摘要：數(shù)據(jù)采集是獲取信號(hào)對(duì)象信息的過(guò)程。本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于ARM Cortex-M3處理器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，利用內(nèi)置的豐富的外設(shè)資源，實(shí)現(xiàn)多路模擬輸入電壓信號(hào)的連續(xù)采集和順序轉(zhuǎn)換，通過(guò)RS232串行通信將轉(zhuǎn)換結(jié)果在PC接收端顯示，并產(chǎn)生PWM方波信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電壓信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；嵌入式系統(tǒng)：Cortex-M3微處理器

0 引言
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是將采集傳感器輸出的溫度、壓力、流量、位移等模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算存儲(chǔ)和處理；同時(shí)，可將計(jì)算所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示或打印，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)某些物理量的監(jiān)測(cè)和控制。
嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，軟硬件可剪裁，適用于對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)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(jù)了主流，其應(yīng)用遍及工業(yè)控制、消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無(wú)線系統(tǒng)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(yīng)用而設(shè)計(jì)。其中，Cortex-M3適于高性能、低成本需求的嵌入式應(yīng)用。

1 多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
1．1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求
本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)150路直流電壓的實(shí)時(shí)采集和順序轉(zhuǎn)換。經(jīng)過(guò)部分采集處理后，由串行數(shù)據(jù)總線將轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機(jī)界面，經(jīng)過(guò)換算，以檢測(cè)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(hào)，以用作輸出測(cè)試與控制。
1．2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
根據(jù)上述設(shè)計(jì)要求和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)范，將系統(tǒng)劃分為兩個(gè)部分：最小系統(tǒng)和采集系統(tǒng)。
最小系統(tǒng)采用基于ARM Cortex-M3架構(gòu)的微控制器STM32F103RBT6為主控CPU，利用其內(nèi)置16通道ADC對(duì)輸入的多路直流電壓信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和轉(zhuǎn)換，內(nèi)置外設(shè)USART將轉(zhuǎn)換結(jié)果經(jīng)過(guò)串口發(fā)送在PC端由串口調(diào)試助手顯示。
采集系統(tǒng)采用5塊采集板，每塊板實(shí)現(xiàn)30路電壓信號(hào)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(zhuǎn)換，以達(dá)到ADC轉(zhuǎn)換的參考基準(zhǔn)電壓要求。電壓信號(hào)的輸入采用4．16線模擬開(kāi)關(guān)CD4067，通過(guò)CPIJ輸出四位控制信號(hào)，依次選擇各路輸入信號(hào)，進(jìn)行采集轉(zhuǎn)換。
電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)采集板，級(jí)聯(lián)輸入到最小系統(tǒng)板中，利用CPU內(nèi)置ADCl中的10個(gè)轉(zhuǎn)換輸入通道，依次進(jìn)行轉(zhuǎn)換。設(shè)置CPU_內(nèi)部DMA模塊實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換結(jié)果的存儲(chǔ)，利用串口轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，在上位機(jī)顯示轉(zhuǎn)換結(jié)果。
根據(jù)上述設(shè)計(jì)方案，本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的系統(tǒng)組成和工作原理如圖1所示。



2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
根據(jù)系統(tǒng)構(gòu)成原理，硬件設(shè)計(jì)上，最小系統(tǒng)和采集系統(tǒng)兩部分通過(guò)并行接口實(shí)現(xiàn)多塊板級(jí)聯(lián)，通過(guò)選擇相應(yīng)的輸入通道和轉(zhuǎn)換通道，實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集和轉(zhuǎn)換結(jié)果的顯示。