基于STM32CubeMX圖形化編程教學改革的研究

龍祖連

（廣西水利電力職業(yè)技術(shù)學院，廣西南寧，530023）

0 前言

在電子信息專業(yè)人才培養(yǎng)方案中提到，學生通過專業(yè)學習后，具備電子信息產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)管理、售后服務(wù)等崗位能力。STM32課程作為電子信息專業(yè)的一門專業(yè)核心課，學生掌握STM32編程的程度，決定學生以后就業(yè)的崗位的情況；在高職中如何能讓學生學習好STM32編程成為老師的一個難題。傳統(tǒng)的STM32實驗教學編程都是使用寄存器編程或是函數(shù)庫編程的，這兩種實驗編程的方法對我們高職的學生來說都是很難學和理解的，首先寄存器的編程方法比較熟悉STM32單片機的寄存器，而單片機的型號不一樣，寄存器的類型也不一樣，這樣一來學生就得去記很多的寄存器；其次庫函數(shù)的編程方法，雖然ST公司做有很多的標準函數(shù)庫，但去查找也是很難的，同時不同的公司也會做自己的函數(shù)庫，這樣學生在使用的時候很難分清函數(shù)庫的調(diào)用情況。那有沒有有一種能讓我們高職的學生容易上手、容易理解的方法去學生STM32單片機呢？這就是本文將要闡述的STM32CubeMX圖形化編程。

1 STM32CubeMX簡介

STM32CubeMX 是ST 意法半導體近幾年來大力推薦的STM32 芯片圖形化配置工具[5]，直接由圖形界面簡單配置下，生成初始化代碼，并對外設(shè)做了進一步的抽象，讓開發(fā)人員更只專注應用的開發(fā)，可以大大減輕開發(fā)工作時間和費用，提高開發(fā)效率[1]。STM32CubeMX幾乎覆蓋了STM32全系列芯片。在CubeMX上，通過傻瓜化的操作便能實現(xiàn)相關(guān)配置，最終能夠生成C語言代碼，支持多種工具鏈，比如MDK、IAR For ARM、TrueStudio等，省去了我們配置各種外設(shè)的時間，大大的節(jié)省了時間。

2 STM32單片機寄存器和庫函數(shù)編程

在當前高校的電子類的專業(yè)高級的單片機編程基本上都是使用STM32單片機，因為它是32位的單片機，在做系統(tǒng)或產(chǎn)品上它具有工作效率高、運行速度快、成本低等特點，都得到廣大師生的使用[3]。而目前多數(shù)的高校對STM32單片機的教學基本上使用寄存器編程教學或庫函數(shù)編程教學。

■2.1 STM32庫函數(shù)與寄存器開發(fā)流程

進行具體的項目開發(fā)前，做好項目創(chuàng)建工作，通常包括如下步驟：

（1）新建工程項目的文件夾和子文件夾（如user、output、listing等）；

（2）使用MDK新建（或打開項目），選擇目標CPU、添加CMSIS核心、STM32啟動代碼和外設(shè)驅(qū)動程序，構(gòu)成運行環(huán)境；

（3）添加包含main()函數(shù)的主程序文件；

（4）配置目標選項。

■2.2 以閃爍的LED為例采用庫函數(shù)編程和寄存器編程的對比

（1）函數(shù)庫編寫閃爍LED部分函數(shù)，如圖1所示。

圖1 函數(shù)庫編寫閃爍LED部分函數(shù)

（2）寄存器編寫閃爍LED部分函數(shù)，如圖2所示。

圖2 寄存器編寫閃爍LED部分函數(shù)

STM32庫函數(shù)本質(zhì)上是對外設(shè)寄存器直接編程，只是為了方便應用封裝成了函數(shù)。所以用戶的應用程序也可以繞過庫函數(shù)，直接對寄存器編程。直接對寄存器編程的代碼效率最高。不過，需要花費較多的時間學習和查閱STM32數(shù)據(jù)手冊，這個過程繁瑣、易錯，難以移植。

3 STM32CubeMX圖形化編程

■3.1 使用STM32CubeMX開發(fā)流程

使用STM32CUberMX開發(fā)流程如下：

（1）在STM32CubeMX中直觀的配置MCU；

（2）生成開發(fā)工程；

（3）編寫功能代碼；

（4）配置目標選項。

■3.2 使用STM32CubeMX圖形化編程實現(xiàn)閃爍的LED

（1）打開STM32CubeMX軟件，選擇ACCESS TO MCU SELECTOR新建工程，如圖3所示。

圖3 STM32CubeMX軟件界面

（2）選擇開發(fā)板的芯片及芯片的封裝類型，如圖4所示。

圖4 軟件界面芯片選擇

（3）選擇Pinout&Configuration菜單，點擊Categorier/System Core/SYS，在Mode下面對應的選擇，完成之后在右邊的芯片就出現(xiàn)對應的標識，如圖5所示。

圖5 SYS配置選項

（4）配置時鐘選項，如圖6所示。

（5）配置芯片引腳輸入/輸出及其他特性（及LED2的連接引腳），如圖7所示。

圖6 時鐘選項

圖7 芯片引腳配置

（6）點擊Clock Configuration（時鐘源配置選項），對時鐘源進行配置，如圖8所示。

圖8 時鐘源配置

（7）點擊Projiect Manager（工程管理）進行配置，首先在界面選擇Project選項，如圖9所示。

圖9 工程管理配置

其次，點擊Code Generator（代碼生成器）進一步配置（重點），如圖10所示。

圖10 代碼生成器配置

（8）點擊GENERATE CODE創(chuàng)建工程，如圖11所示。

圖11 代碼生成界面

（9）點擊Open Projiect（打開工程），就自動的關(guān)聯(lián)打開MDK-ARM V5軟件并創(chuàng)建工程保存在文件夾里，如圖12所示。

圖12 打開工程文件

（10）在MDK-ARM軟件里面找到main.c文件中主函數(shù)里的while循環(huán)語句添加兩句語句就可以實現(xiàn)閃爍的LED了，如圖13所示。

圖13 代碼修改界面

注意：所有自己編寫的代碼請放在/＊ USER CODE BEGIN XXX ＊/ /＊ USER CODE END XXX ＊/ 之間，這樣我們修改工程的時候你自己寫的代碼就不會被刪除。

4 總結(jié)

本文以STM32單片機控制閃爍的LED實驗為例，分別以寄存器、庫函數(shù)和STM32CubeMX 三種編程開發(fā)模式去實現(xiàn)閃爍的LED控制。從編程過程我們發(fā)現(xiàn)寄存器和庫函數(shù)編程中都需要導入很多都文件，特別是IO口的初始化和時鐘的配置都是需要花費很多的時間去理解；而使用STM32CubeMX圖形化編程，我們只需要簡單的圖形化配置就可以完成代碼的生成及實現(xiàn)。通過多年的教學實驗，對三種STM32編程特點進行了總結(jié)和對比，如表1所示。

表1 三種編程特點對比表

總之，在實踐教學中，我們使用STM32CubeMX圖形化編程開發(fā)做設(shè)計，簡單、易懂，學生的接受情況也比較好，相對之前的寄存器和庫函數(shù)編程教學，取得了良好的效果。使用STM32CubeMX圖形化進行配置，及使用HAL庫進行開發(fā)，這樣極大的縮短了新建工程的時間，而且時鐘配置和中斷配置都更加簡單方便，更適合我們高職學生的學習。