揭秘STM32多路電壓測(cè)量電路 —電路圖天天讀（62）

　　是德曾率先推出 3GPP LTE 設(shè)計(jì)自動(dòng)化、信號(hào)生成和信號(hào)分析等工具，最近又推出了協(xié)議測(cè)試和網(wǎng)絡(luò)信令分析解決方案。數(shù)據(jù)采集技術(shù)是信息科學(xué)的重要分支之一，數(shù)據(jù)采集也是從一個(gè)或多個(gè)信號(hào)獲取對(duì)象信息的過(guò)程。數(shù)據(jù)采集是工業(yè)控制等系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，通常采用一些功能相對(duì)獨(dú)立的單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，作為測(cè)控系統(tǒng)不可缺少的部分，數(shù)據(jù)采集的性能特點(diǎn)直接影響到整個(gè)系統(tǒng)。電壓的測(cè)量最為普遍性，研究設(shè)計(jì)并提高電壓測(cè)量精度的方法及儀器具有十分重要的意義。在電壓測(cè)量設(shè)計(jì)中，單片機(jī)作為控制器，是整個(gè)設(shè)計(jì)的核心。除此之外，設(shè)計(jì)中還必須有模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。ADC用于直接采集模擬電壓并將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，它直接影響著數(shù)據(jù)采集的精度和速度。

　　ADC控制電路模塊

　　STM32的數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換模塊（DAC）是12位數(shù)字輸入，電壓輸出的數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器。本設(shè)計(jì)中使用DAC來(lái)控制ADC匹配電路的增益。在打開(kāi)DAC模塊電源和配置好DAC所需GPIO的基礎(chǔ)上，往DAC通道的數(shù)據(jù)DAC_DHRx寄存器寫(xiě)入數(shù)據(jù)，如果沒(méi)有選中硬件觸發(fā)，存入寄存器 DAC_DHRx的數(shù)據(jù)會(huì)在一個(gè)APB1時(shí)鐘周期后自動(dòng)傳至寄存器DAC_DORx.一旦數(shù)據(jù)從DAC_DHRx寄存器裝入DAC_DORx寄存器，在經(jīng)過(guò)一定時(shí)間之后，輸出即有效，這段時(shí)間的長(zhǎng)短依電源電壓和模擬輸出負(fù)載的不同會(huì)有所變化。

　　為了擴(kuò)大測(cè)量范圍和測(cè)量精度，本設(shè)計(jì)在STM32的ADC前加入匹配電路。在ADC控制電路中，輸入信號(hào)先經(jīng)過(guò)射極電壓跟隨電路，然后經(jīng)過(guò)分壓電路，使輸入信號(hào)滿(mǎn)足AD603的輸入要求。然后再經(jīng)過(guò)射極電壓跟隨電路，輸入ADC輸入端。AD603的控制輸入使用STM32的DAC，可以滿(mǎn)足增益的要求。匹配電路以AD603為核心。AD603為單通道、低噪聲、增益變化范圍線(xiàn)性連續(xù)可調(diào)的可控增益放大器。帶寬90MHz時(shí)，其增益變化范圍為-10dB~+30dB;帶寬為9M時(shí)范圍為10~50dB.將 VOUT與FDBK短路，即為寬頻帶模式（90MHz寬頻帶），AD603的增益設(shè)置為-11.07dB~+31.07dB.AD603的5、7腳相連，單片AD603的可調(diào)范圍為-10dB~30dB.AD603的增益與控制電壓成線(xiàn)性關(guān)系，其增益控制端輸入電壓范圍為±500mv，增益調(diào)節(jié)范圍為 40dB，當(dāng)步進(jìn)5dB時(shí)，控制端電壓需增大：

　　ADC匹配電路的電路圖如圖2所示。

　　SD卡驅(qū)動(dòng)電路

　　本設(shè)計(jì)中使用的SD卡為MicroSD，也稱(chēng)TF卡。MicroSD卡是一種極細(xì)小的快閃存儲(chǔ)器卡，主要應(yīng)用于移動(dòng)電話(huà)，但因它的體積微小和儲(chǔ)存容量的不斷提升，現(xiàn)在已經(jīng)使用于GPS設(shè)備、便攜式音樂(lè)播放器、數(shù)碼相機(jī)和一些快閃存儲(chǔ)器盤(pán)中。MicroSD卡與SD卡一樣，有SPI和SDIO兩種操作時(shí)總線(xiàn)。SPI總線(xiàn)相對(duì)于SDIO總線(xiàn)接口簡(jiǎn)單，但速度較慢。我們使用SDIO模式。MicroSD卡在SDIO模式時(shí)有4條數(shù)據(jù)線(xiàn)。其實(shí)，MicroSD在SDIO模式時(shí)有1線(xiàn)模式和4線(xiàn)模式，也就是分別使用1根或4根數(shù)據(jù)線(xiàn)。當(dāng)然，4線(xiàn)模式的速度要快于1線(xiàn)模式，但操作卻較復(fù)雜。本設(shè)計(jì)中使用的是SDIO的4線(xiàn)模式。MicroSD卡的硬件連接圖如圖3所示。

　　觸摸屏電路

　　本設(shè)計(jì)在測(cè)量的通道和顯示設(shè)置上，除了使用按鍵設(shè)置，還使用觸摸屏進(jìn)行設(shè)置。觸摸屏使用芯片TSC2046控制，其硬件連接圖如圖4所示。

　　在圖4中，TSC2046可以采集觸摸屏的點(diǎn)坐標(biāo)，從而確定觸摸的位置，進(jìn)行人機(jī)交互。STM32單片機(jī)通過(guò)SPI總線(xiàn)與TSC2046通信，可以得到觸摸信息。本設(shè)計(jì)使用觸摸屏進(jìn)行測(cè)量通道數(shù)的設(shè)置和測(cè)量速度的設(shè)置。
電子發(fā)燒友網(wǎng)技術(shù)編輯點(diǎn)評(píng)分析：

　　STM32在速度、功耗方面性能都更加優(yōu)越，并且STM32價(jià)格較低，在成本上也有優(yōu)勢(shì)。適合于控制電子設(shè)備的設(shè)計(jì)。使用12位ADC，能夠滿(mǎn)足一定的測(cè)量精度，對(duì)于較高的測(cè)量要求，則需要使用更高精確度的ADC。但是使用高精度 ADC和DSP芯片，將很大的增加開(kāi)發(fā)成本。本設(shè)計(jì)方案完成了多路電壓測(cè)量的各項(xiàng)功能，但是還需要在使用中檢測(cè)其穩(wěn)定可靠性，以使設(shè)計(jì)更加完善。
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