1、基于STM32及AD7606的16通道同步數據采集系統設計摘要：介紹了基于STM32及AD7606的同步數據采集系統的軟硬件設計。主控芯片采用基于ARM Cortex-M4內核的STM32F407IGT6，實現對AD采集數據的實時計算并通過以太網絡進行數據傳輸。A7606為16位、8通道同步采樣模數數據采集系統，利用兩片AD7606，可以實現對16路通道的實時同步采樣。經過測試，該系統可以實現較高精度的實時數據采集。0 引言此處找書介紹STM32，該芯片主頻可達168MHz,具有豐富的片內外設，并且與前代相比增加了浮點運算單元(Floating Point Unit,FPU)，使其可以滿足數據

2、采集系統中的介紹AD76061 系統總體方案設計整個系統由傳感器模塊、信號調理模塊、數據采集模塊、處理器STM32、及通信模塊及上位機系統組成。系統整體結構框圖如圖1所示。本系統是為液態金屬電池性能測試設計，需要測量電池的充放電電壓、電流以及交流加熱系統的電壓、電流，并以此計算出整個液態金屬電池儲能系統的效率。因此兩片AD7606的16個通道分為兩組，每組8個通道，這兩組分別測量4路直流、交流的電壓和電流信號。AD7606通過并行接口與STM32連接，STM32讀取AD采樣數據后進行計算，并將數據通過網絡芯片DP83848通過UDP協議發送給上位機。上位機負責顯示各通道采集信息、繪制波形以及保

3、存數據等。圖1 系統整體結構框圖2 系統硬件設計2.1 模擬信號采集電路設計模擬信號的采集包含直流電壓、電流，交流電壓、電流四部分。直流信號的采集分別使用霍爾電壓傳感器HNV025A和霍爾電流傳感器HNC100B，兩種傳感器的電路原理圖類似，僅以霍爾電壓傳感器電路原理圖為例說明，如圖2-1所示。HNV025A為電流型霍爾電壓傳感器，可以提高信號的抗干擾能力，其輸入輸出電流比為10mA/25mA。因此在圖中被測電壓經過電阻R1轉換為電流信號，傳感器輸出的電流信號經過R2變為電壓信號。R3和C1組成一階低通濾波器進行濾波。圖2-1 直流電壓信號采集原理圖交流電壓、電流信號的調理電路同樣類似，以交流

4、電壓信號采集為例，其電路原理圖如圖2-2所示。交流電壓互感器變比為2mA/2mA，運放T1及電阻R3組成電流-電壓轉換電路，R2和C1是為了補償電壓互感器的相移，電容C2用來去耦和濾波。圖2-2 交流電壓信號采集原理圖2.2 數據采集模塊設計 數據采集模塊由兩片AD7606組成，AD7606與STM32之間的電路連接示意圖如圖2-3所示。圖2-3 SD7606與STM32連接示意圖（1）AD7606提供了三種接口選項【參考】：并行接口、高速串行接口和并行字節接口。其中并行接口具有最高的數據傳輸速度，并且與STM32的FSMC(FlexibleStaticMemoryController, 可變

5、靜態存儲控制器)兼容。因此兩片AD7606與STM32通過并行接口方式連接。AD7606的數據線DB0DB15分別連接對應的FSMC數據線，片選信號分別接到FSMC接口片選信號PG9_FSMC_NE2和PG12_FSMC_NE4上。（2）AD7606的BUSY引腳電平為高時表示AD正在進行轉換，變低表示轉換完成。將BUSY引腳接到STM32的外部中斷引腳并配置為下降沿觸發，這樣可以在AF轉換完成后及時讀取數據。（3）OS0.2為過采樣配置引腳，通過控制STM32相關GPIO的電平可以是AD7606工作在不同的過采樣狀態。（4）CONVST_A，CONVST_B為轉換觸發信號，上升沿觸發。對于每

6、一個AD7606來說，CONVST_A控制模擬通道14，CONVST_B控制模擬通道58。由于需要對所有通道同步采樣，因此將CONVST_A,CONVST_B引腳同時連接在一個觸發信號引腳上以實現同步采樣。（5）REFOUT引腳為外部基準電壓輸入引腳。AD7606可以配置為使用內部基準電壓或外部基準電壓。當兩片AD7606同時工作時，使用外部基準電壓可以保證所有輸入通道轉換精度的一致性。外部基準電壓源選擇ADR421，ADR421為2.5V基準電源，具有出色的噪聲性能、穩定性和精度【參考】，可以滿足AD對基準電壓源的精度要求。2.3 通訊模塊設計本系統中數據通過以太網絡傳輸，與傳統串行通訊相比

7、，可以實現更高的數據傳輸速度，同時便于實現對設備的遠程訪問以及將多套系統共同接入網絡。3 系統軟件設計軟件的開發是在Keil MDK開發環境下進行的，應用程序主要包括STM32F4的初始化、AD7606采樣程序配置、LWIP協議棧的移植、數據處理等。初始化部分包括GPIO初始化、內存管理初始化、定時器初始化以及各項計算系數初始化等；AD7606采樣程序配置主要包含FSMC配置、中斷配置、數據讀取、過采樣配置等；LWIP協議棧移植包括編寫DP83848驅動程序、修改LWIP源碼、實現UDP發送接收數據等；數據處理部分包括根據采樣數據計算所需要的電壓、電流有效值、功率等等。程序運行時，首先進行初始

8、化操作，之后會在AD7606的觸發引腳CONVST_A，CONVST_B上產生預設的固定頻率和脈寬的脈沖信號，脈沖信號的上升沿觸發AD進行采集，此時AD7606的BUSY信號引腳為高，轉換結束后BUSY變低，由此產生外部中斷，在中斷程序中讀取AD的采樣結果。有兩個緩沖區交替存儲AD的采樣結果，當一個緩沖區存滿時再進行各項參數計算，此時AD的采樣結果將保存在另外一個緩沖區中。雙緩沖區的機制保證了在計算過程中緩中區中的數據不會被AD實時采樣的數據所覆蓋而導致計算錯誤。計算所得到的結果會定時發送給上位機。上下位機之間通過UDP協議進行數據傳輸，在主函數中會循環檢測是否接收到上位機的命令數據，如果接收到數據，則根據既定的命令代碼執行不行的操作。每一幀發送的數據通信格式如圖3-1所示：根據命令號的不同，已經實現的功能有：修改定時發送數據時間間隔、請求實時波形數據、AD復位、傳感器校零、AD過采樣率設置等。4系統精度測試與分析為測試系統精度，選擇。作為參考標準。理想的霍爾傳感器在輸入為零時輸出電流也應為零，不過實際的霍爾傳感器即使輸入為零時也會有