
Питание5 В от USB-C через диод или контакт 5V, стабилизатор 3,3 В
КнопкиNRST, BOOT0 и KEY (PA0)
Светодиодыпитание (красный) и пользовательский на PC13 (синий)
Дополнительноместо под микросхему SPI-флеш на PA4–PA7 (не установлена)

Распиновка

Плата нарисована сверху, разъёмом USB-C вверх, по чертежу WeAct. Справа — разъём P1 (5V, G, 3V3, B10 … C13, VB), слева — P2 (B12 … B9, 5V, G, 3V3); их первые контакты — у USB. Внизу — разъём SWD. Подписи — как на шелкографии: «A9» — вывод PA9, «R» — NRST, «VB» — VBAT.

USB-CBOOT0NRSTSTM32F411KEYP2-1: B12 — PB12 — SPI2_NSS1B12SPI2_NSSP2-2: B13 — PB13 — SPI2_SCK2B13SPI2_SCKP2-3: B14 — PB14 — SPI2_MISO3B14SPI2_MISOP2-4: B15 — PB15 — SPI2_MOSI4B15SPI2_MOSIP2-5: A8 — PA8 — I²C3_SCL, TIM1_CH15A8I²C3_SCLTIM1_CH1P2-6: A9 — PA9 — USART1_TX, TIM1_CH26A9USART1_TXTIM1_CH2P2-7: A10 — PA10 — USART1_RX, SPI5_MOSI, TIM1_CH37A10USART1_RXSPI5_MOSITIM1_CH3P2-8: A11 — PA11 — USART6_TX, SPI4_MISO, USB_DM, TIM1_CH48A11USART6_TXSPI4_MISOUSB_DMTIM1_CH4P2-9: A12 — PA12 — USART6_RX, SPI5_MISO, USB_DP9A12USART6_RXSPI5_MISOUSB_DPP2-10: A15 — PA15 — USART1_TX, SPI1_NSS, JTDI, TIM2_CH110A15USART1_TXSPI1_NSSJTDITIM2_CH1P2-11: B3 — PB3 — USART1_RX, SPI1_SCK, I²C2_SDA, JTDO11B3USART1_RXSPI1_SCKI²C2_SDAJTDOP2-12: B4 — PB4 — SPI1_MISO, I²C3_SDA, JTRST, TIM3_CH112B4SPI1_MISOI²C3_SDAJTRSTTIM3_CH1P2-13: B5 — PB5 — SPI1_MOSI, TIM3_CH213B5SPI1_MOSITIM3_CH2P2-14: B6 — PB6 — USART1_TX, I²C1_SCL, TIM4_CH114B6USART1_TXI²C1_SCLTIM4_CH1P2-15: B7 — PB7 — USART1_RX, I²C1_SDA, TIM4_CH215B7USART1_RXI²C1_SDATIM4_CH2P2-16: B8 — PB8 — SPI5_MOSI, I²C1_SCL, TIM10_CH116B8SPI5_MOSII²C1_SCLTIM10_CH1P2-17: B9 — PB9 — SPI2_NSS, I²C1_SDA, TIM11_CH117B9SPI2_NSSI²C1_SDATIM11_CH1P2-18: 5V — 5 В185V5 ВP2-19: G19GP2-20: 3V3 — 3,3 В203V33,3 ВP1-1: 5V — 5 В15V5 ВP1-2: G2GP1-3: 3V3 — 3,3 В33V33,3 ВP1-4: B10 — PB10 — SPI2_SCK, I²C2_SCL, TIM2_CH34B10SPI2_SCKI²C2_SCLTIM2_CH3P1-5: B2 — PB25B2P1-6: B1 — PB1 — ADC1_IN9, SPI5_NSS, TIM3_CH46B1ADC1_IN9SPI5_NSSTIM3_CH4P1-7: B0 — PB0 — ADC1_IN8, SPI5_SCK, TIM3_CH37B0ADC1_IN8SPI5_SCKTIM3_CH3P1-8: A7 — PA7 — ADC1_IN7, SPI1_MOSI, TIM3_CH28A7ADC1_IN7SPI1_MOSITIM3_CH2P1-9: A6 — PA6 — ADC1_IN6, SPI1_MISO, TIM3_CH19A6ADC1_IN6SPI1_MISOTIM3_CH1P1-10: A5 — PA5 — ADC1_IN5, SPI1_SCK, TIM2_CH110A5ADC1_IN5SPI1_SCKTIM2_CH1P1-11: A4 — PA4 — ADC1_IN4, SPI1_NSS11A4ADC1_IN4SPI1_NSSP1-12: A3 — PA3 — ADC1_IN3, USART2_RX, TIM2_CH412A3ADC1_IN3USART2_RXTIM2_CH4P1-13: A2 — PA2 — ADC1_IN2, USART2_TX, TIM2_CH313A2ADC1_IN2USART2_TXTIM2_CH3P1-14: A1 — PA1 — ADC1_IN1, SPI4_MOSI, TIM2_CH214A1ADC1_IN1SPI4_MOSITIM2_CH2P1-15: A0 — PA0 — ADC1_IN0, TIM2_CH115A0ADC1_IN0TIM2_CH1P1-16: R — NRST16RNRSTP1-17: C15 — PC1517C15P1-18: C14 — PC1418C14P1-19: C13 — PC1319C13P1-20: VB — VBAT20VBVBATSWD: 3V33V3SWD: DIODIOSWD: SCKSCKSWD: GNDGND
WeAct Black Pill V3.1 (STM32F411), вид сверху: контакты, их номера и функции GPIO. Плата 20,78 × 52,81 мм, шаг контактов 2,54 мм.
  • ввод-вывод
  • питание и земля
  • управление: R
  • выбранная функция

Контакты и функции

У STM32F411 каждый вывод подключается к периферии через мультиплексор альтернативных функций: номер AF выбирают в регистре GPIOx_AFR. В таблице у каждой функции указан этот номер, на рисунке — основные: вход АЦП, USART, SPI, I²C, USB и канал таймера.

КонтактПодписьПортФункцииЕщё
P1-15V—5 В
P1-2G—общий провод
P1-33V3—3,3 В
P1-4B10PB10I2C2_SCL (AF4), I2S2_CK (AF5), I2S3_MCK (AF6), SDIO_D7 (AF12), SPI2_SCK (AF5), TIM2_CH3 (AF1)допускает 5 В (FT)
P1-5B2PB2—допускает 5 В (FT)
P1-6B1PB1ADC1_IN9, I2S5_WS (AF6), SPI5_NSS (AF6), TIM1_CH3N (AF1), TIM3_CH4 (AF2)допускает 5 В (FT)
P1-7B0PB0ADC1_IN8, I2S5_CK (AF6), SPI5_SCK (AF6), TIM1_CH2N (AF1), TIM3_CH3 (AF2)допускает 5 В (FT)
P1-8A7PA7ADC1_IN7, I2S1_SD (AF5), SPI1_MOSI (AF5), TIM1_CH1N (AF1), TIM3_CH2 (AF2)допускает 5 В (FT)
P1-9A6PA6ADC1_IN6, I2S2_MCK (AF6), SDIO_CMD (AF12), SPI1_MISO (AF5), TIM1_BKIN (AF1), TIM3_CH1 (AF2)допускает 5 В (FT)
P1-10A5PA5ADC1_IN5, I2S1_CK (AF5), SPI1_SCK (AF5), TIM2_CH1 (AF1), TIM2_ETR (AF1)допускает 5 В (FT)
P1-11A4PA4ADC1_IN4, I2S1_WS (AF5), I2S3_WS (AF6), SPI1_NSS (AF5), SPI3_NSS (AF6), USART2_CK (AF7)допускает 5 В (FT)
P1-12A3PA3ADC1_IN3, I2S2_MCK (AF5), TIM2_CH4 (AF1), TIM5_CH4 (AF2), TIM9_CH2 (AF3), USART2_RX (AF7)допускает 5 В (FT)
P1-13A2PA2ADC1_IN2, I2S_CKIN (AF5), TIM2_CH3 (AF1), TIM5_CH3 (AF2), TIM9_CH1 (AF3), USART2_TX (AF7)допускает 5 В (FT)
P1-14A1PA1ADC1_IN1, I2S4_SD (AF5), SPI4_MOSI (AF5), TIM2_CH2 (AF1), TIM5_CH2 (AF2), USART2_RTS (AF7)допускает 5 В (FT)
P1-15A0PA0ADC1_IN0, SYS_WKUP, TIM2_CH1 (AF1), TIM2_ETR (AF1), TIM5_CH1 (AF2), USART2_CTS (AF7)только 3,3 В (TC)
P1-16R—NRST
P1-17C15PC15ADC1_EXTI15, RCC_OSC32_OUTдопускает 5 В (FT); питается через ключ домена резервного питания: выход до 2 МГц, не источник тока
P1-18C14PC14RCC_OSC32_INдопускает 5 В (FT); питается через ключ домена резервного питания: выход до 2 МГц, не источник тока
P1-19C13PC13RTC_AF1допускает 5 В (FT); питается через ключ домена резервного питания: выход до 2 МГц, не источник тока
P1-20VB—VBAT
P2-1B12PB12I2C2_SMBA (AF4), I2S2_WS (AF5), I2S3_CK (AF7), I2S4_WS (AF6), SPI2_NSS (AF5), SPI3_SCK (AF7), SPI4_NSS (AF6), TIM1_BKIN (AF1)допускает 5 В (FT)
P2-2B13PB13I2S2_CK (AF5), I2S4_CK (AF6), SPI2_SCK (AF5), SPI4_SCK (AF6), TIM1_CH1N (AF1)допускает 5 В (FT)
P2-3B14PB14I2S2_ext_SD (AF6), SDIO_D6 (AF12), SPI2_MISO (AF5), TIM1_CH2N (AF1)допускает 5 В (FT)
P2-4B15PB15ADC1_EXTI15, I2S2_SD (AF5), RTC_REFIN (AF0), SDIO_CK (AF12), SPI2_MOSI (AF5), TIM1_CH3N (AF1)допускает 5 В (FT)
P2-5A8PA8I2C3_SCL (AF4), RCC_MCO_1 (AF0), SDIO_D1 (AF12), TIM1_CH1 (AF1), USART1_CK (AF7), USB_OTG_FS_SOF (AF10)допускает 5 В (FT)
P2-6A9PA9I2C3_SMBA (AF4), SDIO_D2 (AF12), TIM1_CH2 (AF1), USART1_TX (AF7), USB_OTG_FS_VBUS (AF10)допускает 5 В (FT)
P2-7A10PA10I2S5_SD (AF6), SPI5_MOSI (AF6), TIM1_CH3 (AF1), USART1_RX (AF7), USB_OTG_FS_ID (AF10)допускает 5 В (FT)
P2-8A11PA11ADC1_EXTI11, SPI4_MISO (AF6), TIM1_CH4 (AF1), USART1_CTS (AF7), USART6_TX (AF8), USB_OTG_FS_DM (AF10)допускает 5 В (FT)
P2-9A12PA12SPI5_MISO (AF6), TIM1_ETR (AF1), USART1_RTS (AF7), USART6_RX (AF8), USB_OTG_FS_DP (AF10)допускает 5 В (FT)
P2-10A15PA15ADC1_EXTI15, I2S1_WS (AF5), I2S3_WS (AF6), SPI1_NSS (AF5), SPI3_NSS (AF6), SYS_JTDI (AF0), TIM2_CH1 (AF1), TIM2_ETR (AF1), USART1_TX (AF7)допускает 5 В (FT)
P2-11B3PB3I2C2_SDA (AF9), I2S1_CK (AF5), I2S3_CK (AF6), SPI1_SCK (AF5), SPI3_SCK (AF6), SYS_JTDO-SWO (AF0), TIM2_CH2 (AF1), USART1_RX (AF7)допускает 5 В (FT)
P2-12B4PB4I2C3_SDA (AF9), I2S3_ext_SD (AF7), SDIO_D0 (AF12), SPI1_MISO (AF5), SPI3_MISO (AF6), SYS_JTRST (AF0), TIM3_CH1 (AF2)допускает 5 В (FT)
P2-13B5PB5I2C1_SMBA (AF4), I2S1_SD (AF5), I2S3_SD (AF6), SDIO_D3 (AF12), SPI1_MOSI (AF5), SPI3_MOSI (AF6), TIM3_CH2 (AF2)только 3,3 В (TC)
P2-14B6PB6I2C1_SCL (AF4), TIM4_CH1 (AF2), USART1_TX (AF7)допускает 5 В (FT)
P2-15B7PB7I2C1_SDA (AF4), SDIO_D0 (AF12), TIM4_CH2 (AF2), USART1_RX (AF7)допускает 5 В (FT)
P2-16B8PB8I2C1_SCL (AF4), I2C3_SDA (AF9), I2S5_SD (AF6), SDIO_D4 (AF12), SPI5_MOSI (AF6), TIM10_CH1 (AF3), TIM4_CH3 (AF2)допускает 5 В (FT)
P2-17B9PB9I2C1_SDA (AF4), I2C2_SDA (AF9), I2S2_WS (AF5), SDIO_D5 (AF12), SPI2_NSS (AF5), TIM11_CH1 (AF3), TIM4_CH4 (AF2)допускает 5 В (FT)
P2-185V—5 В
P2-19G—общий провод
P2-203V3—3,3 В

Подробно выводы STM32F411 в корпусе UFQFPN48 — на странице атласа.

Выводы, с которыми осторожно

5 В. По табл. 8 даташита DS10314 у всех выводов портов на разъёмах, кроме PA0 и PB5, структура FT — они выдерживают входное напряжение до VDD + 4,0 В (табл. 11). PA0 и PB5 — структура TC, стандартный вывод 3,3 В. Входы АЦП измеряют только до напряжения питания аналоговой части.

PC13, PC14, PC15 питаются через ключ, который пропускает не больше 3 мА: как выходы — до 2 МГц и нагрузка до 30 пФ, ток отдавать нельзя. Поэтому синий светодиод подключён к PC13 через резистор 1,5 кОм от 3,3 В и горит при низком уровне, а PC14 и PC15 заняты кварцем 32,768 кГц.

PA0 подключён к кнопке KEY (через резистор 330 Ом на землю): нажатие даёт низкий уровень, вход нужно подтянуть к питанию внутренним резистором. PA11 и PA12 — линии USB D− и D+. PA4–PA7 разведены к посадочному месту SPI-флеш; пока микросхема не запаяна, они свободны. PA13 и PA14 выведены на разъём SWD.

Нагрузка. Не больше 25 мА на вывод, 120 мА суммарно на все выводы и 160 мА через все выводы питания (табл. 12 DS10314).

Питание

  • USB-C: линия VBUS через диод попадает в цепь 5V (на контакты P1-1 и P2-18). Параллельно диоду на плате есть перемычка SB1, которой диод можно замкнуть. Резисторы 5,1 кОм на линиях CC позволяют питать плату от зарядников USB-C.
  • Из 5 В линейный стабилизатор в корпусе SOT-23 делает 3,3 В (контакты 3V3).
  • VB — вход VBAT: на плате он соединён с 3,3 В через сдвоенный диод BAT54C, так что часы реального времени питаются от платы или от батарейки на VB — от того, что выше.
  • Аналоговое питание VDDA (оно же опорное напряжение АЦП) берётся с 3,3 В через ферритовый фильтр.

STM32F411 работает от 1,7 до 3,6 В, абсолютный максимум — 4,0 В: на 3V3 подают только стабилизированное напряжение.

Загрузка прошивки

По USB (DFU). По AN2606 встроенный загрузчик STM32F411 включается при BOOT0 = 1 и BOOT1 = 0 и умеет работать через USART1, USART2, I²C, SPI и USB в режиме DFU. На плате BOOT1 (PB2) подтянут к земле, а BOOT0 подтянут к земле резистором 10 кОм и замыкается на 3,3 В кнопкой BOOT0. Порядок: зажать BOOT0, нажать и отпустить NRST, отпустить BOOT0 — компьютер увидит устройство DFU, прошивку запишет STM32CubeProgrammer или dfu-util. Для DFU загрузчику нужен кварц с частотой, кратной 1 МГц, в диапазоне 4–26 МГц; на плате стоит 25 МГц.

По USART1 загрузчик работает на PA9 (TX) и PA10 (RX) — через любой преобразователь USB-UART.

По SWD. Разъём SWD — 3V3, DIO (PA13), SCK (PA14), GND — подключают к ST-LINK или J-Link для прошивки и отладки; разводка разъёмов отладчиков — на странице JTAG и SWD.

Частоту ядра 100 МГц даёт PLL от кварца 25 МГц; коэффициенты подберёт калькулятор тактирования STM32.

Частые вопросы

Чем Black Pill отличается от Blue Pill?

Black Pill от WeAct построена на STM32F411CEU6 (Cortex-M4 с FPU, 100 МГц, 512 КБ флеш, 128 КБ ОЗУ) вместо STM32F103C8T6 (Cortex-M3, 72 МГц, 64 КБ, 20 КБ). У неё разъём USB-C с диодом в цепи питания, кнопка пользователя на PA0, кварц 25 МГц и встроенный загрузчик по USB (DFU), так что прошивать её можно без программатора. Расположение контактов у плат разное, хотя обе вставляются в макетную плату.

Как прошить Black Pill по USB без программатора?

Зажмите BOOT0, нажмите и отпустите NRST, затем отпустите BOOT0: STM32F411 запустит встроенный загрузчик ST, и компьютер увидит устройство DFU. Прошивку записывают STM32CubeProgrammer или dfu-util. По AN2606 загрузчику для DFU нужен внешний кварц с частотой, кратной 1 МГц, от 4 до 26 МГц — кварц 25 МГц на плате подходит.

Какие выводы Black Pill выдерживают 5 В?

По таблице 8 даташита DS10314 почти все выводы STM32F411 в корпусе UFQFPN48 имеют структуру FT (5 V tolerant). Исключения — PA0 и PB5: у них структура TC, стандартный вывод 3,3 В. На АЦП-входы подавать больше напряжения питания в любом случае нельзя.

Подходит ли страница для Black Pill на STM32F401?

Да по расположению контактов: WeAct выпускала ту же плату с STM32F401CCU6 и STM32F401CEU6 (84 МГц), сейчас они сняты с продажи. Набор альтернативных функций у F401 и F411 почти одинаков, но частота, объём памяти и некоторые блоки отличаются — сверяйтесь с атласом нужного микроконтроллера.

Источники

  1. WeAct Studio. WeActStudio.MiniSTM32F4x1 (коммит 05380f5) — README (варианты микроконтроллеров, кварцы, кнопки V3.1), схема MiniF4x1Cx_V31, чертёж платы 52,81 × 20,78 мм, таблица выводов STM32F4x1 v2.0+
  2. ST. DS10314 Rev 8: STM32F411xC, STM32F411xE datasheet — табл. 7 и 8 — структура выводов (FT, TC) в корпусе UFQFPN48, примечание о PC13–PC15; табл. 11 и 12 — предельные напряжения и токи
  3. ST. AN2606 Rev 40: STM32 microcontroller system memory boot mode — загрузчик STM32F411xx: USART1, USART2, DFU (USB FS), I²C, SPI; требования к кварцу для DFU
  4. STM32_open_pin_data (атлас GAW) — альтернативные функции выводов STM32F411CE с номерами AF; лицензия BSD-3-Clause

Нашли ошибку?

Смотрите также