张照伟，张振守
（济南正平自动化设备有限公司，山东 济南 250101）
摘要：规划一种依据Cortex-M4微操控器的多通道模仿量收集器。首要论述了模仿量收集器的前端规划、多通道计划、硬件滤波和数据改换处理。现场运转标明，该收集器安稳性好、收集速率快、收集精度高。特别适用于医疗设备的温度和压力收集。
关键词：Cortex-M4；多通道模仿量；SDADC；本钱低
0 导言
本文介绍的多通道模仿量收集器是选用Cortex-M4处理器内核STM32F372微操控器，支撑DSP指令，内置浮点单元 (FPU)，运转频率高达72 MHz。该芯片内部的SDADC是高功能、低功耗的模块，该模块具有16位的采样精度，50 ksps采样速率，内部集成7级运算扩大器。运用SDADC进行模仿量的采样和扩大。不管精度仍是收集速度都能得到提高。详细规划如图1所示。
从规划框图能够看出，本规划具有两个特色：
（1）与以往MCU+ADC的模仿量计划比较，本计划只运用一颗STM32F372芯片，运用内部集成SDADC外设，能够节约本钱，减小PCB的空间。
（2）与以往运用多通道ADC芯片比较，运用多通道模仿开关，具有通道之间搅扰更小，阻隔作用更好，并且本钱低等长处。
1 硬件规划
1.1 STM32F372的电源&参阅源规划
STM32系列芯片的电源引脚只需装备100 nF+10uF的去耦电容即可。可是SDADC模块具有独立的电源和参阅源引脚。为了具有高精度，所以需求运用高精度基准源作为参阅，这儿选用TI出产的温漂50 ppm的2.5V电压基准源芯片REF3025 。电路的模仿地和数字地阻隔规划。规划原理图请参看图2。
1.2 模仿量收集的前端规划
本文规划的模仿量前端是惠斯登电桥的PT100丈量电路，当然模仿前端也可规划成丈量0mA~20 mA的信号。此收集体系能够丈量电压和电流信号，需求依据实践的使用来规划收集器前端电路。这儿介绍电桥式、通道之间阻隔的三线制PT100丈量前端。原理图如图3。
为了防止通道之间的搅扰，电桥的参阅电压每个通道都选用了DC-DC的阻隔电源模块UA2。RA3/RA4/RB2的阻值挑选要依据温度的丈量规模、SDADC的增益和选用的热敏电阻三者决议。图3中的阻值装备，运用增益G=8倍，PT100热敏电阻。这样选型丈量的温度规模是0 ℃~350 ℃。详细公式推导，能够检查惠斯登电桥的规划。这儿不再推导。
1.3 多通道扩展新方法
以往的多通道模仿量丈量是选用多通道ADC芯片或多个单通道ADC芯片。明显多通道的ADC和多个ADC芯片，本钱必定添加。本规划选用单通道高速ADC+模仿开关的方法。其实多通道的ADC内部 也 是 一 个 A D C内核+一个多通道模仿开关。可是本规划计划要比多通道ADC有价格优势。并且阻隔作用更好。模仿开关的功能能够依据阻隔需求挑选。模仿前端的差分信号A1+/A1-通过模仿开关的挑选进入模仿信号的滤波网络，滤除共模搅扰。通过滤波的差分信号，再进入STM32F372的SDADC模块引脚。内部的16位 Sigma-Delta 模数转化器进行对差分信号的转化。详细电路规划参见图4:
1.4 收集器和主控器的通讯方法
模仿量收集器能够通过IIC、RS232、RS485、CAN等通讯方法和主控器通讯。而STM32F372芯片内部集成了这些外设，能够在不添加硬件本钱的状况，自由挑选通讯方法，大大方便了用户。本规划运用IIC通讯，快速安稳，且能够轻松扩展模块。
2 软件规划
软件处理流程图，如图5。模仿量收集器的程序操控、数据改换处理，是以PT100温度的收集为例。因为现场的搅扰，收集的数据也会有差错。滤除搅扰数据的方法除了硬件滤波网络，还有软件滤波。软件滤波选用去除最大最小，然后取均匀值的方法。通过屡次均匀的数据，再去查找PT100的分段线性化的数据表，核算得到实践的温度值。精度能够到达0.1℃。
3 小结
本计划规划的多通道模仿量收集器，运用了新式的具有模仿外设的32位数字信号操控器STM32F372。高度整合多种外设到一个芯片上，大大降低本钱，减小体积。运用了新颖的计划来扩展多通道模仿量。通过实践的使用丈量，具有精度高，温漂小、采样速度快、本钱低等长处。彻底适用于医疗设备的温度、压力、电流、水质等方面的丈量。
参阅文献：
[1] RM0313 Reference manual STM32F37xx advanced ARM-based 32-bit MCUs
[2] STM32F372XX ARM Cortex-M4F 32b MCU+FPU, up to 256KB Flash+32KB SRAM timers,4 ADCs (12/16-bit), 3 DACs, 2 comp., 2.0-3.6 V operation
[3] 喻金钱 喻斌 STM32F系列ARM Cortex-M3核微操控器开发与使用 清华大学出版社，2011
[4] 刘军 例说STM32 北京：北京航空航天大学出版社 2011
[5] 廖义奎 STM32F207高功能网络型MCU嵌入式体系规划 北京航空航天大学出版社 2012
作者简介：
张照伟，（1938-），电子工程师， 首要研讨方向：从事医疗设备电子操控技能的研讨和开发。
本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第7期第48页，欢迎您写论文时引证，并注明出处
