莊克玉 張典

摘 要：本文針對(duì)現(xiàn)今開放式教學(xué)中嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用，為了能夠使其具有更好的攜帶性及擴(kuò)展功能，在本文中，將就基于STM32微處理器的嵌入式教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開發(fā)進(jìn)行一定的研究。

關(guān)鍵詞：STM32微處理器；教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；開發(fā)

嵌入式系統(tǒng)，即是以計(jì)算機(jī)與應(yīng)用為基礎(chǔ)，在可靠性、成本、功耗及功能上具有嚴(yán)格要求的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在現(xiàn)今科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，智能手機(jī)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)以及移動(dòng)終端逐步興起的情況下，嵌入式系統(tǒng)成了現(xiàn)階段最為熱門的研究領(lǐng)域。其自身的特點(diǎn)，使其在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中將依附在其余科學(xué)相關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域中，而無法以獨(dú)立學(xué)科特征存在。該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)計(jì)算機(jī)、微電子及其他相關(guān)學(xué)科技術(shù)具有較強(qiáng)的依賴性，其中，計(jì)算機(jī)技術(shù)更是其應(yīng)用的基礎(chǔ)。為了能夠使非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生對(duì)該技術(shù)的發(fā)展全貌進(jìn)行良好的把握，以此實(shí)現(xiàn)自身知識(shí)結(jié)構(gòu)的及時(shí)更新，在本研究中，特提出了開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，希望能夠通過實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的研究實(shí)現(xiàn)學(xué)生實(shí)踐及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

一、硬件設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，對(duì)實(shí)驗(yàn)箱有著較大的依賴，該種情況的存在，使其對(duì)實(shí)驗(yàn)時(shí)間與場(chǎng)地都具有較高的要求，并不適合應(yīng)用在開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。對(duì)于開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)來說，其要求學(xué)生能夠以隨時(shí)隨地的方式對(duì)實(shí)驗(yàn)效果與例程進(jìn)行查看，且不完全依賴實(shí)驗(yàn)設(shè)備與場(chǎng)地。為了能夠?qū)ι鲜鲆筮M(jìn)行滿足，在本平臺(tái)設(shè)計(jì)中，即對(duì)平臺(tái)的易攜帶、低成本需求進(jìn)行了充分的考慮，其主要特點(diǎn)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(xué)生在實(shí)驗(yàn)中能夠都有實(shí)驗(yàn)板；第二，易攜帶，實(shí)驗(yàn)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(shù)的應(yīng)用，包括有SD儲(chǔ)存、彩色液晶顯示及觸摸輸入等。

在該平臺(tái)中，其核心為STM32F103RB芯片，性價(jià)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(shí)具有ADC、USB、SPI等功能。該平臺(tái)供電為3.3V，在設(shè)計(jì)上，包括有供電、調(diào)試及一鍵下載功能，僅僅使用一根USB線即能夠達(dá)到使用目標(biāo)。在具體操作中，只要旁邊有電腦，即能夠使用該平臺(tái)，能夠?qū)W(xué)生的學(xué)習(xí)空間與時(shí)間進(jìn)行有效的拓展。

二、系統(tǒng)特點(diǎn)

設(shè)計(jì)理念方面：首先，能夠?yàn)榍度胧较到y(tǒng)開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展提供服務(wù)；其次，為了同嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)進(jìn)行較好的配合，該平臺(tái)對(duì)模塊化擴(kuò)展方式進(jìn)行應(yīng)用，以此使其在擴(kuò)展功能方面具有較好的表現(xiàn)；最后，為學(xué)生未來嵌入式系統(tǒng)的研究打下良好的基礎(chǔ)。在具體設(shè)計(jì)中，該系統(tǒng)要保證能夠同先修課程實(shí)現(xiàn)良好的銜接，同時(shí)需要做好未來學(xué)習(xí)中培養(yǎng)方案同課程設(shè)置的良好對(duì)接。其主要功能包括以下幾方面。第一，同51單片機(jī)銜接。在實(shí)驗(yàn)品臺(tái)上，具有LED燈及按鍵等外設(shè)的集成處理，對(duì)于之前學(xué)習(xí)過51單片機(jī)的學(xué)生來說，該項(xiàng)操作并不陌生，對(duì)此，學(xué)生即可以將51單片機(jī)的相關(guān)知識(shí)及學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)對(duì)該平臺(tái)的遷移。平臺(tái)軟件方面，其所集成的開發(fā)環(huán)境為RVMDK，該環(huán)境同51單片機(jī)的環(huán)境相同，能夠?qū)W(xué)生在學(xué)習(xí)中的學(xué)習(xí)成本進(jìn)行有效的減少。第二，貼近市場(chǎng)，保持同技術(shù)潮流的同步性。在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中，在對(duì)輸入輸出實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，通常對(duì)數(shù)碼管同按鍵顯示的方式進(jìn)行了使用。而在目前的嵌入式應(yīng)用中，都將在觸摸屏上對(duì)輸入及輸出目標(biāo)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。該平臺(tái)，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(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行圖像的相關(guān)處理，以此為學(xué)生后續(xù)開發(fā)智能手機(jī)應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)。第三，實(shí)時(shí)操作。同傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)相比，在該平臺(tái)當(dāng)中，對(duì)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的學(xué)習(xí)進(jìn)行了強(qiáng)化，即能夠?qū)Ζ藽OS等實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)進(jìn)行移植?？梢哉f，操作系統(tǒng)即是該課程同傳統(tǒng)單片機(jī)課程相比所具有的最大區(qū)別。在該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中，學(xué)生能夠完成對(duì)系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)目標(biāo)，以此為后續(xù)手機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)。第四，模塊化設(shè)計(jì)。為了能夠同開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)相配合，做好教學(xué)效果的檢驗(yàn)。做好系統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)十分關(guān)鍵，這也是對(duì)學(xué)生項(xiàng)目管理、團(tuán)隊(duì)合作及工程實(shí)踐能力進(jìn)行培養(yǎng)的一項(xiàng)重要方式。在該平臺(tái)中，能夠根據(jù)學(xué)生的不同選擇對(duì)課題進(jìn)行設(shè)計(jì)，并具有SD卡擴(kuò)展存儲(chǔ)讀取及音頻解碼擴(kuò)展板等附件的提供，以此在學(xué)生創(chuàng)新精神進(jìn)行充分發(fā)揮的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)其工程實(shí)踐能力的鍛煉。

三、結(jié)語

在上文中，我們對(duì)基于STM32微處理器的嵌入式教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了一定的研究，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，需要做好設(shè)計(jì)把握，使平臺(tái)在教學(xué)中更好地發(fā)揮作用。

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