基于STM32F103控制电路的一种芯片替代优化设计方案

2022-04-25严宁彭富伦赵青林陈洪彩李松曹越

电子元器件与信息技术 2022年3期

严宁彭富伦赵青林陈洪彩李松曹越

（西安应用光学研究所，陕西西安 710065）

0 引言

以集成电路为代表的各种电子元器件，广泛应用于计算机、电力、金融、通信设备等公共设施和航空、航天、电子、船舶和工业等各种装制和设备上。我国电子元器件产业虽然起步并不晚，但受各种因素的影响，在元器件的门类、品种、性能和质量可靠性方面与国外产品相比都有较大差距，特别是集成电路、光电子器件、电真空器件等类别差距更大[1]。

目前我国电子设备选用进口电子元器件主要面临停产断档、出口限制与禁运、存在安全隐患、假冒伪劣以及筛选测试困难等多种问题。拥有自主知识产权的集成电路已日益成为经济发展的命脉、社会进步的基础、国际竞争的筹码甚至国家安全的保障[2]。

近年来，我国信息化关键软硬件技术得到了长足发展，特别是基础电子元器件性能有了大幅度提升[3]；我国生产元器件的研制单位及生产厂家越来越多，电子元器件自主研发已取得长足的发展，有些元器件已经设计完成并通过鉴定[4]。但由于受到进口厂家占比大，装备研究单位众多，每个单位对装备电子元器件的控制水平和方式不同的影响，导致我国在装备电子元器件自主研究上，同一功能的元器件经常出现选择多种规格的产品，这样的情况导致进口元器件的选型比较分散[5]。

STM32F103为ST公司出品的ARM架构32位MCU，使用Cortex-M3核心有72MHz主频，拥有512KBFlash储存，可在-40～+85℃环境中工作，具有8组GPIO接口，扩展性非常好[6]，适用于电力电子系统方面的应用、电机驱动、应用控制等，由于其低廉的价格和强大的功能，其在嵌入式产品中被广泛应用[7]。本文从器件选型、电路原理、软件流程、工程应用与验证等方面给出一种自主研发替代方案，该方案可完全替代基于STM32F103微处理器的控制电路。

1 电路原理

采用本方案设计的电路实现对具有RS422通信方式的设备进行控制的功能，该电路具有3路RS422通信接口，可同时控制3个不同的设备进行工作。

该电路采集外部开关输入的开关量，根据对应开关量信息形成控制指令，将控制指令通过RS422串行接口发送给外部设备，实现对外部设备的控制；该电路具有上电自检功能，上电时对电路外部特征量进行检查，形成自检结果，并将自检结果上报给上位机；该电路接收外部串口发送的命令信息，对命令信息进行处理，并形成处理结果，将控制指令、自检结果及处理信息通过外部接口进行上报。图1为电路原理框图。

图1 电路原理框图

2 芯片替代优化设计方案

该方案主控芯片采用原位替代，接口及其他电子元件采用功能替代，主要电子元器件替代方案见表1。主控部分原理如图2所示。接口部分原理如图3所示。

表1 主要电子元器件芯片替代方案

图2 主控部分原理图

图3 接口部分原理图

3 软件控制流程

软件采用C语言进行编写。软件控制流程如图4所示。程序上电后先进行初始化，包括端口、数据、看门狗、寄存器等初始化，然后读取上电自检状态和运行状态，并将上电自检及运行状态通过外设串口进行上报；程序进入三个并行的线程，周期查询自检状态、复位看门狗并形成自检上报信息，对自检指示单元进行控制；周期查询外设开关、复位看门狗，对开关量进行去抖处理以保证开关的灵敏可靠，根据开关量信息判断出命令值并形成上报命令信息，同时对命令信息通过外设串口进行上报；周期查询外设串口接收状态，当有数据到来时及时接收数据，并对数据进行判断处理，处理完成后通过串口返回处理结果及状态信息。