基于STM32的多路模拟量数据采集设计

毕 业 设 计题目：基于 STM32 的多路模拟量数据采集系统设计 学 生： 学 号： 学 院： 电气与信息工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 指导教师： 2016 年 6 月 10 日I基于 STM32 的多路模拟量数据采集系统设计摘 要本文介绍了基于 STM32 的数据采集的硬件设计和软件设计，数据采集系统是模拟域与数字域之间必不可少的纽带，它的存在具有着非常重要的作用。本文介绍的重点是数据采集系统，而该系统硬件部分的重心在于单片机芯片。数据采集与通信控制采用了模块化的设计，数据采集与通信控制采用了单片机 STM32 来实现，硬件部分是以单片机为核心，还包括显示模块和串行接口部分。该系统由程序直接控制 STM32 芯片。3 路被测电压通过 DMA 专用通道采集，将数据传输向 STM32 自带的模数转换模块进行模数转换，实现对采集到的数据进行模拟量到数字量的转换，并将转换后的数据通过STM32 通过 GPIO 口控制液晶屏来显示所采集的结果。软件部分应用 C 语言编写控制软件，对数据采集系统、模数转换系统、数据显示、数据通信等程序进行了设计。关键词：数据采集，STM32，模数转换IIThe Design of Multi-channel Data Acquisition System Based on STM32ABSTRACTThis paper introduces the hardware design and software design of data acquisition based on STM32. The data acquisition system is an indispensable link between analog and digital domains. It plays a very important role. The focus of this article is the data acquisition system, and the focus of the hardware part of the system is the single-chip microcomputer chip. Data collection and communication control use a modular design and use STM32 MCU to realize themsleves. The hardware part is a single-chip microcomputer as the core, and it also includes a display module and the serial interface. The system is directly controlled by the program STM32 chip. Three-measured voltage uses a dedicated DMA channel data acquisition and the data transmission to get the STM32 built-in ADC analog digital conversion module, and it realizes the data acquisition through the digital conversion, and converts the data through the STM32 , GPIO to control LCD screen and display the collected results. Software part of the application of C software use the data acquisition system, analog digital conversion system, data display, and data communications and other procedures to design.Key words:data acquisition,STM32,ADCIII目 录摘 要 .IABSTRACT .II1 绪论 .11.1 研究背景及其目的意义 .11.2 国内外研究现状 .2IV1.3 该课题研究的主要内容 .22 数据采集系统设计 .42.1 数据采集系统 .42.2 方案论证 .42.2.1 A/D 模数转换 .42.2.2 DMA 采集 .52.2.3 显示部分 .63 硬件部分设计 .73.1 芯片介绍 .73.1.1 STM32 概况 .73.1.2 STM32 历史 .83.1.3 系统作用 .93.1.4 性能特点 .113.1.5 架构优势 .123.1.6 能耗模式 .123.2 液晶显示模块 .133.2.1 液晶显示模块概述 .133.2.2 外形尺寸 .143.2.3 模块引脚说明 .143.2.4 接口时序 .163.3 外设部分 .17V4 软件部分设计 .194.1 简介 KeilUvision5 .194.2 Keil5 工程创建及程序下载 .194.2.1 创建工程 .194.2.2 程序下载 .274.3 程序设计 .304.3.1 主程序部分 .304.3.2 ADC 模块 .305 系统调试 .336 总结 .35致 谢 .36参考文献 .37附录 I .38附录 II .43VI基于 STM32 的多路模拟量数据采集系统设计 11 绪论1.1 研究背景及其目的意义近年来，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。数据采集系统起始于 20 世纪 50 年代，1956 年美国首先研究了用在军事上的测试系统，目标是测试中不依靠相关的测试文件，由非成熟人员进行操作，并且测试任务是由测试设备高速自动控制完成的。由于该种数据采集测试系统具有高速性和一定的灵活性，可以满足众多传统方法不能完成的数据采集和测试任务，因而得到了初步的认可。大概在 60 年代后期，国内外就有成套的数据采集设备和系统多属于专用的系统。20 世纪 70 年代后期，随着微型机的发展，诞生了采集器、仪表同计算机溶为一体的数据采集系统。由于这种数据采集系统的性能优良，超过了传统的自动检测仪表和专用数据采集系统，因而获得了惊人的发展。从 70 年代起，数据采集系统发展过程中逐渐分为两类，一类是实验室数据采集系统，一类是工业现场数据采集系统。20 世纪 80 年代随着计算机的普及应用，数据采集系统得到了很大的发展，开始出现了通用的数据采集与自动测试系统。该阶段的数据采集系统主要有两类，一类以仪表仪器和采集器、通用接口总线和计算机组成。这类系统主要应用于实验室，在工业生产现场也有一定的应用。第二类以数据采集卡、标准总线和计算机构成，这一类在工业现场应用较多。20 世纪 80 年代后期，数据采集发生了很大的变化，工业计算机、单片机和大规模集成电路的组合，用软件管理，是系统的成本减低，体积变小，功能成倍增加，数据处理能力大大加强。20 世纪 90 年代至今，在国际上技术先进的国家，数据采集系统已成功的运用到军事、航空电子设备及宇航技术、工业等领域。由于集成电路制造技术的不断提高，出现了高性能、高可靠的单片机数据采集系统（DAS ）。数据采集技术已经成为一种专门的技术，在工业领域得到了广泛的应用。该阶段的数据采集系统采用模块式结构，根据不同的应用要求，通过简单的增加和更改模块，并结合系统编程，就可扩展或修改系统，迅速组成一个新的系统。尽管现在以微机为核心的可编程数据采集与处理采集技术的发展方向得到了迅速的发展，而且组成一个数据采集系统只需要一块数据采集卡，把它插在微机的扩展槽陕西科技大学毕业设计说明书 2内并辅以应用软件，就能实现数据采集功能，但这并不会对基于单片机为核心的数据采集系统产生影响。相较于数据采集板卡成本和功能的限制，单片机具多功能、高效率、高性能、低电压、低功耗、低价格等优点，而双单片机又具有精度较高、转换速度快、能够对多点同时进行采集，因此能够开发出能满足实际应用要求的、电路结构简单的、可靠性高的数据采集系统。这就使得以单片机为核心的数据采集系统在许多领域得到了广泛的应用。1.2 国内外研究现状数据采集系统是通过采集传感器输出的模拟信号并转换成数字信号，并进行分析、处理、传输、显示、存储和显示。它起始于 20 世纪中期，在过去的几十年里，随着信息领域各种技术的发展，在数据采集方面的技术也取得了长足的进步，采集数据的信息化是目前社会的发展主流方向。各种领域都用到了数据采集，在石油勘探、科学实验、飞机飞行、地震数据采集领域已经得到应用。我国的数字地震观测系统主要采用 TDE-124C 型 TDE-224C 型地震数据采集系统。近年来，又成功研制了动态范围更大、线性度更高、兼容性更强、低功耗可靠性的TDE-324C 型地震数据采集系统。该数据采集对拾震计输出的电信号模拟放大后送至A/D 数字化，A/D 采用同时采样，采样数据经 DSP 数字滤波处理后，变成数字地震信号。该数据采集系统具备 24 位 A/D 转化位数，采样率有 50HZ、100HZ、200HZ。由美国 PASCO 公司生产的 “科学工作室”是将数据采集应用于物理实验的崭新系统，它由 3 部分组成：（1）传感器：利用先进的传感技术可实时采集技术可实时采集物理实验中各物理量的数据；（2）计算机接口：将来自传感器的数据信号输入计算机，采样速率最高为 25 万次/S；（ 3）软件：中文及英文的应用软件。受需求牵引，新一代机载数据采集系统为满足飞行实验应用也在快速地发展。如爱尔兰 ACRA 公司 2000 年研发推出的新一代 KAM500 机载数据采集系统到了 2006 年。本系统采用 16 位（A/D）模拟数字变换，总采样率达 500K/S,同步时间为+/-250ns，可以利用方式组成高达 10