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基于ARM的多数据采集系统的设计
目录
1.引言 1
2. 多路数据采集系统总体设计 2
2.1 系统设计要求 2
2.2 系统设计方案 2
3 数据采集系统的硬件设计 2
3.1 最小系统的设计 3
3.2 STM32F103系列规格说明 3
3.3 STM32F103RBT6处理器 4
3.4 电压采集系统的设计 6
4 系统调试及软件设计 6
4.1 最小系统板调试 7
4.2 系统整体调试 7
5 总结 8
参考文献 10
附录 11
基于ARM 的多路数据采集系统的设计
摘要:设计了一个基于ARM芯片的多路数据采集系统,可以实现对路数据的采集,信号的采集方式可以是单路采集也可以是多路循环采集,数据采集的结果以数字。经软硬件综合调试,验证了方案的可行性。关键词:数据采集;ARMA/D转换; :
图1 最小系统设计框图
电源模块:CPU为3.3V供电,最小系统外部输入电源为5V,经过电压转换芯片LM1117-3.3获得3.3V输出电压,以提供系统电源。电源的输入输出端并接滤波电容,分别滤除电源的高频和低频噪声。
USART串行通信接口模块:支持同步单向通信、半双工单线通信、和全双工模式。具有用于多缓冲器配置的DMA方式,可以实现高速数据通信。单独的发送器和接收器使能位,发送方为同步传输提供时钟。10个带标志的中断源。
除此之外还有外部时钟,复位系统,ADC参考电压,JTAG调试接口的设计。
3.2 STM32F103系列规格说明
STM32F103系列使用高性能的ARM Cortex-M3 32位的RISC内核,工作频率为72MHz,内置高速存储器,具有丰富的增强型I/O端口和连接到两条高性能的外设总线的外设。STM32F103系列都至少包含2个12位的ADC、1个高级定时器、3个通用16位定时器,还包含标准和先进的通信接口:2个I2C、2个SPI同步串行接口、3个USART异步串行接口、1个USB全速接口和一个CAN接口。I/O翻转速度可达18MHz。
STM32F103系列中等容量增强型系列产品供电电压为2.0V至3.6V,包含-40℃至+85℃温度范围。一系列的省电模式保证低功耗应用的要求。
STM32F103系列中等容量系列产品提供包括从36脚至100脚的6种不同封装形式;根据不同的封装形式,期间中的外设配置不尽相同。下面给出该系列产品中的产品功能和外设配置一览表,如表(1)所示:
表1 STM32F103系列中等容量产品功能和外设配置
3.3 STM32F103RBT6处理器
电压调压器
调压器有三个操作模式:主模式、低功耗模式和关断模式
主模式用于正常的运行操作
低功耗模式用于CPU的停机模式
关断模式用于CPU的待机模式:调压器的输出为高阻状态,内核电路 的供电切断,调压器处于零消耗状态
该调压器在复位后始终处于工作状态,在待机模式下关闭处于高阻输出。
ADC(模拟/数字转换器)
STM32F103xx增强型产品内嵌2个12位的模拟/数字转换器,每个ADC共用多达13个外部通道,可以实现单次或扫描转换。在扫描模式下,自动进行在选定的一组模拟输入上的转换。
ADC接口上的其它逻辑功能包括:
同步的采样和保持
交叉的采样和保持
单次采样
ADC可以使用DMA操作
模拟看门狗功能允许非常精准的监视一路、多路或所有选中的通道,当被监视的信号超出预置的阈值时,将产生中断。
由标准定时器和高级控制定时器产生的事件,可以分别内部级联到ADC的开始触发和注入触发,应用程序能使AD转换与时钟同步。
通用输入输出接口(GPIO)
图3 整体流程图
按照上述流程完成程序设计,编译、链接、运行,观察输入输出情况。如图4所示:
打开串口调试助手,在数据接收区内以十六进制依次显示经过ADC所获得的
图4 串口显示
输入信号的转换结果,图中显示了4路采样输出后的电压值。调节滑动变阻器,可以串口助手窗口看到输出电压值的变化。电路能够正常工作,且软件调试成功,实现了设计要求。证明外围电路的设计思路正确,软件编程正确,能够满足设计要求的需要。
5 总结
本数据采集系统充分利用微处理器STM32F103RBT6内置的16路ADC通道、DMA控制器、USART通信接、定时器等丰富的外设资源,在系统实现上简化了相关模块的设计,提高了系统运行的可靠性。经过系统硬件设计和软件配置实现顺序采集转换输入的多路电压信号,并利用上位机界面显示采集的信号,实现了输入信号的实时监测和管理,达到了系统设计的基本要求。
在本次实习活动中,不仅需要动手也需要动脑,是软件与硬件的结合。在外围电路的制作过程中,使我们详细的了解的电路的制作过程。增强的我们的动手能力。软件的编写过程,是对我们以前学过的嵌入式知识的总结与进一步提高。
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