基于STM32的嵌入式开发系统设计

向 洮 马爱君 张建雷

(山东电子职业技术学院，山东 济南 250000)

1 基于STM32的嵌入式开发系统设计方案

1.1 设计思路

市场中的许多开发团队把多个外设与核心控制芯片进行统一设计开发，形成嵌入式开发系统。然而在每个实践情况中，使用系统的人员对系统的需求不同。将嵌入式开发系统应用于实际环境时，多数使用者仅使用了一部分系统的通用功能，例如基础的ADC、LED、DAC、键盘、串口通信等功能。嵌入式开发系统中的其余功能长期处于闲置状态。部分外设仅能在同一个开发板上工作，难以同时为其他核心芯片或开发板提供支持。在多个温度传感器的支持下，一个嵌入式开发板可以同时对多个温度进行检测。但是市场中现有的温度传感器尚且不能实现被其他核心芯片或开发板所使用，出现外设不能复用的现象。在实际应用中，以上情况会引发浪费成本的情况。因此，嵌入式开发系统各部分的功能应形成互不影响的单独模块，避免成本浪费。在这个嵌入式开发系统中，使用人员可以按照需要使用各部分功能，使应用过程更加科学合理。控制功能与被使用局部可于嵌入式开发系统实现紧密连接，进而推动智能硬件产品开发速度进一步加快。

1.2 模块选择

MCU控制模块的选择是嵌入式开发系统设计中的重要一步。市面上已有的MCU控制模板类型极多，并且具有不同的功能与价格。为确保嵌入式开发系统设计能够稳步开展，控制芯片需要具有低成本、低功耗、高性能的特点。而STM32是现有芯片中最符合要求且性价比最高的一款产品。凭借数量较多的应用接口代码，STM32芯片依托ARM技术广泛应用于多种环境，并存在诸多应用实例。一般情况下，在嵌入式开发系统设计环节中，其工作性能以及使用的便利性均是需要被满足的重要诉求。STM32芯片格外匹配嵌入式开发系统设计的多种要求，是模块选择的最佳控制芯片。例如市面中较为常见的Cortex-M系列微处理器，其同步电路中时钟的基础频率高达72MHz。特别是Cortex-M系列微处理器具有优先级抢占权，可以促进中断控制器进行全面升级。该处理器可以达到中断自动嵌套所需的要求，还可以保护与恢复现场，具有较高的性价比。对于系统设计重点部分而言，时钟电路、复位电路以及供电电路均可设计集成于单块核心板上，以此最大程度维持嵌入式开发系统正常运转，并充分提高开发系统的使用效率。

1.3 系统作用

在STM32的嵌入式开发系统实际应用时，能够最大程度上避免存在模块闲置的问题，显著提升系统模块使用效率，并且使模块互不影响。当升级局部模块中的核心控制芯片时，其余模块芯片仍然保持独立运行，显著降低由于芯片替换、更新带来的不必要折损率。在实际应用中，嵌入式开发系统需要具有极高的可靠性与安全性，并且可以将成本控制在较低的水平，但在质量方面不能出现问题。有时为满足环境需要，嵌入式开发系统中需集成多个开发板。因此，嵌入式开发系统可有效解决成本浪费问题。

2 基于STM32的嵌入式开发系统设计

嵌入式开发系统可用于多种嵌入式环境，满足不同工作情况的要求。本文主要研究基于STM32的嵌入式开发系统设计，因而在确认将STM32作为核心控制模块的基础上，对于系统中的其它模块芯片选择仍需要进行对应研究。在前期项目研发过程中，工作人员需要根据外设功能需求划分外设模块。一般情况下，外设模块可以划分为LED指示灯模块、WIFI模块、ADC接口模块、CAN总线模块、USB接口模块、触屏模块、蜂鸣器模块、和串口通信模块、温湿度模块等等。厘清模块具体划分后，对应设计人员需要进一步确认所有模块电路图，为后续芯片选择等工作夯实基础。

由于应用环境存在差异化，外设模块可进一步按照使用程度划分为拓展模块及基础模块。当中基础模块包含数码管模块、串口通信模块、ADC接口模块、LED指示灯模块以及核心蜂鸣器模块；拓展模块包括USB接口模块、CAN总线模块、WIFI模块、触屏模块、继电器模块、温湿度模块。ADC接口模块相对而言更具特殊性，其本身能够在设计过程当中预留转换接口，并通过接口连接多个传感器。此外，温湿度模块仅有单个接口用于连接温湿度仪器。以上模块中，最重要的模块是继电器模块与WIFI模块。继电器模块能够对电路进行自动化控制，发挥安全保护和自动调节整个平台的作用。WIFI模块可以实现在智能设备终端与嵌入式产品之间进行数据交互、通信。伴随触屏技术纵深发展，触屏模块在系统设计中的应用次数越来越多。一方面，触屏模块促使整体操作便利化、直接化。另一方面，促使系统中的数据信息以可视化形式展现于设计人员或其他工作人员，实现人机交互。外设模块中的核心部分即是CAN总线接口模块，其最大功能是实现对外通信。通过应用TJA1050芯片的CAN总线接口模块使嵌入式开发系统可以顺利运行。

根据上述分析嵌入式开发系统模块的内容可知，基于STM32的嵌入式开发系统设计方案，能够促使很多实验理论落实到实际工作中。例如功能模块传输设计需要保障每个模块具有独立性的同时，考虑模块间的综合应用情况，在嵌入式开发系统中将各个不同模块实现架构搭建，形成智能硬件。在设计系统中不同模块的通讯渠道过程中，设计人员需要全面化顾及模块基础功能，使用模块化思维进行智能产品开发，实现差异化数据可安全传输并自由转换。

3 基于STM32的嵌入式开发系统应用

一般情况下，嵌入式开发系统多应用于科研方面及教学活动当中。在整体前期研发与学习中，嵌入式开发板的选择与应用属于非常重要的内容之一。嵌入式开发系统要实现各部分模块独立存在，不仅要对单一模块进行深入研究，还需要结合产品的实际应用需求，灵活组合模块。如STM32与电机驱动模块组合可以形成四轴飞行器，STM32与智能传感模块、电机驱动模块等模块组合可以组建出智能机器人。在模块化思维不断发展的今天，基于STM32的嵌入式开发系统已广泛应用于智能家居、智能汽车、工业控制等多个领域。STM32在和LED指示灯、键盘、数码管等多元模块构建通讯通道并进一步形成嵌入式开发系统过程当中，系统可以完成数据管、终端、LED、键盘扫面等多项基础性核心实验。