多路數據采集系統的設計與實現

摘要：設計了一個基于ARM芯片的多路數據采集系統，可以實現對8路數據的采集，信號的采集方式可以是單路采集也可以是多路循環采集，控制信號可通過觸摸屏或上位機控制輸入，數據采集的結果以數字和圖形的方式在液晶屏上實時顯示。經軟硬件綜合調試，驗證了方案的可行性。
關鍵詞：數據采集；ARM；液晶顯示器；A／D轉換；STM32

0 引言
隨著物聯網技術的發展與應用，A／D數據采集是其中一項重要的研究課題，A／D多路采集系統實現方案可以多種，通過對三種實現方案進行比較，最終采用STM32系列ARM芯片進行設計。STM32是基于ARM Cortex-M3內核的32位處理器，具有杰出的功耗控制以及眾多的外設，并具有極高的性價比，目前正逐漸搶占了電子領域原有的51、AVR的市場。本設計中采用STM32F103RBT6作為主控制器，該芯片配置豐富，便于今后的系統功能擴展。

1 方案比較與論證
為實現多路數據采集要求，提出如下三種設計方案：
(1)基于單片機的數據采集系統
本方案采用雙單片機的方法，即在數據采集的遠端、近端均采用單片機控制，遠端完成數據的采集、抽樣、發送；近端完成數據的接收、校驗、處理和顯示等，鍵盤控制數據顯示。在近端與遠端的通信中，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，實用性不大。
(2)基于CPLD的數據采集系統
采用CPLD對A／D芯片的采集控制，通過USB接口傳輸給上位機，優點是可以實現高的采集速率和采集精度，有著較大的實用性，但難點之處是CPLD對A／D模塊的控制，及單片機對USB的配置。
(3)基于ARM的數據采集系統
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轉換器為ARM芯片內置，采集的方式、起始時間和持續時間由上位機通過RS 232口控制，數據通過USB接口傳輸至上位機保存。考慮到使用筆記本作為控制上位機時沒有232接口，使用USB轉232的電纜提供RS 232控制信息。
由于A／D芯片內置，芯片價格也便宜，電路設計較前面的簡單，且ARM自帶的A／D采集方式多樣，并可以通過配置ARM芯片內相應的寄存器就可以實現，因此實現簡便。考慮到后面的擴展需要和應用的廣泛與實用性，本設計采用此方案。