多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：設(shè)計(jì)了一個基于ARM芯片的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對8路數(shù)據(jù)的采集，信號的采集方式可以是單路采集也可以是多路循環(huán)采集，控制信號可通過觸摸屏或上位機(jī)控制輸入，數(shù)據(jù)采集的結(jié)果以數(shù)字和圖形的方式在液晶屏上實(shí)時(shí)顯示。經(jīng)軟硬件綜合調(diào)試，驗(yàn)證了方案的可行性。
關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集；ARM；液晶顯示器；A／D轉(zhuǎn)換；STM32

0 引言
隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，A／D數(shù)據(jù)采集是其中一項(xiàng)重要的研究課題，A／D多路采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案可以多種，通過對三種實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行比較，最終采用STM32系列ARM芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)。STM32是基于ARM Cortex-M3內(nèi)核的32位處理器，具有杰出的功耗控制以及眾多的外設(shè)，并具有極高的性價(jià)比，目前正逐漸搶占了電子領(lǐng)域原有的51、AVR的市場。本設(shè)計(jì)中采用STM32F103RBT6作為主控制器，該芯片配置豐富，便于今后的系統(tǒng)功能擴(kuò)展。

1 方案比較與論證
為實(shí)現(xiàn)多路數(shù)據(jù)采集要求，提出如下三種設(shè)計(jì)方案：
(1)基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
本方案采用雙單片機(jī)的方法，即在數(shù)據(jù)采集的遠(yuǎn)端、近端均采用單片機(jī)控制，遠(yuǎn)端完成數(shù)據(jù)的采集、抽樣、發(fā)送；近端完成數(shù)據(jù)的接收、校驗(yàn)、處理和顯示等，鍵盤控制數(shù)據(jù)顯示。在近端與遠(yuǎn)端的通信中，采用RS 485差分方式接口，以提高通信速度與傳輸距離。該方案存在不足之處是：A／D接口和RS 485接口編程不方便，采集信號的頻率范圍和速率較低，實(shí)用性不大。
(2)基于CPLD的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
采用CPLD對A／D芯片的采集控制，通過USB接口傳輸給上位機(jī)，優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)高的采集速率和采集精度，有著較大的實(shí)用性，但難點(diǎn)之處是CPLD對A／D模塊的控制，及單片機(jī)對USB的配置。
(3)基于ARM的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
本方案主控器采用STM32系列的ARM芯片，方案如圖1所示。

此方案中A／D轉(zhuǎn)換器為ARM芯片內(nèi)置，采集的方式、起始時(shí)間和持續(xù)時(shí)間由上位機(jī)通過RS 232口控制，數(shù)據(jù)通過USB接口傳輸至上位機(jī)保存。考慮到使用筆記本作為控制上位機(jī)時(shí)沒有232接口，使用USB轉(zhuǎn)232的電纜提供RS 232控制信息。
由于A／D芯片內(nèi)置，芯片價(jià)格也便宜，電路設(shè)計(jì)較前面的簡單，且ARM自帶的A／D采集方式多樣，并可以通過配置ARM芯片內(nèi)相應(yīng)的寄存器就可以實(shí)現(xiàn)，因此實(shí)現(xiàn)簡便?？紤]到后面的擴(kuò)展需要和應(yīng)用的廣泛與實(shí)用性，本設(shè)計(jì)采用此方案。