基于STM32的嵌入式開發系統設計

向 洮 馬愛君 張建雷

(山東電子職業技術學院，山東 濟南 250000)

1 基于STM32的嵌入式開發系統設計方案

1.1 設計思路

市場中的許多開發團隊把多個外設與核心控制芯片進行統一設計開發，形成嵌入式開發系統。然而在每個實踐情況中，使用系統的人員對系統的需求不同。將嵌入式開發系統應用于實際環境時，多數使用者僅使用了一部分系統的通用功能，例如基礎的ADC、LED、DAC、鍵盤、串口通信等功能。嵌入式開發系統中的其余功能長期處于閑置狀態。部分外設僅能在同一個開發板上工作，難以同時為其他核心芯片或開發板提供支持。在多個溫度傳感器的支持下，一個嵌入式開發板可以同時對多個溫度進行檢測。但是市場中現有的溫度傳感器尚且不能實現被其他核心芯片或開發板所使用，出現外設不能復用的現象。在實際應用中，以上情況會引發浪費成本的情況。因此，嵌入式開發系統各部分的功能應形成互不影響的單獨模塊，避免成本浪費。在這個嵌入式開發系統中，使用人員可以按照需要使用各部分功能，使應用過程更加科學合理。控制功能與被使用局部可于嵌入式開發系統實現緊密連接，進而推動智能硬件產品開發速度進一步加快。

1.2 模塊選擇

MCU控制模塊的選擇是嵌入式開發系統設計中的重要一步。市面上已有的MCU控制模板類型極多，并且具有不同的功能與價格。為確保嵌入式開發系統設計能夠穩步開展，控制芯片需要具有低成本、低功耗、高性能的特點。而STM32是現有芯片中最符合要求且性價比最高的一款產品。憑借數量較多的應用接口代碼，STM32芯片依托ARM技術廣泛應用于多種環境，并存在諸多應用實例。一般情況下，在嵌入式開發系統設計環節中，其工作性能以及使用的便利性均是需要被滿足的重要訴求。STM32芯片格外匹配嵌入式開發系統設計的多種要求，是模塊選擇的最佳控制芯片。例如市面中較為常見的Cortex-M系列微處理器，其同步電路中時鐘的基礎頻率高達72MHz。特別是Cortex-M系列微處理器具有優先級搶占權，可以促進中斷控制器進行全面升級。該處理器可以達到中斷自動嵌套所需的要求，還可以保護與恢復現場，具有較高的性價比。對于系統設計重點部分而言，時鐘電路、復位電路以及供電電路均可設計集成于單塊核心板上，以此最大程度維持嵌入式開發系統正常運轉，并充分提高開發系統的使用效率。

1.3 系統作用

在STM32的嵌入式開發系統實際應用時，能夠最大程度上避免存在模塊閑置的問題，顯著提升系統模塊使用效率，并且使模塊互不影響。當升級局部模塊中的核心控制芯片時，其余模塊芯片仍然保持獨立運行，顯著降低由于芯片替換、更新帶來的不必要折損率。在實際應用中，嵌入式開發系統需要具有極高的可靠性與安全性，并且可以將成本控制在較低的水平，但在質量方面不能出現問題。有時為滿足環境需要，嵌入式開發系統中需集成多個開發板。因此，嵌入式開發系統可有效解決成本浪費問題。

2 基于STM32的嵌入式開發系統設計

嵌入式開發系統可用于多種嵌入式環境，滿足不同工作情況的要求。本文主要研究基于STM32的嵌入式開發系統設計，因而在確認將STM32作為核心控制模塊的基礎上，對于系統中的其它模塊芯片選擇仍需要進行對應研究。在前期項目研發過程中，工作人員需要根據外設功能需求劃分外設模塊。一般情況下，外設模塊可以劃分為LED指示燈模塊、WIFI模塊、ADC接口模塊、CAN總線模塊、USB接口模塊、觸屏模塊、蜂鳴器模塊、和串口通信模塊、溫濕度模塊等等。厘清模塊具體劃分后，對應設計人員需要進一步確認所有模塊電路圖，為后續芯片選擇等工作夯實基礎。

由于應用環境存在差異化，外設模塊可進一步按照使用程度劃分為拓展模塊及基礎模塊。當中基礎模塊包含數碼管模塊、串口通信模塊、ADC接口模塊、LED指示燈模塊以及核心蜂鳴器模塊；拓展模塊包括USB接口模塊、CAN總線模塊、WIFI模塊、觸屏模塊、繼電器模塊、溫濕度模塊。ADC接口模塊相對而言更具特殊性，其本身能夠在設計過程當中預留轉換接口，并通過接口連接多個傳感器。此外，溫濕度模塊僅有單個接口用于連接溫濕度儀器。以上模塊中，最重要的模塊是繼電器模塊與WIFI模塊。繼電器模塊能夠對電路進行自動化控制，發揮安全保護和自動調節整個平臺的作用。WIFI模塊可以實現在智能設備終端與嵌入式產品之間進行數據交互、通信。伴隨觸屏技術縱深發展，觸屏模塊在系統設計中的應用次數越來越多。一方面，觸屏模塊促使整體操作便利化、直接化。另一方面，促使系統中的數據信息以可視化形式展現于設計人員或其他工作人員，實現人機交互。外設模塊中的核心部分即是CAN總線接口模塊，其最大功能是實現對外通信。通過應用TJA1050芯片的CAN總線接口模塊使嵌入式開發系統可以順利運行。

根據上述分析嵌入式開發系統模塊的內容可知，基于STM32的嵌入式開發系統設計方案，能夠促使很多實驗理論落實到實際工作中。例如功能模塊傳輸設計需要保障每個模塊具有獨立性的同時，考慮模塊間的綜合應用情況，在嵌入式開發系統中將各個不同模塊實現架構搭建，形成智能硬件。在設計系統中不同模塊的通訊渠道過程中，設計人員需要全面化顧及模塊基礎功能，使用模塊化思維進行智能產品開發，實現差異化數據可安全傳輸并自由轉換。

3 基于STM32的嵌入式開發系統應用

一般情況下，嵌入式開發系統多應用于科研方面及教學活動當中。在整體前期研發與學習中，嵌入式開發板的選擇與應用屬于非常重要的內容之一。嵌入式開發系統要實現各部分模塊獨立存在，不僅要對單一模塊進行深入研究，還需要結合產品的實際應用需求，靈活組合模塊。如STM32與電機驅動模塊組合可以形成四軸飛行器，STM32與智能傳感模塊、電機驅動模塊等模塊組合可以組建出智能機器人。在模塊化思維不斷發展的今天，基于STM32的嵌入式開發系統已廣泛應用于智能家居、智能汽車、工業控制等多個領域。STM32在和LED指示燈、鍵盤、數碼管等多元模塊構建通訊通道并進一步形成嵌入式開發系統過程當中，系統可以完成數據管、終端、LED、鍵盤掃面等多項基礎性核心實驗。