陈葆群-嵌入式开发与仪器仪表题

分享人: 61521516 陈葆群 23 年 B 题一等奖

电赛会用到的单片机主要还是在 STM32 和 TI MSP 里面选。

STM32 建议选用 STM32F407ZGT6 以上，可以尝试使用 STM32H723/743，H7 系列性能可以追一追一些 FPGA。F4 已经是十多年前的产品了，性能靠谱，不太建议使用更老的 F1 系列。STM32 我们这边是自己选购板子，使用 STM32CubeMX+Keilv5 进行开发调试。TI 单片机可以只用 MSPM0，CCS 配套的 Diverlib+Syscfg 可以非常轻松的开发，有时候比 STM32 上用 CubeMX+Keil 还要舒服，因为 TI 给的例程是图形化界面+代码+学习资料都配齐的，图形化界面更加贴近模拟电路方面的应用，许多用法看着确实让人眼前一亮。

抛开具体使用的单片机不谈，偏硬件方面比较基础的，应当是对一些底层概念有一些抽 象的认知。先打好一些对数电、模电、计组的基础，哪怕是科普性的都行（逝去的三合一课程在这边还是蛮管用的），后续可以举一反三。

先看代码，代码究竟是怎么跑的？跑一片代码的时间量级大概是微秒级还是毫秒级的？ 数据的更新处理只能靠 CPU 吗？再来看看外设，以 GPIO 为例，什么时候是输入，什么时候是输出？显然有寄存器指向这个吧，搓模拟 I2C，涉及输入输出转换时会用到；处于输出模式时，怎么拉高拉低电平，显然也得有寄存器指向这个吧，同样的，厂商应当有配套的库函数；开漏输出和推挽输出有什么区别，上拉下拉电阻怎么加，开漏输出肯定加上拉电阻等等。 以 Timer 为例，显然应用时会考虑何时开始计数？计数是上升还是下降，溢出了怎么处理？ 更加复杂一点的是，输入捕获又得怎么用？万一输入捕获的不是个比较好的方波，而是更加一般的模拟信号，比如正弦波，那这个正弦波该怎么处理才能使捕获正常？

这些内容，虽然纷繁冗杂，但是抓好一些基础课程的学习，相信还是能迎刃而解的。偏嵌入式软件开发方面，在整体框架上相当重要的仍然也是一些课内知识，尤其是状态机，应当让一个状态机（任务）在这个仪器仪表代码工程文件中占统治地位。还会用到的，应当是一些数据分析处理相关的，在数值分析/计算方法课程中会学到；有时还会用到一些频域知识，可能会做fft，那么信号与系统相关知识就少不了了，如果是用stm32，这个时候可以去调用 arm dsp 库。

总之课内知识好好学，如果是大二结束的那个暑假参加电赛，这个时间节点应当很多库 内知识都是非常非常管用的。

再回到电赛嵌入式系统开发，仪器仪表方面。从培训到参赛，随时间推移，手头上的资源是越积越多的，重要的战略目标是开发出能够对接各种题目（各种业务）的通用软件框架。 测控电路因题而异，但人机交互、工程框架这些更加偏底层内容的应当准备好，单片机选型那也是基本固定了。中后期应当能方便拿出一个业务逻辑缺省但其它资源基本齐全，如配套的串口屏驱动（建议 ILI9341，320*240，2.4 寸以上屏幕）以及 ui 相关库函数（如写浮点数）、字库等+矩阵键盘运行逻辑，如按键扫描，取数等等功能备齐的工程文件。嵌入式实时操作系统 FreeRTOS 这个中间件该不该学？可以不学，电赛仪器仪表题需要开发的嵌入式系统不够复杂，不会像机器人一样有一堆电机需要协调，但是会用的绝对是感觉真香，别人不用操作系统在这里头疼那里头疼的时候，你就自己一边乐去吧。为什么这边不提中断相关的，因为基本不用。FreeRTOS 在机器人社团属于电控组新人培训后期得掌握的内容。

单片机外设虽然看着蛮多的，但这个不用慌。虽然看着多，但是用到的两个巴掌还是数 的过来的，而且很多用法是固定的，电赛培训一个月时间内应当能基本掌握。

• SPI：使用 SPI 驱动的外设有 SPI 屏（如 ILI9341 320*240 串口屏）、DDS 模块（如 AD9910）、 PLL 模块（如 ADF4351），通常只用到发送数据，即单片机 MOSI（TI 单片机中是 PICO），有写数据写命令通过 DC 引脚分开的应用。

• I2C：这部分外设比较少，仪器仪表题一般碰不到 I2C 外设，或者直接有用 SPI 替代的， 如果需要用建议使用软件模拟 I2C，定时器尝试一下微秒级延时，STM32 的硬件 I2C 可能不太好用。这部分关键仍然是商家示例代码移植，如果是 STM32，需要将底层硬件接口对应上，一些操作该换库函数的换库函数，不该用的延时，如用 systick 做的延时可能造成一些冲突导致代码阻塞在一些地方，就需要自己改成定时器或者软件自减凑合。

• DMA：通常搬的是 ADC 数据，别的数据没碰见需要搬的。

• FSMC：外扩 SRAM 或者接并口屏，用了之后即使是有一百多根引脚的 F407 也难找出个比较舒服的位置插矩阵键盘排线了，所以不要用。

• ADC：测控电路的关键，ADC 不转换出来怎么处理数据？但不要太怀疑 ADC 转换不准， 情况不太对很可能是外围电路造成的，调试时建议 ADC 引脚接示波器。很多时候用的都是单次转换，大可不必想连续转换这里好那里好之类的，果断点，用单次转换！可能用到时钟源触发多通道 ADC+DMA 转换，一次采样几千个数据，这已经是比较终极的应用了，搓示波器并对波形进行频率分析时就这么用。STM32H7 系列的 ADC 比较高级，没有用过。TI MSPM0 的 ADC 也有好多花里胡哨的功能，什么硬件平均之类的确实挺帅的。

• TIM：定时器，好像可以想方设法偷懒不去用，但这不能成为短板，不然亏大了。有定 时，计数，产生 PWM 波，做 ADC 触发源，做 RTOS 时钟，输入捕获等等应用。STM32 里面定时器涉及的寄存器比较多，好多都有点重复，这边不要怀疑是自己的问题，大胆用。

• GPIO：内容清晰，效果深刻。哪天要是对库函数感觉腻了，想玩玩寄存器相关的，也可以从 GPIO 开始。相关内容开头已经提了，这边不再重复了。

其它外设，要么意义不大，如看门狗，你就在你作品旁边，不能自己伸手按 RESET 吗？ 国测验收老师都让按哈哈；要么是我这边也不太用，比如 UART，USB 这些做仪器仪表题真没见有用，做无人机的倒是用得比较火。如果要做单片机和 FPGA 通信，不建议用 UART 因为我们这边确实撞了南墙，当然这是不是 UART 的锅得另说。在 FPGA 上模拟 UART 接收可能难以调试，可能电子专业方向大三学电子系统设计相关课程才会更加熟悉，电赛那会儿碰见这个确实只能认栽。至于 CAN，当然 STM32H7 用的是新标准 FD-CAN，CAN 通信有点意思， 但只有用到比较高级的电机的时候才会用上，属于控制题需要考虑的，仪器仪表题就不用管了哈哈，当然这也是机器人社团新人培训里面特别基础的内容。

受限于时间精力，篇幅也有限，虽然码是码了 2.5k 字了，但好多事情这边还是一下子讲不清楚。要是此文真的帮的上忙，那还是挺不错的。个人感觉讲的其实真没啥，建议来机 器人社团电控组学习一下，就知道这个"没啥"是什么分量了。当然，真要是碰见问题，欢迎直接打扰我（QQ 2782371474）。我们组电赛碰见问题，也是大胆半夜一点钟去打扰老师的，最终收获了一些雪中送炭般的支持。

陈葆群

2023.10.6