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基于STM32F103单片机电流电压采集系统设计

一、本文概述

随着现代电子技术的快速发展，电流和电压的精确采集在诸多领

域中，如电力监控、能源管理、工业自动化等，都扮演着至关重要的

角色。STM32F103单片机，凭借其强大的处理能力、灵活的扩展性和

高性价比，已成为众多电子系统设计者的首选。本文旨在探讨基于

STM32F103单片机的电流电压采集系统设计，通过对硬件电路和软件

程序的详细解析，为相关领域的工程师和研究者提供一种可靠的、高

效的电流电压采集方案。

本文将首先介绍电流电压采集系统的总体设计方案，包括硬件架

构的选择、关键元件的选型以及系统的工作原理。随后，将详细介绍

电流电压采集电路的设计，包括模拟信号的处理、模数转换器的配置

以及信号调理电路的实现。在软件设计方面，本文将阐述STM32F103

单片机的编程环境搭建、数据采集程序的编写以及数据处理和传输的

实现方法。本文还将对系统的性能进行评估，包括精度测试、稳定性

分析和响应速度测试等。

通过本文的研究，我们期望能够为电流电压采集系统的设计提供

一套完整、实用的解决方案，为相关领域的工程实践和技术创新提供

有力支持。本文也希望激发更多研究者对基于STM32F103单片机的电

子系统设计进行深入研究，共同推动电子技术的发展和应用。

二、系统总体设计

在设计基于STM32F103单片机的电流电压采集系统时，我们首先

需要考虑的是系统的整体架构和功能需求。系统总体设计的主要目标

是实现高精度的电流和电压数据采集，同时保证系统的稳定性和可靠

性。

核心控制器：选择STM32F103单片机作为系统的核心控制器，负

责数据采集、处理和控制逻辑的实现。

信号调理电路：设计合适的信号调理电路，将采集到的模拟信号

转换为适合STM32F103处理的电压范围。这包括电流转换电路和电压

跟随电路，以确保信号的准确性和稳定性。

ADC模块：利用STM32F103内置的ADC模块进行模拟信号到数字

信号的转换，实现高精度的数据采集。

电源管理：设计稳定的电源管理电路，为系统提供可靠的供电，

同时保证系统在不同工作环境下的稳定性。

外部接口：设计必要的外部接口，如串口通信接口、USB接口等，

以便于数据的传输和系统的调试。

数据采集：编写数据采集程序，实现STM32F103单片机对电流和

电压信号的实时采集，并将采集到的数据存储到适当的存储介质中。

数据处理：对采集到的数据进行处理，包括数据滤波、校准等，

以提高数据的准确性和可靠性。

通信协议：设计合适的通信协议，实现系统与上位机或其他设备

之间的数据传输和通信。

系统控制：编写系统控制程序，实现系统的启动、停止、复位等

功能，确保系统的稳定运行。

硬件冗余设计：在关键部位采用冗余设计，如使用双ADC模块或

备用电源等，以提高系统的可靠性。

软件容错处理：在软件设计中考虑容错处理，如异常检测、错误

处理等，以确保系统在出现故障时能够正常运行或进行安全停机。

环境适应性：考虑系统在不同环境条件下的适应性，如温度变化、

湿度变化等，确保系统能够在各种环境下稳定运行。

基于STM32F103单片机的电流电压采集系统的总体设计涉及到

硬件架构、软件架构和系统可靠性等多个方面。通过合理的设计和实

现，我们可以得到一个高性能、稳定可靠的电流电压采集系统。

三、硬件设计

本电流电压采集系统的硬件设计主要围绕STM32F103单片机展

开，通过合理选择外围电路和传感器，实现精确、稳定的电流电压数

据采集。

考虑到系统的性能需求以及成本因素，选用STM32F103系列单片

机作为核心处理器。STM32F103系列单片机基于ARMCortex-M3内核，

拥有丰富的外设接口和强大的数据处理能力，能够满足本系统对实时

性、稳定性和精度的要求。

电流采集电路采用霍尔效应传感器，将电流信号转换为电压信号，

再经过运算放大器进行放大，最后送入单片机的ADC模块进行数字化

处理。霍尔效应传感器具有测量精度高、响应速度快、抗干扰能力强

等优点，能够准确反映被测电流的大小和方向。

电压采集电路则直接采用高精度的电阻分压网络，将待测电压按

比例缩小后送入单片机的ADC模块。为减小误差，分压电阻采用精度

较高的金属膜电阻，并通过合理的电路设计