多路数据采集系统的设计与实现

摘要：设计了一个基于ARM芯片的多路数据采集系统，可以实现对8路数据的采集，信号的采集方式可以是单路采集也可以是多路循环采集，控制信号可通过触摸屏或上位机控制输入，数据采集的结果以数字和图形的方式在液晶屏上实时显示。经软硬件综合调试，验证了方案的可行性。
关键词：数据采集；ARM；液晶显示器；A／D转换；STM32

0 引言
随着物联网技术的发展与应用，A／D数据采集是其中一项重要的研究课题，A／D多路采集系统实现方案可以多种，通过对三种实现方案进行比较，最终采用STM32系列ARM芯片进行设计。STM32是基于ARM Cortex-M3内核的32位处理器，具有杰出的功耗控制以及众多的外设，并具有极高的性价比，目前正逐渐抢占了电子领域原有的51、AVR的市场。本设计中采用STM32F103RBT6作为主控制器，该芯片配置丰富，便于今后的系统功能扩展。

1 方案比较与论证
为实现多路数据采集要求，提出如下三种设计方案：
(1)基于单片机的数据采集系统
本方案采用双单片机的方法，即在数据采集的远端、近端均采用单片机控制，远端完成数据的采集、抽样、发送；近端完成数据的接收、校验、处理和显示等，键盘控制数据显示。在近端与远端的通信中，采用RS 485差分方式接口，以提高通信速度与传输距离。该方案存在不足之处是：A／D接口和RS 485接口编程不方便，采集信号的频率范围和速率较低，实用性不大。
(2)基于CPLD的数据采集系统
采用CPLD对A／D芯片的采集控制，通过USB接口传输给上位机，优点是可以实现高的采集速率和采集精度，有着较大的实用性，但难点之处是CPLD对A／D模块的控制，及单片机对USB的配置。
(3)基于ARM的数据采集系统
本方案主控器采用STM32系列的ARM芯片，方案如图1所示。

此方案中A／D转换器为ARM芯片内置，采集的方式、起始时间和持续时间由上位机通过RS 232口控制，数据通过USB接口传输至上位机保存。考虑到使用笔记本作为控制上位机时没有232接口，使用USB转232的电缆提供RS 232控制信息。
由于A／D芯片内置，芯片价格也便宜，电路设计较前面的简单，且ARM自带的A／D采集方式多样，并可以通过配置ARM芯片内相应的寄存器就可以实现，因此实现简便。考虑到后面的扩展需要和应用的广泛与实用性，本设计采用此方案。