基于STM32微處理器的教學實驗平臺的開發與設計

莊克玉 張典

摘 要：本文針對現今開放式教學中嵌入式系統的應用，為了能夠使其具有更好的攜帶性及擴展功能，在本文中，將就基于STM32微處理器的嵌入式教學實驗平臺開發進行一定的研究。

關鍵詞：STM32微處理器；教學實驗平臺；開發

嵌入式系統，即是以計算機與應用為基礎，在可靠性、成本、功耗及功能上具有嚴格要求的計算機系統。在現今科學技術不斷發展，智能手機、移動互聯網以及移動終端逐步興起的情況下，嵌入式系統成了現階段最為熱門的研究領域。其自身的特點，使其在實際應用當中將依附在其余科學相關的應用領域中，而無法以獨立學科特征存在。該技術在實際應用中對計算機、微電子及其他相關學科技術具有較強的依賴性，其中，計算機技術更是其應用的基礎。為了能夠使非計算機專業的學生對該技術的發展全貌進行良好的把握，以此實現自身知識結構的及時更新，在本研究中，特提出了開放式實驗教學方式，希望能夠通過實驗平臺的研究實現學生實踐及創新能力的培養。

一、硬件設計

傳統實驗教學，對實驗箱有著較大的依賴，該種情況的存在，使其對實驗時間與場地都具有較高的要求，并不適合應用在開放式實驗教學中。對于開放式實驗教學來說，其要求學生能夠以隨時隨地的方式對實驗效果與例程進行查看，且不完全依賴實驗設備與場地。為了能夠對上述要求進行滿足，在本平臺設計中，即對平臺的易攜帶、低成本需求進行了充分的考慮，其主要特點有：第一，成本低，所使用的芯片成本僅僅為十幾元，以此保證學生在實驗中能夠都有實驗板；第二，易攜帶，實驗板體積較小，僅僅為8×10cm；第三，功能豐富，具有最新嵌入式技術的應用，包括有SD儲存、彩色液晶顯示及觸摸輸入等。

在該平臺中，其核心為STM32F103RB芯片，性價比是該芯片的主要性能，能夠通過8位MCU的使用獲得32MCU性能，且同時具有ADC、USB、SPI等功能。該平臺供電為3.3V，在設計上，包括有供電、調試及一鍵下載功能，僅僅使用一根USB線即能夠達到使用目標。在具體操作中，只要旁邊有電腦，即能夠使用該平臺，能夠對學生的學習空間與時間進行有效的拓展。

二、系統特點

設計理念方面：首先，能夠為嵌入式系統開放式實驗教學的開展提供服務；其次，為了同嵌入式系統課程設計進行較好的配合，該平臺對模塊化擴展方式進行應用，以此使其在擴展功能方面具有較好的表現；最后，為學生未來嵌入式系統的研究打下良好的基礎。在具體設計中，該系統要保證能夠同先修課程實現良好的銜接，同時需要做好未來學習中培養方案同課程設置的良好對接。其主要功能包括以下幾方面。第一，同51單片機銜接。在實驗品臺上，具有LED燈及按鍵等外設的集成處理，對于之前學習過51單片機的學生來說，該項操作并不陌生，對此，學生即可以將51單片機的相關知識及學習經驗實現對該平臺的遷移。平臺軟件方面，其所集成的開發環境為RVMDK，該環境同51單片機的環境相同，能夠對學生在學習中的學習成本進行有效的減少。第二，貼近市場，保持同技術潮流的同步性。在傳統實驗平臺中，在對輸入輸出實驗進行設計時，通常對數碼管同按鍵顯示的方式進行了使用。而在目前的嵌入式應用中，都將在觸摸屏上對輸入及輸出目標進行實現。該平臺，提供了OLED顯示模塊接口及觸摸屏輸入接口，即能夠保證在該實驗平臺上進行圖像的相關處理，以此為學生后續開發智能手機應用打下良好的基礎。第三，實時操作。同傳統嵌入式系統相比，在該平臺當中，對實時操作系統的學習進行了強化，即能夠對μCOS等實時操作系統進行移植。可以說，操作系統即是該課程同傳統單片機課程相比所具有的最大區別。在該實驗平臺中，學生能夠完成對系統的程序設計學習目標，以此為后續手機系統中的應用打下良好的基礎。第四，模塊化設計。為了能夠同開放式實驗教學相配合，做好教學效果的檢驗。做好系統的課程設計十分關鍵，這也是對學生項目管理、團隊合作及工程實踐能力進行培養的一項重要方式。在該平臺中，能夠根據學生的不同選擇對課題進行設計，并具有SD卡擴展存儲讀取及音頻解碼擴展板等附件的提供，以此在學生創新精神進行充分發揮的基礎上實現其工程實踐能力的鍛煉。

三、結語

在上文中，我們對基于STM32微處理器的嵌入式教學實驗平臺進行了一定的研究，在實際設計中，需要做好設計把握，使平臺在教學中更好地發揮作用。

參考文獻：

[1]徐明娜，張峰，寇志偉.教學手動機器人控制系統設計與實現[J].制造業自動化，2015（07）.

[2]李進，劉曙，李偉平.創新型嵌入式實驗教學模式研究[J].計算機工程與科學，2014（S2）.

[3]馬梅，周惠忠，劉騰，楊永廣.基于STM32的物流監測系統[J].制造業自動化，2014（18）.