在设计时如何选择适合的MCU开发套件

目前，许多供应商都在生产面向特定应用的 MCU 开发套件。 通用套件主要侧重于一般培训活动，通常包括简单的 LED 闪烁样例。有针对性的开发套件与通用套件不同，会配备足够的硬件和软件，让您在实际设计中有一个非常良好的开端。 针对电机控制、智能化电能计量、保健监视、音频处理以及其它大量应用的套件能够显著加速产品上市。

为创建此类型套件，制造商选择了不同的策略，这些策略各有优劣。 一些供应商创建特定的硬件优化板，另一些供应商则制造非常通用的 MCU 主板，后者在这些主板上采用了可用于创建各种各样面向应用捆绑包的插件模块。 了解这些策略及其优劣，有助于您更好地根据自己的设计要求选择合适的开发套件。 介绍完最常见的开发套件策略类型后，我们还将介绍一些典型的设计样例，帮您了解在实施这些样例时如何利用一些现成的开发套件。

基于模块化平台的方法

基于平台的方法通常性价比极高，是制造商的常用策略。 通常用作开发起点的是一块比较通的的 MCU 板，且几乎不带板载专用硬件。 这种板具有大量标准接口连接器，可满足来自设备的所有外设和通用 I/O 的连接要求。 接口连接器的机械标准使得为各种外设构建轻松插入型扩展卡成为可能。 如希望连接以太网，只需使用以太网扩展卡，将接口连接器以及任何所需的磁性元件或者其他物理层元件转换为以太网插孔。 这些突破了接口限制的板不仅价格十分低廉，而且配置极其灵活。

许多制造商也为配套器件提供扩展模块。 需要加速计吗？ 这类器件可能以扩展卡的形式出现。 大多数扩展卡也都带有向现有系统添加所需功能所必需的驱动程序和样例软件程序。 有些情况下，样例代码实际上就是参考设计的一部分，能让您很容易地在项目上占得先机。

您可了解制造商们是如何从基于平台的方法获益的。 扩展卡可用在多个参考设计中，并能够在多个目标应用之间均衡开发成本。 在多个应用目标的驱动程序开发、测试以及更高级功能方面，也可以均衡工作且所需改动通常最小。 当制造商在扩展卡上加入自己的一些配套器件时，会创造更多潜在的销售机会，这些器件可以是模拟转换器、存储器、物理层元件或者甚至是无源元件。 有其它销售机会证明各种板、固件和辅助材料的开发成本是合理性的。

模块化平台样例：Freescale 塔式系统

Freescale 塔式系统向我们清晰地展示了一种基于平台的方法。 这种模块化方法（图 1）采用一个或两个侧板来连接一个主板和最多三个扩展板。 主板也配置一个顶部插接式连接器，方便直接添加带有小键盘、加速计或者旋转式触控板的兼容型插入式模块，而无需占用宝贵的扩展板插槽。 请注意，侧板可采用外加连接器，以便在需要更多功能时使用 LCD 板等侧面安装型外设板。 有了模块化设计方法，几乎能很容地通过任何特性组合来构建系统。

图 1：Freescale 的塔式系统模块化开发平台。

塔式系统能与具有 8 位、16 位和 32 位 Freescale MCU 和 MPU 的各类型控制器/处理器模块配合使用。 这些控制器模块为我们带来了易于上手的设计起点。 包括 USB 和串行端口连接器在内，许多常用外设都属于控制器模块上的自带外设，因此只有应用特定型外设才需要扩展板。

塔式系统包括软件，以便让您充分利用底层驱动程序和 API，以及 RTOS、TCP/IP、USB 堆栈和文件系统。 此外，还有丰富的样例程序和参考设计，让您的软件设计构建过程成为一个模块化过程，就如同构建硬件平台一样。

利用塔式系统的软硬件可轻松构建完整的网络服务器演示设计（TWR-K60F120M-KIT）。 通过采用针对每一个关键功能的模块化软件堆栈，该系统可提供各种网页。 传感器内插板可轻松将网络服务器转换为基于网络的远程测量和控制系统。 利用塔式系统便利的外形，即使稍显笨重，也可对远程传感器控制系统进行原型开发和测试，因为针对现场测试中的远程传感器限制通常最小。 但是，可以进行大量测试，且实施模块化意味着传感器和控制接口可重新配置或者换入和换出，以验证不同的功能组合。 当各种不同的系统配置需要在实验室或者现场试用中进行测试时，模块化方法的灵活性便成为一个关键优势。

专用方法

用于构建目标开发平台的专用方法主要在硬件实施方面不同。 专用方法提供目标应用所需的硬件，但其扩展能力远逊于模块化平台方法。 在制造商看来，专用方法可能需要更多的工作，而采用模块化方法进行开发时则可多次使用以前开发成功的模块。 不过，制造商的优势在于目标系统更能接近最终设计。 实际上，设计人员可以在生产设计中直接利用一些电路板设计（通常由制造商提供）和物料清单。 如果物料清单中绝大多数元件由制造商采购，那么这对设计人员而言是一个很好的机会，即无需他们指定最终生产产品中的所有制造商器件。

电机控制是经常使用专用方法的一个应用领域。 要求高功率的应用通常是专用型的，因为高功率元件在保证可靠运行方面至关重要，诸如电机驱动器 TRIAC、电源转换器和相关的电容器、电感器等。 STEVAL-IHM029V1 2，000 W 通用电机控制器（来自 STMicroelectronics）便是此类型方法中一个很好的例子（图 2）。 控制电机所需的所有电子元件均置于同一块 PCB 上。 该板的输入采用 50 Hz 或 60 Hz 的 90 V 或 250 VAC 电网电压，与通用电机的一个简单连接则作为输出。

图 2：STMicroelectronics 通用电机控制演示板。

STM8S103F2P6 是一款 8 位 MCU，用于控制演示板和管理电机控制算法。 这块板还采用了 STMicroelectronics 的其他器件，以符合使用相关元件时的专用平台策略要求，这些器件包括 VIPer16LN 电源转换器、T1235H-6I TRIAC 和 L7905CP 线性稳压器。 该板的说明文档还包括针对关键电机控制特性的详细设计（Gerber 文件）和各种测试程序和结果，具体特性如软启动、低功耗运行、高功耗运行、零电压切换和 EMC 测试结果。 设计本身的小体积能够很容易地被用作生产产品的起点、大多数专用平台方法的目标。

上文介绍的通用电机控制演示板可方便地用于小型电机控制系统的原型开发，如食品加工、咖啡豆研磨机/咖啡机或其他小型家电中的电机控制系统。 与更大型的模块化开发平台相比，更小的体积可能构建出在体积上与最终产品相差无几的原型。 通过板载 MCU 实施简单的用户接口并利用各种不同的电机控制算法，可以迅速构建一个原型系统。 这可以用来集中成组或单独地进行客户测试。 当通过客户的实际使用体验获得反馈时，就可以找到在实验室测试期间没有出现的功能性问题。 另外，客户反馈能给预期的产品使用模型提出宝贵建议。 客户通常希望看到全新或者不同的用途，并且这样会开辟全新市场领域或者创建全新应用。 只有在有一套工作系统的情况下，这些才是一种无可估量的宝贵信息。

带有 Twist 的专用平台

有时我们会发现，没有某些配置能力时专用方法是使用不了的。 我们以带有 Microchip 的 PIC32MX250F128B-I/ML-ND 的 Microchip PIC32 蓝牙音频开发套件（图 3）为例。 主板上不仅含有许多应用所需的资源，而且还提供两个子板位置（从板左侧看）用于增加功能。 如图所示，这两块子板分别是蓝牙 HCI 音频模块子板和 24 位立体声 DAC 线路输出/耳机放大器子板。

图 3：Microchip PIC32 蓝牙音频开发套件。

有了这两块附加子板，就可以满足更多的应用要求，并且意味着出现可能是支持不同的标准新配套器件时，不必为每一种新配套器件重新设计基板。 当各种标准仍在变化不定或者需要支持一些常见的实施选项时，这种照顾设计模块化的情况并不多见。

以上开发套件附带全功能演示程序以及可用来定制特定实施方法的软件程序。 这些软件含有完整的成套代码，并包括针对多种协议和规范的支持功能，具体包括串行接口规范、服务发现应用规范、高级音频分配规范、A/V 远程控制规范、AAC 解码库以及相关的协议和控制器接口。 这种成套代码的说明文档给出了演示设计所需的闪存和 SRAM 存储器容量。

该套件还附带大量的测试程序和已发布的结果。 测试结果是一系列测量值，针对一个未压缩理想音调的 1 kHz 帧总谐波失真，而这种音调经由带和不带蓝牙堆栈或音频 DAC 的 I2S 端口发送。 对于许多测试开发比应用开发更耗时的应用，这些系统测量类型会特别有用。

具有数字音频处理能力的音频流控制器便是采用蓝牙音频套件的一个直观的例子。 这种控制器能通过蓝牙连接传输内容，并将这些内容作为 MP3 文件实时播放和/或保存在一个与之连接的 USB 闪存驱动器中。 采用触控式 LCD 显示屏作为图形化用户界面 （GUI），用于选择不同的菜单项。 输出插孔可连接至扬声器、耳机或音频系统的线路输入连接端。 PIC32MX 系列器件具有专用乘/除单元以及进行乘除运行的独立流水线。 这样，就能非常有效地执行数字音频处理功能，从而增加高级均衡和室内效果特性。 来自客户的重要反馈特别有助于提升高级音频特性，因为这些特性极易受主观因素影响，且很难仅通过实验室测试设置就能实现量化。 请注意，利用含有软件的套件（涵盖所有外设、文件管理和标准音频编码功能），就可将设计重点放在增值型音频处理功能方面，将其作为代码开发工作的关键区分指标和重中之重。

除了音频功能方面的客户测试外，还可为针对最终产品的 GUI 进行客户测试。 这有助于获取客户对 GUI 运行情况的反馈，发现任何令人误解或难以理解的指令或过程。 可能与音频特性一样，很难在测试试验室中对直观且易于使用的 GUI 进行客观评估。 在典型设置过程中进行客户试用能获得更多信息，但完成这种试用的条件是目标平台在测试期间不能从客户体验中剥离。 模块化程度更大的平台因体积庞大而很难用于获取此类详细反馈信息。

系统设计样例

构建一个用于验证概念或原型的完整工作系统，是最新一代全功能开发平台更强大的用途之一。 进行现场试用（也许在苛刻环境中）是原型系统的常见用途。 在一个典型的系统实施过程中可能会用到多块板，且每块板都针对整体系统的某一部分进行了优化。 例如，Digi-Key 工程师将 Texas Instruments 的 MSP430 Launchpad 模块化开发套件作为关键元件构建了一个类似的工作系统。 该系统与 CC430 低功耗无线开发套件配合使用，构建出一个具有音频支持功能的火箭发射控制器无线遥控模型。 这些套件如图 4 和图 5 所示。

图 4：MSP430 Launchpad 评估套件。

图 5：TI CC430 低功耗评估套件。

在系统实施过程中，CC430 无线套件紧邻火箭模型，并通过光电隔离式 MOSFET 控制流入火箭点火系统的电流。 位于火箭模型数米远的另一类似套件与一台已接入互联网的笔记本电脑相连。 这台笔记本电脑可远程登录，并能通过终端机和有线串行链路向 CC430 无线套件发送代码。 这两个 CC430 套件之间采用无线方式发送数据。 与笔记本连接的套件控制支持智能手机的伺服系统，其中智能手机用来远程定位并将实时视频回传至位于 Digi-Key 总部的发射控制器。

在发射控制器中，利用配备电容式 BoosterPack 触控板的 TI MSP430 组成用户界面。 这种用户接口硬件通过有线式串行端口与一台笔记本电脑连接，这台笔记本电脑通过互联网与位于远程发射地的笔记本电脑连接。 用户可通过触控传感器移动遥控伺服系统，以便智能手机的摄像头能扫描发射场地，确保火箭安全发射。 一切都准备就绪后，即可用触控板发送火箭发射指令。 有关该系统及其运行情况，可在Digi-Key 视频库中观看相应的视频内容。

总结

MCU 是功能强大的系统元件，当与全功能开发套件及相关参考设计组合使用时，能在创纪录地时间内完成系统开发。 供应商们在创建这些开发平台时，会利用各种不同的策略方法；您在了解每种方法的优劣后，能更好地选择满足自己设计要求的合适平台。