基于A(yíng)RM Cortex-M3的多路數據采集系統的設計

摘要：數據采集是獲取信號對象信息的過(guò)程。本文設計了一個(gè)基于ARM Cortex-M3處理器的數據采集系統，利用內置的豐富的外設資源，實(shí)現多路模擬輸入電壓信號的連續采集和順序轉換，通過(guò)RS232串行通信將轉換結果在PC接收端顯示，并產(chǎn)生PWM方波信號，實(shí)現對現場(chǎng)電壓信號的實(shí)時(shí)監測。
關(guān)鍵詞：數據采集系統；嵌入式系統：Cortex-M3微處理器

0 引言
數據采集系統是將采集傳感器輸出的溫度、壓力、流量、位移等模擬信號轉換成計算機能識別的數字信號，進(jìn)行相應的計算存儲和處理；同時(shí)，可將計算所得的數據進(jìn)行顯示或打印，以便實(shí)現對某些物理量的監測和控制。
嵌入式系統是以應用為中心，以計算機為基礎，軟硬件可剪裁，適用于對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專(zhuān)用計算機系統。嵌入式系統的核心是各種類(lèi)型的嵌入式處理器。目前，采用ARM技術(shù)的微處理器占據了主流，其應用遍及工業(yè)控制、消費類(lèi)電子產(chǎn)品、通信系統、網(wǎng)絡(luò )系統、無(wú)線(xiàn)系統等各類(lèi)產(chǎn)品市場(chǎng)。而 ARM微處理器的Cortex系列專(zhuān)為安全要求較高的應用而設計。其中，Cortex-M3適于高性能、低成本需求的嵌入式應用。

1 多路數據采集系統總體設計
1．1 系統設計要求
本數據采集系統的設計要求實(shí)現150路直流電壓的實(shí)時(shí)采集和順序轉換。經(jīng)過(guò)部分采集處理后，由串行數據總線(xiàn)將轉換數據發(fā)送至上位機界面，經(jīng)過(guò)換算，以檢測采集的電源正常與否；同時(shí)在輸出端產(chǎn)生5路PWM方波信號，以用作輸出測試與控制。
1．2 系統設計方案
根據上述設計要求和數據采集系統的設計規范，將系統劃分為兩個(gè)部分：最小系統和采集系統。
最小系統采用基于A(yíng)RM Cortex-M3架構的微控制器STM32F103RBT6為主控CPU，利用其內置16通道ADC對輸入的多路直流電壓信號進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和轉換，內置外設USART將轉換結果經(jīng)過(guò)串口發(fā)送在PC端由串口調試助手顯示。
采集系統采用5塊采集板，每塊板實(shí)現30路電壓信號采集。各塊板上，采用比例分壓的方法，利用排阻進(jìn)行采集電壓的比例轉換，以達到ADC轉換的參考基準電壓要求。電壓信號的輸入采用4．16線(xiàn)模擬開(kāi)關(guān)CD4067，通過(guò)CPIJ輸出四位控制信號，依次選擇各路輸入信號，進(jìn)行采集轉換。
電壓信號經(jīng)過(guò)采集板，級聯(lián)輸入到最小系統板中，利用CPU內置ADCl中的10個(gè)轉換輸入通道，依次進(jìn)行轉換。設置CPU_內部DMA模塊實(shí)現轉換結果的存儲，利用串口轉發(fā)數據，在上位機顯示轉換結果。
根據上述設計方案，本數據采集系統的系統組成和工作原理如圖1所示。



2 數據采集系統的硬件設計
根據系統構成原理，硬件設計上，最小系統和采集系統兩部分通過(guò)并行接口實(shí)現多塊板級聯(lián)，通過(guò)選擇相應的輸入通道和轉換通道，實(shí)現信號采集和轉換結果的顯示。