stm32采集交流电压信号_基于STM32的多路电压采集的设计 与实现
1.引⾔
近年来，数据采集及其应⽤受到了⼈们越来越⼴泛的关注，数据采集系统也有了迅速的发展，它可以⼴泛的应⽤于各种领域。 数据采集技术是信息科学的重要分⽀之⼀，数据采集也是从⼀个或多个信号获取对象信息的过程。数据采集是⼯业控制等系统中的重要环节，通常采⽤⼀些功能相对独⽴的单⽚机系统来实现，作为测控系统不可缺少的部分，数据采集的性能特点直接影响到整个系统。
电压的测量最为普遍性，研究设计并提⾼电压测量精度的⽅法及仪器具有⼗分重要的意义。在电压测量设计中，单⽚机作为控制器，是整个设计的核⼼。除此之外，设计中还必须有模数转换器(ADC)。ADC⽤于直接采集模拟电压并将模拟信号转换成数字信号，它直接影响着数据采集的精度和速度。
2.系统概述
本设计的微控制器采⽤STM32单⽚机。STM32系列单⽚机是基于ARM公司Cortex-M3内核设计的。它的
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时钟频率达到72MHz，是同类产品中性能较⾼的产品，具有⾼性能、低成本、低功耗的优点，是嵌⼊式应⽤设计中良好的选择。设计中的A/D转换器采⽤STM32内置ADC。STM32的ADC是⼀种12位逐次逼近型模拟数字转换器。
它有多达18个通道，可测量16个外部和2个内部信号源。各通道的A/D转换可以单次、连续、扫描或间断模式执⾏。转换结果可以左对齐或右对齐⽅式存储在16位数据寄存器中。其输⼊时钟最⼤可达到14MHz。
本设计可测量8通道电压值，测量范围为0-10V的电压，显⽰误差为±0.001V。LCD实时显⽰电压值和波形图，MicroSD卡对数据进⾏同步存储。系统原理框图如图1所⽰。
图1 系统原理框图
信息发布屏3.系统硬件设计
本设计的硬件主要包括STM32模块，LCD模块，SD卡模块和按键模块。STM32模块不仅作为核⼼控制器，还包括ADC设备，它主要包括STM32最⼩系统电路。LCD模块主要包括LCD驱动接⼝电路。SD卡模块主要是SD卡驱动电路。除此之外，还有⽤于程序下载调试的J-Link接⼝电路和电源电路等。
3.1、STM32最⼩系统
本模块主要介绍STM32芯⽚和设计中⽤到的外设模块。
STM32最⼩系统使⽤外部⾼速时钟，外接8M晶振。STM32的两个BOOT引脚都接低电平，以使⽤户闪存存储器为程序启动区域。芯⽚采⽤J-Link下载模式，也可以进⾏硬件调试。STM32的电源引脚都接了滤波电容以确保单⽚机电源的稳定。 STM32F103VET6拥有3个ADC，这些ADC可以独⽴使⽤，也可以使⽤双重模式(提⾼采样率)。STM32的ADC是12位逐次逼近型的模拟数字转换器。它有18个通道可测量16个外部和2个内部信号源。各通道的A/D转换可以单次、连续、扫描或间断模式执⾏。在程序正常执⾏的时候，中断是可以打断程序正常执⾏的。同这个类似，注⼊通道的转换可以打断规则通道的转换，在注⼊通道被转换完成之后，规则通道才得以继续转换。
本设计中ADC采集的数据使⽤DMA进⾏传输，以达到⾼速实时的⽬的。
3.2、ADC控制电路
STM32的数字/模拟转换模块(DAC)是12位数字输⼊，电压输出的数字/模拟转换器。本设计中使⽤DAC来控制ADC匹配电路的增益。在打开DAC模块电源和配置好DAC所需GPIO的基础上，往DAC通道的数据DAC_DHRx寄存器写⼊数据，如果没有选中硬件触发，存⼊寄存器DAC_DHRx的数据会在
⼀个APB1时钟周期后⾃动传⾄寄存器DAC_DORx。⼀旦数据从DAC_DHRx寄存器装⼊DAC_DORx寄存器，在经过⼀定时间之后，输出即有效，这段时间的长短依电源电压和模拟输出负载的不同会有所变化。
图2 ADC匹配电路图
TM32的ADC前加⼊匹配电路。在ADC控制电路中，输⼊信号先经过射极电压跟随电路，然后经过分压电路，使输⼊信号满⾜AD603的输⼊要求。然后再经过射极电压跟随电路，输⼊ADC输⼊端。AD603的控制输⼊使⽤STM32的DAC，可以满⾜增益的要求。
匹配电路以AD603为核⼼.AD603为单通道、低噪声、增益变化范围线性连续可调的可控增益放⼤器。带宽90MHz时，其增益变化范围
为-10dB～+30dB；带宽为9M时范围为10～50dB。
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将VOUT与FDBK短路，即为宽频带模式(90MHz宽频带)，AD603的增益设置为-11.07dB~+31.07dB。AD603的5、7脚相连，单⽚AD603的可调范围为-10dB～30dB。AD603的增益与控制电压成线性关系，其增益控制端输⼊电压范围为±500mv，增益调节范围为40dB，当步进5dB时，控制端电压需增⼤：
ADC匹配电路的电路图如图2所⽰。
3.3、LCD控制电路
本设计所使⽤的LCD为2.4⼨，320&mes;240分辨率。LCD模块使⽤STM32的FSMC接⼝控制。
FSMC(FlexibleStacMemoryController)即可变静态存储控制器，是STM32系列中内部集成256KB以上Flash，后缀为xC、xD和xE的⾼存储密度微控制器特有的存储控制机制。通过对特殊功能寄存器的设置，FSMC能够根据不同的外部存储器类型，发出相应的数据/地址/控制信号类型以匹配信号的速度，从⽽使得STM32系列微控制器不仅能够应⽤各种不同类型、不同速度的外部静态存储器，⽽且能够在不增加外部器件的情况下同时扩展多种不同类型的静态存储器，满⾜系统设计对存储容量、产品体积以及成本的综合要求。
在STM32内部，FSMC的⼀端通过内部⾼速总线AHB连接到内核Cortex－M3，另⼀端则是⾯向扩展存储器的外部总线。内核对外部存储器的访问信号发送到AHB总线后，经过FSMC转换为符合外部存储器通信规约的信号，送到外部存储器的相应引脚，实现内核与外部存储器之间的数据交互。FSMC起到桥梁作⽤，既能够进⾏信号类型的转换，⼜能够进⾏信号宽度和时序的调整，屏蔽掉不同存储类型的差异，使之对内核⽽⾔没有区别。FSMC可以连接NOR/PSRAM/NAND/PC卡等设备，并且拥有FSMC_A［25:0］共26条地址总
数字调节器线，FSMC［15:0］共16条数据总线。另外，FSMC扩展的存储空间被分成8个块。通过地址线选择操作的块。这样，LCD将被看作⼀个拥有⼀块地址空间的存储器进⾏操作。制作候车亭
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3.4、SD卡驱动电路
本设计中使⽤的SD卡为MicroSD，也称TF卡。MicroSD卡是⼀种极细⼩的快闪存储器卡，主要应⽤于移动电话，但因它的体积微⼩和储存容量的不断提升，现在已经使⽤于GPS设备、便携式⾳乐播放器、数码相机和⼀些快闪存储器盘中。MicroSD卡引脚图如图9所⽰。
MicroSD卡与SD卡⼀样，有SPI和SDIO两种操作时总线。SPI总线相对于SDIO总线接⼝简单，但速度较慢。我们使⽤SDIO模式。
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