STM32的瞬态运动参数存储测试系统设计

STM32的瞬态运动参数存储测试系统设计

 

　　在瞬态运动参数测试中，对存储测试系统的实时性和功耗提出了更高的要求。提出了一种基于STM32的嵌入式存储测试系统的设计方案，介绍了该系统关键部分的软硬件设计，主要包括模拟信号调理、数据采集存储和USB数据回读。该系统具有实时性好、体积小、功耗低的特点，适合于恶劣环境下加速度信号的采集存储。试验结果表明，该系统工作稳定，实现了设计目标。

　　存储测试技术是在特殊环境下记录运动物体参数行之有效的方法，先将测试数据存入存储器，待装置回收后通过特定接口与上位机进行通信，还原数据信息。在诸多领域的测试中，对数据采集存储系统的实时性和功耗提出了更高的要求，随着半导体技术的发展，各种技术的进步使得高速度、低功耗的存储测试系统能够实现。

　　本系统选择ST公司超低功耗的基于ARMCortex—M3四核的处理器STM32F103C8T6作为核心控制元件，采取内部A/D转换器与铁电存储器结合的方法，实现压阻式加速度传感器测试数据的采集、存储，并利用LabView开发平台设计上位机应用软件实现测试数据的USB回读及处理。

　　系统采用单电池电源供电，电路内部经过多路电源管理单元的稳压处理后为系统各个模块供电，实现多分支电源网络管理，以保证系统良好的抗干扰性能。系统的控制核心为STM32F103C8T6，传感器信号经调理模块进入微控制器的12位μs级的A/D转换器后，经过处理和格式转换后循环记录在铁电存储器FM25V10内，一旦传感器感受的加速度值达到设定阈值，则系统将被触发，并会自动持续记录一段时间，装置回收后则利用LabVieW上位机应用软件实现测试数据的USB回读及处理。

　　本设计选用通用的、双端口的变压器耦合隔离放大器AD202作为主放大器件。作为一种符合工业标准的隔离放大器，AD202能够提供一整套隔离功能，包括信号隔离和电源隔离，且封装紧凑，有利于实现产品的小型化。

　　STM32F103处理器采用ST公司独有的两大节能技术(130nm专用低泄漏电流制造工艺和优化的节能架构)，使其成为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式系统的良好选择。该设计利用其自带的12位μs级的A/D转换器、SPI通信接口和USB2.0全速接口，实现传感器信号的采集、存储和回读分析。

　　系统关键部分的软件设计

　　负延时数据存储

　　本系统选用1Mb铁电存储器FM25V10(128K×8位)，每个加速度数据占用2个字节，可供存储65536个数据。系统触发前，存储器保持循环记录，存储的内容不断被擦除改写。当记录数据达到触发阈值时，测试系统触发，延时计数器开始计数，数据继续记录至延时计数器到时。触发点前后的数据长度可根据设计要求确定，计数结束后地址发生器停止工作，加速度信号得以存储。记录完毕后进入休眠状态，等待读数和擦除。负延时功能可以将触发前的一段信息有效保存，从而得到完整的加速度曲线，以保证数据的完整性。

　　3.2与上位机LabVieW的USB通信

　　系统利用STM32F103自带的USB2.0全速接口及其固件驱动程序，实现从存储器向PC传送数据和设置存储参数的功能。STM32F10xxxUSB固件驱动程序库是ST公司专为STM32F10xxx系列ARM微控制器提供的固件驱动程序库，其主要用途是利用STM32F10xxx系列微控制器中的USB宏单元来简化应用开发。

　　该部分软件设计包括3个部分：固件驱动程序、USB设备驱动程序和主机应用程序。

　　存储测试系统是软硬件紧密结合的设备，为了提高实时性并降低功耗，需要设计者尽量精简系统内核，只保留和系统功能紧密相关的软硬件，利用最低的资源实现最适当的功能。本文设计的存储测试系统，使STM32处理器的优点得到了有效的发挥。对于本测试系统，可用环氧树脂灌封材料将电路灌封在侵彻类引信内，从而获取引信的侵彻全程加速度数据，对侵彻类引信的研制具有重要意义。