基于嵌入式双ARM架构的便携式数据采集系统设计

摘要

为了实现工业现场振动信号的采集与分析，本论文结合实际需求，设计了一款基于嵌入式双ARM架构的便携式数据采集系统。该系统具有采集精度高、存储容量大、多通道同步采集、方便携带等优点。 论文将数据采集系统分为数据采集和数据处理两个部分进行设计。数据采集部分作为下位机，以STM32F103VCT6MCU为核心，主要负责振动信号的采集。完成增益控制，AD转换及数据传输等功能;数据处理部分作为上位机，以STM32F103ZET6MCU为核心。具有LCD液晶显示、MicroSD卡数据存储，触摸屏人机交互的功能，与下位机通过SPI总线进行通信。双ARM架构的设计，降低了电路设计的复杂程度。论文主要设计的电路包括信号放大电路、ADC模数转换电路、MCU基本工作电路、USB接口电路、双CPU间的串口通信电路、MicroSD卡数据存储电路、液晶触摸电路和电源电路等。 为了实现系统各个模块的功能，编写了数据采集部分和数据处理部分的程序。数据采集部分主要完成了信号放大、模数转换及转换后数据读取的程序编写，并给出了各个模块的流程图;数据处理部分主要完成了液晶屏、触摸屏和MicroSD卡驱动程序的编写，上位机与下位机间SPI通信，并实现μC/GUI和FATFS的移植。 论文最后针对系统的各个功能模块，分别编写了相应的测试程序对其进行验证，并给出了相应的测试结果。

目录

论文说明

声明

摘要

1．1课题背景

1．2国内外数据采集系统的发展现状

1．3嵌入式技术在数据采集系统中的应用

1．4主要研究内容

第2章系统总体方案的设计

2．1需求分析与技术指标

2．2系统设计基本原则

2．3数据采集系统功能设计方案

2．4核心器件的选型

2．4．1微处理器芯片的选择

2．4．2模数转换芯片的选择

2．5本章小结

第3章数据采集单元硬件平台设计

3．1 STM32F103VCT6处理器电路设计

3．1．1时钟电路设计

3．1．2复位电路设计

3．1．3程序下载及调试电路设计

3．1．4启动模式设置电路设计

3．2信号放大电路设计

3．3模数转换(ADC)电路设计

3．4 USB接口电路设计

3．5 SD卡接口电路设计

3．6电源电路设计

3．6．1供电电源输入

3．6．2电源转换电路

3．6．3电源管理电路

3．7 PCB设计

3．8本章小结

第4章数据处理单元硬件平台设计

4．1数据处理部分原理框图

4．2 STM32F103ZET6微处理器模块设计

4．2．1 STM32F103ZET6功能特点

4．2．2复位电路设计

4．2．3时钟电路设计

4．2．4程序下载及调试电路设计

4．3上位机与下位机通信接口电路设计

4．3．1 SPI接口信号描述

4．3．2 SPI接口工作原理

4．3．3双ARM间的SPI通信硬件设计

4．4数据存储电路的设计

4．5液晶触摸屏模块设计

4．5．1液晶触摸屏选型

4．5．2液晶触摸屏硬件电路设计

4．6电源模块的设计

4．7 PCB设计

4．8本章小结

第5章程序设计

5．1软件总体设计

5．2软件开发平台

5．3数据采集部分软件设计

5．3．1 PGAMAX9939驱动程序设计

5．3．2 AD7606 ADC驱动程序设计

5．3．3下位机SPI通信程序设计

5．3．4主程序的程序设计

5．4数据处理部分软件设计

5．4．1 MicroSD卡驱动程序设计

5．4．2 FAT32文件移植

5．4．3液晶触摸驱动程序设计

5．4．4 μC／GUI的移植

5．4．5上位机SPI通信程序设计

5．5本章小结

第6章实验与调试

6．1数据采集部分调试

6．2数据处理部分调试

6．2．1程序下载电路测试

6．2．2 Micro SD卡驱动程序及文件系统测试

6．2．3双ARM间的通信测试

6．2．4 LCD的软硬件测试

6．2．5 μC／GUI移植测试

6．3本章小结

7．1总结

7．2展望

参考文献

致谢