STM32的模塊化嵌入式開發(fā)平臺的設(shè)計與實現(xiàn)研究

楊雁冰

摘 ? 要：嵌入式系統(tǒng)是目前市場上的常見技術(shù)之一，以STM32芯片為核心，采用模塊化思想設(shè)計實現(xiàn)的嵌入式的開發(fā)平臺，可以讓每個模塊相互獨立。基于此，本文針對STM32的模塊化嵌入式開發(fā)平臺的設(shè)計與實現(xiàn)進行研究，從設(shè)計思想入手，分析具體的設(shè)計過程，并且提出嵌入式開發(fā)平臺的實際應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：模塊化 ?嵌入式開發(fā)平臺 ?STM32 ?計算機技術(shù)

中圖分類號：TP319 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）08（a）-0139-02

STM32系列芯片具有高性能、低成本、低功耗等特點，將其應(yīng)用在嵌入式開發(fā)平臺中，可以充分發(fā)揮出這一平臺的實際應(yīng)用效果，讓嵌入式產(chǎn)品可以更好的應(yīng)用于工業(yè)控制、智能驅(qū)動、智能顯示等領(lǐng)域。

1 ?STM32的模塊化設(shè)計思想

1.1 MCU控制模塊選擇

在進行嵌入式開發(fā)平臺設(shè)計研發(fā)的過程中，MCU控制模塊的選擇非常重要，目前市場上MCU控制模板的種類較多，且功能、價格各不相同，要從其中選擇一個高性能、低成本、低功耗的控制芯片，才能夠保證開發(fā)設(shè)計平臺較為順利。STM32是目前市面上最滿足上述特點的芯片。STM32芯片基于ARM技術(shù)，近幾年來得到了廣泛應(yīng)用，不僅如此，豐富的應(yīng)用實例和應(yīng)用接口代碼也是在教學(xué)科研中的應(yīng)用原因之一。在設(shè)計研發(fā)嵌入式開發(fā)平臺中，還需要考慮到開發(fā)所需要的性能以及在設(shè)計過程中的便捷性問題。針對上述需求分析，不難發(fā)現(xiàn)STM32芯片是最滿足嵌入式的一種控制芯片。比如：ARM公司推出的Cortex- M系列微處理器可最高時鐘頻率為72MHz，具有優(yōu)先級搶占權(quán)，讓中斷控制器得到全面的發(fā)展，不僅支持中斷自動嵌套，同時也能夠完成現(xiàn)場保護和恢復(fù)，整體性價比較高，在進行核心設(shè)計的過程中，可以將供電電路、時鐘電路、復(fù)位電路等多個電路構(gòu)成在一塊核心板內(nèi)，最大程度支持嵌入式開發(fā)平臺運行，提高開發(fā)平臺的實際效率[1]。

1.2 模塊化的設(shè)計思想

現(xiàn)如今，市面上很多嵌入式開發(fā)平臺都將核心控制芯片和多個外設(shè)進行集成統(tǒng)一開發(fā)，但是在不同環(huán)境下，每一個使用人員對開發(fā)板本身的使用需求都存在一定差異，因此在實際應(yīng)用的過程中，大部分使用者只會使用一部分開發(fā)板的基礎(chǔ)功能，如：鍵盤、LED、串口通信、ADC和DAC等。開發(fā)板上的其他功能就會出現(xiàn)閑置的情況。不僅如此，一些外設(shè)只能夠在一個開發(fā)板上使用，無法提供給其他開發(fā)板或者核心芯片。比如：一個嵌入式開發(fā)板需要同時檢測多個溫度，就需要使用多個溫度傳感器，但現(xiàn)有的溫度傳感器無法外借給其他開發(fā)板或者核心芯片使用，就會導(dǎo)致外設(shè)無法復(fù)用。上述兩種情況在實際應(yīng)用的過程中就會導(dǎo)致使用成本出現(xiàn)浪費的情況，應(yīng)用模塊化設(shè)計思想，從科研教學(xué)等方面出發(fā)，可以將開發(fā)平臺各部分的功能劃分成獨立的模塊，組成一個嵌入式開發(fā)平臺，在這樣的情況下，就可以根據(jù)實際使用需求，科學(xué)應(yīng)用各個部分，同時將所應(yīng)用到的部分和控制系統(tǒng)相連接，促進智能硬件產(chǎn)品的設(shè)計研發(fā)[2]。

1.3 STM32的模塊化設(shè)計作用

基于STM32的模塊化嵌入式開發(fā)平臺在實際應(yīng)用過程中，有效避免了模塊閑置情況的發(fā)生，模塊利用率得到了大幅度提高，同時模塊之間相互獨立。不僅如此，在部分模塊的硬件芯片升級時，也不會影響到其他芯片，最大程度減少新片更新升級產(chǎn)生不必要的折損率。對于嵌入式系統(tǒng)而言，可靠性、安全性、低成本、高質(zhì)量等方面都有著嚴(yán)格的要求，嵌入式平臺最常應(yīng)用于嵌入專業(yè)教學(xué)科研工作中，一般情況下，將嵌入式開發(fā)平臺中集成多個開發(fā)板，以此滿足嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)需求。

2 ?STM32的模塊化嵌入式開發(fā)平臺的設(shè)計

嵌入式平臺主要應(yīng)用于嵌入式專業(yè)，幫助專業(yè)內(nèi)的學(xué)生學(xué)習(xí)有關(guān)知識，完成前期項目研發(fā)，因此本文主要研究的是STM32的模塊化嵌入式開發(fā)平臺的設(shè)計，因此除了STM32核心控制模塊確定之外，其他內(nèi)容還需要結(jié)合實際情況進行具體分析。在進行設(shè)計工作前，要針對外設(shè)功能需求，對外設(shè)模塊進行劃分，一般情況下可以分為：數(shù)碼管模塊、LED指示燈模塊、蜂鳴器模塊、串口通信模塊、數(shù)碼管模塊、ADC接口模塊、觸屏模塊、溫濕度模塊、WIFI模塊、CAN總線模塊、繼電器模塊以及USB接口模塊等。在基礎(chǔ)上，還要明確每個模塊的電路圖，從而后續(xù)設(shè)計奠定基礎(chǔ)。

根據(jù)應(yīng)用情況，外設(shè)模塊還可以劃分為基礎(chǔ)模塊和拓展模塊兩大類，上文中提及模塊的前六種屬于基礎(chǔ)模塊，后六種屬于拓展模塊，需要注意的是，ADC模塊中較為特殊，可以預(yù)留轉(zhuǎn)換接口，以此連接不同的傳感器。溫濕度模塊也只預(yù)留了溫濕度接口，以此在實際應(yīng)用時可以直接選擇集成好的溫濕度傳感器，如：ASM2301，就可以有效減少平臺設(shè)計成本和時間成本。在這些模塊中最為重要的就是WIFI模塊和繼電器模塊，前者可以讓嵌入式產(chǎn)品和智能設(shè)備終端進行數(shù)據(jù)交互和通信，后者可以實現(xiàn)電路的自動化控制，能夠?qū)φ麄€平臺起到安全保護、自動調(diào)節(jié)的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，市場上對觸屏需求不斷增加，因此觸屏模塊的應(yīng)用次數(shù)也在逐漸增加，觸屏模塊不僅滿足了市場需求，也可以讓信息更好的展現(xiàn)給用戶，實現(xiàn)人機交互。最后，也是最為重要的部分，就是CAN總線接口模塊，通過這個接口可以實現(xiàn)對外通信，該模塊使用的是TJA1050芯片，保證平臺可以繼續(xù)使用。縱觀上文對嵌入式開發(fā)平臺中模塊的分析，可以看出通過STM32的模塊化嵌入式開發(fā)平臺的設(shè)計思想，可以讓很多嵌入式開發(fā)實驗得到落實。

以功能模塊傳輸設(shè)計為例，基于STM32的模塊化嵌入式開發(fā)平臺進行設(shè)計的過程中，需要考慮到每個模塊之間的綜合應(yīng)用，保證模塊獨立性的同時，讓模塊形成具體的智能硬件。因此可知，不同模塊之間要建立起可行有效的傳輸渠道，在充分考慮基本功能的基礎(chǔ)上采用模塊化的思想進行智能平臺的開發(fā)，由此實現(xiàn)不同數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換傳輸。

3 ?STM32的模塊化嵌入式開發(fā)平臺的實現(xiàn)

由上可知，嵌入式開發(fā)平臺主要應(yīng)用在科研和教學(xué)活動中，尤其是在教學(xué)過程中，需要應(yīng)用到相應(yīng)的開發(fā)板進行嵌入式知識的學(xué)習(xí)，甚至于很多學(xué)生會利用其完成畢業(yè)設(shè)計，因此嵌入式開發(fā)板的選擇和應(yīng)用十分重要。根據(jù)上文研究，想要將嵌入式開發(fā)平臺的各個部分設(shè)計成為獨立存在，就要在設(shè)計研發(fā)的過程中，結(jié)合嵌入式產(chǎn)品的實際需求，靈活組合應(yīng)用相應(yīng)模塊，以此完成產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)。比如：將STM32和電機驅(qū)動模塊進行組合就可以得到四軸飛行器，又或者將STM32和電機驅(qū)動模塊、智能傳感模塊等進行族和，可以構(gòu)成智能機器人。現(xiàn)如今，STM32的模塊化嵌入式開發(fā)平臺已經(jīng)在智能家居、智能汽車、醫(yī)療保健等領(lǐng)域中得到應(yīng)用。比如：可以將STM32和鍵盤、LED指示燈、數(shù)碼管模塊之間建立平臺，通過這一嵌入式開發(fā)平臺，可以實現(xiàn)鍵盤掃面、LED、數(shù)據(jù)管、終端等基礎(chǔ)性核心實驗。

4 ?結(jié)語

綜上所述，很多嵌入式開發(fā)平臺中都存在無法復(fù)用或者外設(shè)閑置的情況，而本文采用了模塊化思想，利用STM32芯片，設(shè)計出一個獨立的嵌入式開發(fā)平臺。這種平臺有效解決了傳統(tǒng)嵌入式開發(fā)平臺的缺陷，還節(jié)省了大量的經(jīng)濟成本，根據(jù)實際使用效果來看，該平臺還實現(xiàn)了模塊之間的靈活組合，能夠完成各類實驗。

參考文獻

[1] 查艷芳，劉輝，安峰.基于STM32的模塊化嵌入式開發(fā)平臺的設(shè)計與實現(xiàn)[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2018（33）：57-58.

[2] 查艷芳，劉輝，陳強.基于STM32的模塊化硬件設(shè)計在嵌入式專業(yè)中的應(yīng)用[J].科技視界，2018（28）：43-44.