STM32F103x的USB多路數據采集系統設計

引 言
目前，在工業和許多其他場合依然使用基于PCI板卡、ISA板卡的數據采集系統，價格昂貴、接插不方便。USB(Universal Serial Bus，通用串行總線)是計算機上的一種新型接口技術，它使得計算機和外部設備的連接十分方便。USB具有高效、快速、價格低廉、體積小和支持熱拔插等優點，使其成為數據采集系統設計的新寵兒。然而當前的USB數據采集設備大多采用的是專門的USB接口芯片，而且根據不同的需求，需要外擴一定數量的A／D 轉換芯片，使得接口非常復雜，增加了系統的開發難度，進而對系統的穩定性產生影響。本設計采用意法半導體公司開發的基于Cortex-M3內核的新型32 位微控制器STM32F103x作為主控芯片。該芯片內部集成了全速USB2．0設備接口模塊和16通道的12位高精度A／D轉換器，單芯片即可完成設計任務，避免了復雜的接口電路設計，有效地降低了系統接口的復雜度和系統開發的難度，在很大程度上提高了系統的穩定性。

1 主控芯片STM32F103x
STM32F103x是意法半導體公司生產的基于ARMCortex-M3處理器核的微控制器。Cortex-M3是基于ARMv7-M體系結構的32位標準處理器，具有低功耗、少門數、短中斷延遲、低調試成本等眾多優點。它是專門為在微控制器系統、汽車電控系統、工業控制系統和無線網絡等對功耗和成本敏感的嵌入式應用領域實現高系統性能而設計的，大大簡化了編程的復雜性，集高性能、低功耗、低成本于一體。STM32F103x微控制器采用了先進的 Cortex-M3內核結構，具有豐富的性能出眾的片上外設，包括16通道的12位A／D轉換器、7通道的DMA控制器、16位定時器、USART接口、 CAN接口(2．0B)和USB2．0全速接口(12 Mbps)等。

2 數據采集系統硬件設計
2．1 數據采集系統硬件結構
多路數據采集系統的硬件結構框圖如圖1所示，主要包含5個模塊：信號輸入接口模塊、信號調理模塊、數據采集及預處理模塊、USB2．0通信模塊和上位機模塊。其中的信號輸入接口模塊實現信號的隔離接入；信號調理模塊對輸入信號進行放大或衰減，以適應A／D轉換器的轉換量程；數據采集及預處理模塊和USB2．0通信模塊實際是由微控制器 STM32F103x獨自實現的。STM32F103x通過內部A／D轉換器對經過調理后的信號進行采集，然后進行數據的預處理，并將預處理后的數據通過 USB2．0全速接口傳送到上位機。上位機模塊主要是對獲取的數據進行存儲和分析處理。由于大量的工作都是在STM32F103x內部完成的，只需通過簡單的寄存器設置和程序設計即可完成數據的采集和傳輸過程，這在很大程度上優化了系統的設計。