STM32 最小系统板 — PCB 设计与固件

基于 STM32F103C8T6 的最小系统板，包含 KiCad PCB 设计文件、Gerber 制造文件和裸机固件示例。

硬件规格

项目	规格
MCU	STM32F103C8T6 (Cortex-M3, 72MHz, 64KB Flash, 20KB SRAM)
封装	LQFP-48
电源	USB-C 5V 输入 → AMS1117-3.3V
时钟	8MHz HSE + 32.768kHz LSE
调试	SWD (4-pin 排针)
GPIO	PA0-PA15 + PB0-PB15 全部引出
尺寸	50mm × 50mm（双层板）

目录结构

pcb-project/
├── README.md                     # 本文件
├── build_stm32_minimal.py        # KiCad MCP 自动化脚本（生成 PCB 工程）
├── stm32-minimal/                # KiCad 工程
│   ├── stm32-minimal.kicad_pro   #   工程文件
│   ├── stm32-minimal.kicad_sch   #   原理图
│   ├── stm32-minimal.kicad_pcb   #   PCB 布局
│   ├── stm32-minimal.kicad_prl   #   本地库
│   ├── preview.png               #   3D 预览图
│   └── fab/                      #   制造文件
│       ├── gerbers/              #     Gerber 文件（发厂打样）
│       ├── drill/                #     钻孔文件
│       ├── stm32-minimal-bom.csv #     BOM 物料清单
│       └── stm32-minimal-pos.csv #     贴片坐标文件
└── blinky/                       # 裸机固件
    ├── Makefile                  #   编译脚本
    ├── STM32F103C8Tx.ld          #   链接脚本
    ├── main.c                    #   主程序（寄存器级）
    ├── startup.c                 #   启动文件（向量表）
    ├── blinky.elf                #   编译产物
    ├── blinky.hex                #   HEX 烧录文件
    └── blinky.bin                #   BIN 烧录文件

PCB 工程

查看和编辑

用 KiCad 8.0 或更高版本打开：

1. 安装 KiCad：https://www.kicad.org/download/
2. 打开 stm32-minimal/stm32-minimal.kicad_pro
3. 双击左侧列表打开原理图/PCB

发送打样

stm32-minimal/fab/gerbers/ 目录下的所有文件打包成 ZIP，发给 PCB 厂家（嘉立创、华秋等）。

参数：双层板，50mm×50mm，1.6mm 板厚，绿油白字，有铅/无铅喷锡。

物料清单

关键物料（完整列表见 stm32-minimal/fab/stm32-minimal-bom.csv）：

位号	规格	封装
U1	STM32F103C8T6	LQFP-48
U2	AMS1117-3.3	SOT-223
J1	USB-C 6P (仅供电)	贴片卧式
Y1	8MHz 无源晶振	3×10mm 圆柱
Y2	32.768kHz 无源晶振	3×10mm 圆柱
LED	0805 贴片 LED ×2	0805
电阻	1k/10k/1M 0805	0805
电容	10pF/10nF/100nF/1uF/10uF 0805	0805

固件编译

前置条件

ARM 交叉编译工具链（任选一种）：

• ARM GNU Toolchain（推荐）：

  1. 下载：https://developer.arm.com/downloads/-/arm-gnu-toolchain-downloads
  2. 选 arm-none-eabi 版本，Windows 选 .exe 安装包
  3. 安装时勾选"添加到 PATH"

• 验证安装：

  arm-none-eabi-gcc --version
  # 应显示类似: arm-none-eabi-gcc (GNU Arm Embedded Toolchain) 13.x

编译

cd blinky
make

成功后生成 blinky.elf、blinky.hex、blinky.bin。

烧录

需要 ST-Link 或 J-Link 调试器 + pyOCD：

# 安装 pyOCD
pip install pyocd

# 烧录
make flash
# 或手动: pyocd flash -t stm32f103c8 blinky.elf

接线：

ST-Link	开发板 SWD 排针
GND	GND
SWCLK	SWCLK
SWDIO	SWDIO
3.3V	3.3V

现象

烧录后 PC13 连接的 LED 以 ~1Hz 频率闪烁。

重新生成 PCB 工程

build_stm32_minimal.py 使用 kicad-claude-mcp 自动化生成 PCB 工程，需要以下环境：

# 前置：安装 kicad-claude-mcp
# 参考: https://github.com/HermeticOrmus/kicad-claude-mcp

# 运行
python build_stm32_minimal.py

注意：此脚本需要 KiCad 库索引和 kicad-claude-mcp 环境，仅用于参考自动生成流程。日常修改直接用 KiCad GUI 即可。

常见问题

Q: make 报错 arm-none-eabi-gcc: command not found？ A: 工具链没装或没加到 PATH。重新运行安装包，确保勾选"Add to PATH"。

Q: pyocd flash 报错找不到设备？ A: 检查 ST-Link 驱动是否安装，SWD 接线是否正确。Windows 可能需要安装 ST-Link 驱动。

Q: 烧录成功但 LED 不亮？ A: 检查 LED 方向（正极接 PC13，负极接 GND 串联 1k 电阻）。用万用表测 PC13 引脚电压是否变化。

Q: PCB 文件用 KiCad 7 打不开？ A: 需要 KiCad 8.0+。KiCad 7 用户需先升级。

Q: 板子接 USB-C 没反应？ A: 这个板子用 USB-C 供电（非通信），检查 3.3V 测试点电压是否正常。USB-C 的 CC 引脚没配电阻的话可能某些充电器不输出 5V。