STM32的模块化嵌入式开发平台的设计与实现研究

杨雁冰

摘   要：嵌入式系统是目前市场上的常见技术之一，以STM32芯片为核心，采用模块化思想设计实现的嵌入式的开发平台，可以让每个模块相互独立。基于此，本文针对STM32的模块化嵌入式开发平台的设计与实现进行研究，从设计思想入手，分析具体的设计过程，并且提出嵌入式开发平台的实际应用情况。

关键词：模块化  嵌入式开发平台  STM32  計算机技术

中图分类号：TP319                                 文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）08（a）-0139-02

STM32系列芯片具有高性能、低成本、低功耗等特点，将其应用在嵌入式开发平台中，可以充分发挥出这一平台的实际应用效果，让嵌入式产品可以更好的应用于工业控制、智能驱动、智能显示等领域。

1  STM32的模块化设计思想

1.1 MCU控制模块选择

在进行嵌入式开发平台设计研发的过程中，MCU控制模块的选择非常重要，目前市场上MCU控制模板的种类较多，且功能、价格各不相同，要从其中选择一个高性能、低成本、低功耗的控制芯片，才能够保证开发设计平台较为顺利。STM32是目前市面上最满足上述特点的芯片。STM32芯片基于ARM技术，近几年来得到了广泛应用，不仅如此，丰富的应用实例和应用接口代码也是在教学科研中的应用原因之一。在设计研发嵌入式开发平台中，还需要考虑到开发所需要的性能以及在设计过程中的便捷性问题。针对上述需求分析，不难发现STM32芯片是最满足嵌入式的一种控制芯片。比如：ARM公司推出的Cortex- M系列微处理器可最高时钟频率为72MHz，具有优先级抢占权，让中断控制器得到全面的发展，不仅支持中断自动嵌套，同时也能够完成现场保护和恢复，整体性价比较高，在进行核心设计的过程中，可以将供电电路、时钟电路、复位电路等多个电路构成在一块核心板内，最大程度支持嵌入式开发平台运行，提高开发平台的实际效率[1]。

1.2 模块化的设计思想

现如今，市面上很多嵌入式开发平台都将核心控制芯片和多个外设进行集成统一开发，但是在不同环境下，每一个使用人员对开发板本身的使用需求都存在一定差异，因此在实际应用的过程中，大部分使用者只会使用一部分开发板的基础功能，如：键盘、LED、串口通信、ADC和DAC等。开发板上的其他功能就会出现闲置的情况。不仅如此，一些外设只能够在一个开发板上使用，无法提供给其他开发板或者核心芯片。比如：一个嵌入式开发板需要同时检测多个温度，就需要使用多个温度传感器，但现有的温度传感器无法外借给其他开发板或者核心芯片使用，就会导致外设无法复用。上述两种情况在实际应用的过程中就会导致使用成本出现浪费的情况，应用模块化设计思想，从科研教学等方面出发，可以将开发平台各部分的功能划分成独立的模块，组成一个嵌入式开发平台，在这样的情况下，就可以根据实际使用需求，科学应用各个部分，同时将所应用到的部分和控制系统相连接，促进智能硬件产品的设计研发[2]。

1.3 STM32的模块化设计作用

基于STM32的模块化嵌入式开发平台在实际应用过程中，有效避免了模块闲置情况的发生，模块利用率得到了大幅度提高，同时模块之间相互独立。不仅如此，在部分模块的硬件芯片升级时，也不会影响到其他芯片，最大程度减少新片更新升级产生不必要的折损率。对于嵌入式系统而言，可靠性、安全性、低成本、高质量等方面都有着严格的要求，嵌入式平台最常应用于嵌入专业教学科研工作中，一般情况下，将嵌入式开发平台中集成多个开发板，以此满足嵌入式系统的教学需求。

2  STM32的模块化嵌入式开发平台的设计

嵌入式平台主要应用于嵌入式专业，帮助专业内的学生学习有关知识，完成前期项目研发，因此本文主要研究的是STM32的模块化嵌入式开发平台的设计，因此除了STM32核心控制模块确定之外，其他内容还需要结合实际情况进行具体分析。在进行设计工作前，要针对外设功能需求，对外设模块进行划分，一般情况下可以分为：数码管模块、LED指示灯模块、蜂鸣器模块、串口通信模块、数码管模块、ADC接口模块、触屏模块、温湿度模块、WIFI模块、CAN总线模块、继电器模块以及USB接口模块等。在基础上，还要明确每个模块的电路图，从而后续设计奠定基础。

根据应用情况，外设模块还可以划分为基础模块和拓展模块两大类，上文中提及模块的前六种属于基础模块，后六种属于拓展模块，需要注意的是，ADC模块中较为特殊，可以预留转换接口，以此连接不同的传感器。温湿度模块也只预留了温湿度接口，以此在实际应用时可以直接选择集成好的温湿度传感器，如：ASM2301，就可以有效减少平台设计成本和时间成本。在这些模块中最为重要的就是WIFI模块和继电器模块，前者可以让嵌入式产品和智能设备终端进行数据交互和通信，后者可以实现电路的自动化控制，能够对整个平台起到安全保护、自动调节的作用。随着科学技术的发展，市场上对触屏需求不断增加，因此触屏模块的应用次数也在逐渐增加，触屏模块不仅满足了市场需求，也可以让信息更好的展现给用户，实现人机交互。最后，也是最为重要的部分，就是CAN总线接口模块，通过这个接口可以实现对外通信，该模块使用的是TJA1050芯片，保证平台可以继续使用。纵观上文对嵌入式开发平台中模块的分析，可以看出通过STM32的模块化嵌入式开发平台的设计思想，可以让很多嵌入式开发实验得到落实。

以功能模块传输设计为例，基于STM32的模块化嵌入式开发平台进行设计的过程中，需要考虑到每个模块之间的综合应用，保证模块独立性的同时，让模块形成具体的智能硬件。因此可知，不同模块之间要建立起可行有效的传输渠道，在充分考虑基本功能的基础上采用模块化的思想进行智能平台的开发，由此实现不同数据之间的转换传输。

3  STM32的模块化嵌入式开发平台的实现

由上可知，嵌入式开发平台主要应用在科研和教学活动中，尤其是在教学过程中，需要应用到相应的开发板进行嵌入式知识的学习，甚至于很多学生会利用其完成毕业设计，因此嵌入式开发板的选择和应用十分重要。根据上文研究，想要将嵌入式开发平台的各个部分设计成为独立存在，就要在设计研发的过程中，结合嵌入式产品的实际需求，灵活组合应用相应模块，以此完成产品设计开发。比如：将STM32和电机驱动模块进行组合就可以得到四轴飞行器，又或者将STM32和电机驱动模块、智能传感模块等进行族和，可以构成智能机器人。现如今，STM32的模块化嵌入式开发平台已经在智能家居、智能汽车、医疗保健等领域中得到应用。比如：可以将STM32和键盘、LED指示灯、数码管模块之间建立平台，通过这一嵌入式开发平台，可以实现键盘扫面、LED、数据管、终端等基础性核心实验。

4  结语

综上所述，很多嵌入式开发平台中都存在无法复用或者外设闲置的情况，而本文采用了模块化思想，利用STM32芯片，设计出一个独立的嵌入式开发平台。这种平台有效解决了传统嵌入式开发平台的缺陷，还节省了大量的经济成本，根据实际使用效果来看，该平台还实现了模块之间的灵活组合，能够完成各类实验。

参考文献

[1] 查艳芳，刘辉，安峰.基于STM32的模块化嵌入式开发平台的设计与实现[J].科学技术创新，2018（33）：57-58.

[2] 查艳芳，刘辉，陈强.基于STM32的模块化硬件设计在嵌入式专业中的应用[J].科技视界，2018（28）：43-44.