STM32单片机

中国地质大学（北京）2014年本科实习报告1分类号密级中国地质大学（北京）本科实验报告题目多路数据采集系统和信号发生器设计学生姓名学号1010112133学生姓名学号1010112125院（系）地信专业测控技术与仪器二零一四年三月中国地质大学（北京）2014年本科实习报告2摘要本此实次是基于ARMCortex-M3的STM32系列单片机的应用实践，介绍了基于STM32单片机的数据采集的硬件设计和软件设计，数据采集系统是模拟域与数字域之间必不可少的纽带，它的存在具有着非常重要的作用。本文介绍的重点是数据采集系统，而该系统硬件部分的重心在于单片机。数据采集与通信控制采用了模块化的设计，数据采集与通信控制采用了单片机STM32来实现，硬件部分是以单片机为核心，还包括A/D模数转换模块和串行接口部分。该系统从机负责数据采集并应答主机的命令。输入数据是由现场模拟信号产生器产生，8路被测电压再通过模数转换器ADC0809进行模数转换，实现对采集到的数据进行模拟量到数字量的转换，并将转换后的数据传输到上位机，由上位机负责数据的接受、处理和显示结果。软件部分应用KeiluVision4通过C语言编写控制软件，对数据采集系统、模数转换系统、数据显示、数据通信等程序进行了设计。关键词：STM32单片机ADC0809数据采集Labview上位机中国地质大学（北京）2014年本科实习报告3AbstractTheexperimentisbasedontheARMCortex-M3microcontrollerapplicationsSTM32familypractice,describestheSTM32microcontrollerdataacquisitionhardwaredesignandsoftwaredesign,dataacquisitionsystemisessentialbetweentheanalogdomainanddigitaldomainlink,itexistencehasaveryimportantrole.Focusofthispaperisthedataacquisitionsystem,andthehardwarepartofthecenterofgravityofthesystemliesinthemicrocontroller.Dataacquisitionandcommunicationcontrolusesamodulardesign,datacollectionandcommunicationcontrolusingtheSTM32microcontrollertoimplementthehardwarepartisamicrocontrollercore,alsoincludesA/Dconversionmoduleandtheserialinterfacesection.Thesystemisresponsiblefordatacollectionfromthemachineandanswerahostofcommands.Theinputdataisgeneratedbythefieldgeneratedbytheanalogsignal,thenthemeasuredvoltage8analogtodigitalconversionbyanalogtodigitalconverterADC0809,toachievethecollecteddatatothedigitaltoanalogconversion,andtheconverteddatatothehostcomputer,beacceptedbythehostcomputerisresponsiblefordataprocessinganddisplayresults.KeiluVision4partoftheapplicationsoftwarebyClanguagecontrolsoftware,dataacquisitionsystems,analog-to-digitalconversionsystems,datadisplay,datacommunicationsandotherproceduresdesigned.Keywords:STM32MCUADC0809dataacquisitionLabviewPC中国地质大学（北京）2014年本科实习报告4目录第一章绪论..................................................................................................................51.1研究背景及其目的意义.................................................................................5第二章实验任务及要求..............................................................错误!未定义书签。2.1多路数据采集系统设计任务………………………………………………42.2系统原理框图..................................................................错误!未定义书签。第三章各路信号产生..................................................................................................53.1方波的产生..................................错误!未定义书签。3.1.1方波发生原理(PWM模式)………………………………………………..83.2正弦波的产生................................................93.3三角波的产生...............................................10第四章数据采集部分……………………………………………………………..114.1数据采集原理……………………………………………………………114.1.1ADC0809介绍及原理.......................................12第五章上位机部分................................................145.1Labview简介...............................................155.2Labview....................................................15第六章调试部分…………………………………………………………………………….16第七章心得体会…………………………………………………………………………….17参考文献........................................................................................错误!未定义书签。中国地质大学（北京）2014年本科实习报告5第一章绪论1.1研究背景及其目的意义数据采集(DAQ)，是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集非电量或者电量信号,送到上位机中进行分析，处理。数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。近年来，数据采集及其应用技术受到人们越来越广泛的关注，数据采集系统在各行各业也迅速的得到应用。如在冶金、化工、医学、和电器性能测试等许多场合需要同时对多通道的模拟信号进行采集、预处理、暂存和向上位机传送、再由上位机进行数据分析和处理，信号波形显示、自动报表生成等处理，这些都需要数据采集系统来完成。但很多数据采集系统存在功能单一、采集通道少、采集速率低、操作复杂、并且对操作环境要求高等问题。人们需要一种应用范围广、性价比高的数据采集系统，基于单片机的数据采集系统具有实现处理功能强大、处理速度快、显示直观，性价比高、应用广泛等特点，可广泛应用于工业控制、仪器、仪表、机电一体化，智能家居等诸多领域。总之，无论在那个应用领域中，数据采集与处理越及时，工作效率就超高，取得的经济效益就越大。数据采集系统的任务，就是采集传感器输出的模拟信号转换成计算机能识别的信号，并送入计算机，然后将计算得到的数据进行显示或打印，以便实现对某些物理量的监测，其中一些数据还将被生产过程中的计算机控制系统用来控制某些物量。数据采集系统的市场需求量大，特别是随着技术的发展，可用数据器为核心构成一个小系统目前国内生产的主要是数据采集卡，存在无显示功能、无记忆存储功能等问题，其应用有很大的局限性，所以开发高性能的，具有存储功能的数据采集产品具有很大的市场前景随着电子技术的迅速发展，一些高性能的电子芯片不断推出，为我们进行电子系统设计提供的更多的选择和更多的方便，单片机具有体积小、低功耗、使用方便、处理精度高、性价比高等优点，这些都使得越来越广泛的选用单片机作为数据采集系统的核心处理器。一些高性能的A/D转换芯片的出现也为数据采集系统的设计提供了更多的方便，无论是采集精度还是采样速度都比以前有了较大的提高。第二章实验任务及要求2.1多路数据采集系统设计任务基本要求：1）现场模拟信号产生器：利用试验箱上的资源，不外加硬件的情况下，按照提示制作八路信中国地质大学（北京）2014年本科实习报告6号采集器。2）八路数据采集器：利用外置AD芯片，将各路模拟信号分别转换成8位二进制数字信号。3）主控制器：主控器通过控制AD芯片，对各路数据进行采集和显示。采集方式包括循环采集（即1路、2路……8路、……1路，间隔1s）和选择采集（任选一路）二种方式。显示部分能同时显示地址和相应的数据。4）计算机PC：利用Labview编制上位机控制和显示程序，分别控制和显示八通道数据。发挥部分：1）将采集的数据用曲线的形式展示；2）利用按键和LED对状态进行控制；3）自由发挥制作八路直流或交流信号；4）上位机程序可以自由设置报警线。2.2系统原理框图图1-1整体实验框图第三章各路信号的产生3.1方波的产生中国地质大学（北京）2014年本科实习报告73.1.1方波发生原理(PWM模式)该模式是输入捕获模式的一个特例，除下列区别外，操作与输入捕获模式相同：●两个ICx信号被映射至同一个TIx输入。●这2个ICx信号为边沿有效，但是极性相反。●其中一个TIxFP信号被作为触发输入信号，而从模式控制器被配置成复位模式。例如，你需要测量输入到TI1上的PWM信号的长度(TIMx_CCR1寄存器)和占空比(TIMx_CCR2寄存器)，具体步骤如下(取决于CK_INT的频率和预分频器的值)●选择TIMx_CCR1的有效输入：置TIMx_CCMR1寄存器的CC1S=01(选中TI1)。●选择TI1FP1的有效极性(用来捕获数据到TIMx_CCR1中和清除计数器)：置CC1P=0(上升沿有效)。●选择TIMx_CCR2的有效输入：置TIMx_CCMR1寄存器的CC2S=10(选中TI1)。●选择TI1FP2的有效极性(捕获数据到TIMx_CCR2)：置CC2P=1(下降沿有效)。●选择有效的触发输入信号：置TIMx_SMCR寄存器中的TS=101(选择TI1FP1)。●配置从模式控制器为复位模式：置TIMx_SMCR中的SMS=100。●使能捕获：置TIMx_CCER寄存器中CC1E=1且CC2E=1。图3-1PWM时序分析图中国地质大学（北京）2014年本科实习报告8图3-2PWM程序源码中国地质大学（北京）2014年本科实习报告9图3-3示波器显示PWM波实