武汉理工大学智能仪器课设 - 智能化的数据采集和电压监控系统 -

武汉理工大学智能仪器课设

智能化的数据采集和电压监控系统

采用STM32作为CPU AD为STM32片内外设 PWM使用定时计数器3

2013/6/14

武汉理工大学智能仪器课程设计

前言

随着电子科学技术的发展，电子测量成为广大电子工作者必须掌握的手段，对测量的精度和功能的要求也越来越高。由于电压的测量最为普遍性，研究设计并提高电压测量精度的方法及仪器具有十分重要的意义。目前，数字电压表作为数字化仪表的基础与核心，已被广泛用于电子和电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等领域，具有极大的实用性和强大的生命力。以此为基础，由电压表扩展而成的各种通用及专用仪表（含数字万用表）也将电量及非电量测量技术提高到崭新水平。

数字电压表（DigitalVoltmeter）出现在上世纪50年代初，60年代末发张起来的电压测量仪表，简称DVM，它采用的是数字化测量技术，把连续的模拟量，也就是连续的电压值转变为不连续的数字量，加以数字处理然后通过显示器件显示。

传统的电压表功能单一、精度低，不能满足数字化时代的需求，采用单片机的数字电压表，精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成方便。数字电压表的设计即将连续的模拟电压信号经过A/D转换器转换成二进制数值，再经由单片机软件编程转换成十进制数值并通过显示屏显示。

利用单片机系统与模数转换芯片、显示模块等的结合构建数字电压表。方案的原理是模数（A/D)转换芯片的基准电压端，被测量电压输入端分别输入基准电压和被测电压。模数（A/D)转换芯片将被测量电压输入端所采集到的模拟电压信号转换成相应的数字信号，然后通过对单片机系统进行软件编程，使单片机系统能按规定的时序来采集这些数字信号，通过一定的算法计算出被测量电压的值。最后单片机系统将计算好了的被测电压值按一定的时序送入显示电路模块加以显示。

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目 录

第一章 设计任务与要求???????????????????????4 1.1初始条件??????????????????????????4 1.2设计任务??????????????????????????4 第二章 设计方案??????????????????????????5 2.1 总方案设计?????????????????????????5 2.2 方案框图??????????????????????????5 2.3 子框图的作用????????????????????????5 第三章 设计原理与电路???????????????????????6 3.2 CPU——STM32电路单元???????????????????6 3.2.1 Cortex-M3处理器简介??????????????????6 3.2.2STM32串口模块?????????????????????8 3.2.2.1软件设计???????????????????8 3.2.2.2硬件设计???????????????????9

3.2.3 STM32-AD功能模块????????????????????9 3.2.3.1软件设计???????????????????9 3.2.3.2硬件设计???????????????????11

3.2.4 STM32--PWM功能模块???????????????????11 3.2.4.1软件设计???????????????????12 3.2.4.2硬件设计???????????????????12

3.2.5 STM32—TFTLCD显示模块????????????????????12

3.2.5.1软件设计???????????????????13 3.2.5.2硬件设计???????????????????14 3.3 LED报警模块????????????????????????15 3.3.1 软件设计 ???????????????????15 3.3.2 硬件设计 ???????????????????15 3.4工作原理??????????????????????????16

第四章 电路的组装与调试????????????????????17 4.1 Keil软件仿真???????????????????????17 4.2际系统显示????????????????????????17 4.3与上位机通信结果????????????????????? 18 第五章 设计总结??????????????????????????19 附 录???????????????????????????????20 附录Ⅰ 程序清单????????????????????????20 附录Ⅱ 总原理图 ????????????????????????22

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附录Ⅳ 元器件清单 ??????????????????????23 参 考 文 献????????????????????????????21

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第一章 设计任务与要求

1.1初始条件：

设计一个智能化的数据采集和电压监控系统，该系统以单片机为核心并具有如下功能： 1）能对2-4v范围变化的模拟信号进行连续采样（模拟信号中有尖峰脉冲干扰和50Hz工

频干扰）和实时数字显示，采样频率为10Hz，保存最近的50个连续采样值； 2）当采样值小于2v时第1个报警灯闪烁，大于4v时第2个报警灯闪烁； 3）能对存在的系统误差进行线性插值校正；

4）能和上位机进行串行通信，根据上位机的要求随时将采样数据上传； 5）能产生占空比为20%幅度为5v的50Hz脉冲波供外设用。

1.2设计任务

1. 合理设计系统总体方案，并画出方框图；

2. 正确选择A/D，使测量分辨率达到1mv以内，正确设计单片机系统、LED显示、报

警灯单元；

3. 要求系统具有自动零点校正和自动增益校正功能； 4. 分析系统的对两类干扰的去除情况，指标论证；

5. 设计说明书应详细说明设计思路、特点和电路工作原理；

6. 用A3纸绘制软件流程图，流程图要模块化并具有可读性（即根据流程图知道程序

功能的实现过程）；编制模块化源程序，注释不少于1/3;

7. 硬件电路图应详细标明所采用元件的型号、连线的引脚编号，要求采用

Protel(Protues)软件绘制硬件电路图；

8. 设计说明书应包括课程设计任务、总体方案设计、详细硬件、详细软件设计、软件

流程图、程序清单、元器件清单7个部分；

9. 按照学校课程设计说明书撰写规范提交一份课程设计说明书（6000左右）

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