基于STM32的傳感器接口模塊的設計

2．2 電壓／數(shù)字IO接口模塊設計
電壓接口模塊與數(shù)字開關量接口模塊基本沿用電流接口模塊的設計。不同之處在于模擬輸入部分無需經(jīng)過電流一電壓轉(zhuǎn)換，直接經(jīng)運放輸入ADC。數(shù)字量接口直接由MCU的IO端口引出。傳感器輸出的電壓直接輸入同向放大電路至AD轉(zhuǎn)換所需要的電平。此處運放就相當于一個電壓跟隨器，顯著特點就是，輸入阻抗高，而輸出阻抗低，可以提高驅(qū)動能力。

2．3 接口模塊硬件實現(xiàn)
整個板子盡量使用緊湊布局。電源以及傳感器接口布置于左側(cè)，使用螺絲接線端子引出。串口以及以太網(wǎng)口布局在右側(cè)。整個模擬與數(shù)字部分基本分開而設，有效避免干擾。布局基本沒什么變化，左邊螺絲接線端子往外移了一些，主要是考慮到外殼封裝上后螺絲端子可能不夠外露的問題。

3 基于STM32的標準化接口模塊固件設計
標準化接口模塊的固件程序包括主程序、配置程序、ADC數(shù)據(jù)采樣程序、EEPROM讀寫程序、以太網(wǎng)網(wǎng)口驅(qū)動程序、UDP協(xié)議棧的嵌入。
接口模塊中共用到三種通信總線。ADC以及以太網(wǎng)控制器與MCU間為SPI總線，EEPROM與MCU間為IIC總線，另外接口模塊提供UART串口對外通信。以外網(wǎng)嵌入UDP協(xié)議。
3．1 AD數(shù)據(jù)采樣
AD數(shù)據(jù)采樣是整個系統(tǒng)接口模塊固件設計的核心工作，也是實現(xiàn)傳感器信息獲取的關鍵所在。該模塊負責將采集到的傳感器信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。
AD數(shù)據(jù)采樣主要完成如下的幾個功能：
(1)初始化。該工作主要完成對一些物理器件的引腳功能、工作模式等進行預定義；
(2)AD轉(zhuǎn)換。通過軟件啟動模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，完成模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換；
(3)數(shù)據(jù)接收和發(fā)送。實時采集轉(zhuǎn)換后的信息，同時發(fā)送相應的控制命令，以切換采集通道。
在數(shù)據(jù)采集過程中，我們可能需要切換不同通道，從而實現(xiàn)對多個傳感器信息的獲取。實際設計中，控制器會在采集本次通道轉(zhuǎn)換結(jié)果的同時，發(fā)送下次采集通道的編號。詳細操作步驟如下：
(1)需采集的通道地址(Ch)通過SPI接口寫入ADS8344的相應寄存器，應用設定的波特率來設置接口傳輸速度；
(2)通過MCU設置GPIOB12(作為AD的CS信號)為低來啟動ADS8344進行數(shù)據(jù)采樣和轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)傳輸方式為SPI發(fā)送模式；
(3)當數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，設置GPIOB12為高電平，ADS8344結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸，進入空閑模式并等待MCU的指令。此外，固件代碼中設置了對ADC進行軟標定的程序。這樣可以通過精密信號源對ADC進行標定，提高采樣精讀。標定信息存儲于EEPROM中。功能實現(xiàn)代碼如下：

3．2 以太網(wǎng)口驅(qū)動
同樣需要先進行SPI接口和GPIO端口初始化，與之前ADC類似，只不過這里用SPI1口。GPIO初始化也不再多說。以太網(wǎng)驅(qū)動部分主要是數(shù)據(jù)包的發(fā)送／接收，緩沖區(qū)的讀寫，物理層的寫等函數(shù)。SPI口的發(fā)送／接收函數(shù)如下：