高精度模拟量采集器的硬件设计与实现【字数：10049】
近些年随着电子技术和计算机技术的快速发展带动整个工业化的进步。需要采集的数据越来越多也越来越复杂并且对采集数据的时序逻辑性和设备可控性的要求越来越高，数据采集的问题也就随之而来，如何处理好数据的精度和速度就是重中之重。 使用单片机对多路信号进行高速准确的采集和处理就是本课题的主要任务。本文使用的是STM32系列单片机，该系列单片机具有成本低，容易操作，编程方便等诸多优点，故选用STM32作为整个采集系统的控制核心。使用CD-4051并通过软件来控制8路信号的采集。鉴于工业标准的高要求，远程数据传输的效率和正确性需要加以保证。通信方式采用基于MODBUS协议的RS-485总线通信。整个系统的供电则采用LM-2576芯片确保整个系统的稳定运行。
目录
1.引言 1
1.1选题的意义及背景 1
1.2研究现状和发展趋势 1
1.3本文主要内容与结构安排 2
2.系统设计方案 3
2.1研究内容及设计要求 3
2.2系统总体设计方案 3
2.3设计方案比较 4
2.3.1主控芯片的选择 4
2.3.2通道切换模块的选择 4
2.3.3电源芯片的选择 5
2.3.4标定电源芯片的选择 5
2.3.5采集模块的设计选择 6
2.3.6通信方式对比 6
2.4本章小结 8
3.系统硬件设计 9
3.1设计工具介绍 9
3.2系统原理图设计 9
3.2.1系统原理图设计 9
3.3系统模块介绍 10
3.3.1单片机最小系统设计 10
3.3.2 RS485电路设计 11
3.3.3 电源电路设计 12
3.3.4 标定电源电路设计 13
3.3.5电压采集电路设计 13
3.3.6电流采集电路设计 14
3.4绘制pcb 14
3.5实物测试 15
3.6本章小结 17
4总结与展望 18
4.1全文总结 18
4.2工作展望 1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
8
参考文献 20
致谢 21
附录 22
附录一 系统原理图 22
附录二 元器件汇总 23
1.引言
1.1选题的意义及背景
随着科学技术的快速发展，数据采集设备成了人们获取数据的重要手段。在实际生产过程中由于受到产品自身成本和质量等多方面因素的影响，企业通常会采用监控数据的方法来保证工业上的正常生产，解决这一问题的有效手段就是使用数据采集装置。在科学研究中为了获得研究对象的动态信息也会采用数据采集装置。数据采集装置的应用是研究物理瞬间过程的重要手段，也是解开科学问题的有力工具。在实际操作过程中，我们采集到数据一般是由传感器输出的模拟信号转变成模拟信号而得来。整个过程就被称之为数据采集。小到生活中的医疗器械大到航天航空和地质勘探数据采集装置每时每刻都在为人类提供各种信息[1]。
由于传统采集装置应用范围的局限性和人们越来越追求的数据精准度，所以设计一款高精度模拟量采集装置就显得非常重要。这对于减少企业的生产成本和提高企业的自动化水平具有十分重大的意义。
1.2研究现状和发展趋势
上个世纪50年代伴随着美军将数据采集应用到军事领域，数据采集系统开始出现在人们的视线之中。由于较为灵活装置和不需要专业特定的人员进行操作就可以解决很多传统方法不能够完成的采集任务获得了初步的认可。
由于上个世纪80年代个人电脑的广泛使用推动了采集行业的快速发展，市面上逐渐开始出现通用型数据采集装置。80年代末采用部分软件代替硬件的方法不仅大大提高了性能也降低了成本和产品的体积。90年代后数据采集更是成为了一门技术，大量的采集装置应用到军事航天等各个不同的领域发挥着不可替代的作用。
随着时代的快速进步，改革开发初期我国国内也出现了不同种类的采集。典型代表就是单通道的sp201和双通道的YE5938[2]。
随着时代的发展和科技的进步，21世纪互联网的快速发展让数据采集获得了一定的成果。能够具有采集范围大、数据传输快和远程操作等优点的新一代数据采集系统将成为未来采集技术的必然趋势。
1.3本文主要内容与结构安排
本课题需要设计的是采集8路0~5V/0~10V电压和4~20mA电流模拟信号并实现快速传输的高精度模拟量采集器的硬件设计部分。在此次设计中需要完成的是以STM32单片机为核心搭建外围电路实现模拟量的采集和传输工作。其中包括整体电路的设计，原理图的设计和Pcb板的布局布线工作。
本课题安排如下：
第一章：绪论。主要介绍选题的背景、意义、目的和发展趋势。
第二章：系统设计方案。主要明确设计的要求并提出设计的整体方案，确定设计所需要的元器件。
第三章：系统硬件设计。将整个系统细分并单独进行设计。完成整个原理图和Pcb的绘制并其进行测试。
第四章：总结与展望。对此次设计经行总结和提出下一步的展望。
2.系统设计方案
随着工业的快速发展对采集设备的要求是日益增高，传统设备无法面对现阶段复杂的工业环境。设计一款精度高、数据处理迅速、传输速度快的采集设备就显得尤为重要。
2.1研究内容及设计要求
本文设计得是一款基于STM32f103c8单片机的8路高精度模数据采集系统。其主要设计要求是：
具有较强的实时性。该系统需要对大量的瞬间参数进行监控和处理并进行传输。
稳定性。由于工业环境的恶劣，数据采集装置的工作环境往往很差，所以不仅仅温湿度和腐蚀还有很多干扰因素，所以要确保产品拥有很强的稳定性。
高精度。为了保证工业生产的正常运行，数据采集必须高度精准[3]。
2.2系统总体设计方案
目录
1.引言 1
1.1选题的意义及背景 1
1.2研究现状和发展趋势 1
1.3本文主要内容与结构安排 2
2.系统设计方案 3
2.1研究内容及设计要求 3
2.2系统总体设计方案 3
2.3设计方案比较 4
2.3.1主控芯片的选择 4
2.3.2通道切换模块的选择 4
2.3.3电源芯片的选择 5
2.3.4标定电源芯片的选择 5
2.3.5采集模块的设计选择 6
2.3.6通信方式对比 6
2.4本章小结 8
3.系统硬件设计 9
3.1设计工具介绍 9
3.2系统原理图设计 9
3.2.1系统原理图设计 9
3.3系统模块介绍 10
3.3.1单片机最小系统设计 10
3.3.2 RS485电路设计 11
3.3.3 电源电路设计 12
3.3.4 标定电源电路设计 13
3.3.5电压采集电路设计 13
3.3.6电流采集电路设计 14
3.4绘制pcb 14
3.5实物测试 15
3.6本章小结 17
4总结与展望 18
4.1全文总结 18
4.2工作展望 1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
8
参考文献 20
致谢 21
附录 22
附录一 系统原理图 22
附录二 元器件汇总 23
1.引言
1.1选题的意义及背景
随着科学技术的快速发展，数据采集设备成了人们获取数据的重要手段。在实际生产过程中由于受到产品自身成本和质量等多方面因素的影响，企业通常会采用监控数据的方法来保证工业上的正常生产，解决这一问题的有效手段就是使用数据采集装置。在科学研究中为了获得研究对象的动态信息也会采用数据采集装置。数据采集装置的应用是研究物理瞬间过程的重要手段，也是解开科学问题的有力工具。在实际操作过程中，我们采集到数据一般是由传感器输出的模拟信号转变成模拟信号而得来。整个过程就被称之为数据采集。小到生活中的医疗器械大到航天航空和地质勘探数据采集装置每时每刻都在为人类提供各种信息[1]。
由于传统采集装置应用范围的局限性和人们越来越追求的数据精准度，所以设计一款高精度模拟量采集装置就显得非常重要。这对于减少企业的生产成本和提高企业的自动化水平具有十分重大的意义。
1.2研究现状和发展趋势
上个世纪50年代伴随着美军将数据采集应用到军事领域，数据采集系统开始出现在人们的视线之中。由于较为灵活装置和不需要专业特定的人员进行操作就可以解决很多传统方法不能够完成的采集任务获得了初步的认可。
由于上个世纪80年代个人电脑的广泛使用推动了采集行业的快速发展，市面上逐渐开始出现通用型数据采集装置。80年代末采用部分软件代替硬件的方法不仅大大提高了性能也降低了成本和产品的体积。90年代后数据采集更是成为了一门技术，大量的采集装置应用到军事航天等各个不同的领域发挥着不可替代的作用。
随着时代的快速进步，改革开发初期我国国内也出现了不同种类的采集。典型代表就是单通道的sp201和双通道的YE5938[2]。
随着时代的发展和科技的进步，21世纪互联网的快速发展让数据采集获得了一定的成果。能够具有采集范围大、数据传输快和远程操作等优点的新一代数据采集系统将成为未来采集技术的必然趋势。
1.3本文主要内容与结构安排
本课题需要设计的是采集8路0~5V/0~10V电压和4~20mA电流模拟信号并实现快速传输的高精度模拟量采集器的硬件设计部分。在此次设计中需要完成的是以STM32单片机为核心搭建外围电路实现模拟量的采集和传输工作。其中包括整体电路的设计，原理图的设计和Pcb板的布局布线工作。
本课题安排如下：
第一章：绪论。主要介绍选题的背景、意义、目的和发展趋势。
第二章：系统设计方案。主要明确设计的要求并提出设计的整体方案，确定设计所需要的元器件。
第三章：系统硬件设计。将整个系统细分并单独进行设计。完成整个原理图和Pcb的绘制并其进行测试。
第四章：总结与展望。对此次设计经行总结和提出下一步的展望。
2.系统设计方案
随着工业的快速发展对采集设备的要求是日益增高，传统设备无法面对现阶段复杂的工业环境。设计一款精度高、数据处理迅速、传输速度快的采集设备就显得尤为重要。
2.1研究内容及设计要求
本文设计得是一款基于STM32f103c8单片机的8路高精度模数据采集系统。其主要设计要求是：
具有较强的实时性。该系统需要对大量的瞬间参数进行监控和处理并进行传输。
稳定性。由于工业环境的恶劣，数据采集装置的工作环境往往很差，所以不仅仅温湿度和腐蚀还有很多干扰因素，所以要确保产品拥有很强的稳定性。
高精度。为了保证工业生产的正常运行，数据采集必须高度精准[3]。
2.2系统总体设计方案
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