1、基于CortexM3的24位AD数据采集模块设计本 科 生 毕 业 设 计论文题目：基于Cortex-M3的24位AD数据采集模块设计姓名：学号：班级：年级：专业：学院：指导教师：完成时间：作 者 声 明本人以信誉郑重声明：所呈交的学位毕业设计（论文），是本人在指导教师指导下由本人独立撰写完成的，没有剽窃、抄袭、造假等违反道德、学术规范和其他侵权行为。文中引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，不包含他人成果及为获得东华理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本设计（论文）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本毕业设计（论文）引起的法律结果完全由本人承
2、担。本毕业设计（论文）成果归东华理工大学所有。特此声明。毕业设计（论文）作者（签字）： 签字日期： 年 月 日 本人声明：该学位论文是本人指导学生完成的研究成果，已经审阅过论文的全部内容，并能够保证题目、关键词、摘要部分中英文内容的一致性和准确性。 学位论文指导教师签名： 年 月 日基于Cortex-M3的24位AD数据采集模块设计Design of 24-bit AD Data Acquisition Module Based on Cortex-M3YangPei2018年 6 月10日摘 要随着科学技术的不断进步，传统的数据采集模块的速度和精度已经远远达不到高精密地球物理器仪器的要求，研
3、发出新的高采样率、高信噪比、低功耗的数据采集模块是一种迫切需要。本文设计了一种基于Cortex-M3内核的多道数据采集模块，主要完成了数据采集程序及连接电路。硬件设计采用了TI公司的ADS1278评估板，结合周立功的SmartCortexM3-1788实验开发平台，实现了AD的数据采集及数据传输。采用了两块24位的ADS1278芯片，共有16通道的模拟量的输入，可以实现同步采样，ADS1278将采到的模拟量转换成数字量。软件设计采用了SPI通讯进行数据传输，对ADS1278进行了初始化设置，给ADS1278提供主时钟和传输时钟，对LPC1788的GPIO和SSP控制器进行初始化设置，用查询方式
4、检测AD转换是否完成，当ADS1278准备好数据输出时，通过SPI总线将转换好的数据传输到核心板存储。本设计过程中包含了多种参数测量，与相关的硬件部分相结合可以进行多种地质信号测量。该数据采集模块具有采集速度快，精度高，稳定性高，可操作性强等突出优点。关键词：数据采集； ADS1278； Cortex-M3； SPI总线Abstract With continuous development of science and technology, the speed and accuracy of traditional data acquisition module have been far
5、 from the requirement of high-precision geophysical instruments. Therefore it has been an urgent need to develop a new kind of data acquisition module with high sampling rate, high SNR, and low power consumption. This paper presents a multi-channel data acquisition module based on Cortex-M3 core, ma
6、inly to accomplish the data collection process and the circuit connection. TIs ADS1278 evaluation boards combined SmartCortexM3-1788 development platform of Zhou Ligong were used in Hardware design to collect and transfer the AD data. Two 24-bit ADS1278 chip with 16 analog input channels in total, w
7、hich convert sampled analog quantity into digital quantity, can achieve the target to collect data simultaneously. As for software design, the SPI communications were used to for data transmission. Before detecting whether AD conversion is accomplished or not, ADS1278 would be initialized and master
8、 clock and transmit clock would be provided to it, moreover GPIO and SSP controllers of LPC1788 would be initialized, if it is, the data converted via the SPI bus will be transferred into a core board storage.A variety of parameters measurement were included in this thesis and associated hardware mo
9、dule could be combined to test with various geological signal. And this data acquisition module has been proved to have these advantages like high acquisition speed, high precision, great stability and maneuverability.Keywords: data acquisition; ADS1278; Cortex-M3; SPI绪论1.1 课题背景及意义数据采集技术属于信息科学的一个十分重
10、要分支，它研究的主要是信息数据的采集、存储、控制以及处理等，它和计算机技术、传感器技术、信号处理技术共同构成了现代检测技术的基础。数据采集设备（也称数据采集模块）可以使抽象的模拟量数字化，进而给出其量值或者通过信号处理技术对该数字量做出相应分析与处理。相比于模拟系统而言，运数字技术的数据采集模块具有精度高、可靠性好等优点 。 在20世80年代，随着计算机的普及、微型机的发展、集成电路特别是单片机的快速发展，以数据采集模块为基础的数据采集系统得到了长远的发展，其应用越来越广泛，如在温度、压力、位置、湿度等模拟量的采集，工业无人控制，楼宇智能化设计等领域，并逐渐的发展成为两大类：第一类是采用平行总
11、线的数据采集系统，第二类是采用串行数据总线的数据采集系统,两者各自应用于不同的领域。并行总线数据采集系统正在向高速、模块化和即插即用等方向发展，典型系统有PCI、PXI总线系统、VXI总线系统等，数据位数已达到32位总线的宽度，采样率可以达到100MSps（Million samples per second，百万取样每秒）。但是这类产品采用了高密度、屏蔽性好的连接器和卡式的模块设计，所以其价格非常昂贵，在民用领域难以普及，其主要应用于军事领域。串行总线数据采集系统正在向智能化、分布式结构和小型化方向发展，随着电子技术和制造工艺的不断提高，其稳定性不断增强。这类数据采集系统一般采用CAN总线、
12、RS485总线、电力载波、无线、光纤等多种方式传输数据，可选择性大，价格便宜，因此这类系统在民用领域得到极大推广，例如在工业现场的数据采集和控制等众多领域得到了广泛应用。随着互联网技术的飞速发展，局域网技术在工厂车间的广泛应用，工厂车间中的各种数据的底层设备可以通过UDP、RS232、TCP/IP等网络协议同局域网联机，最终实现工业生产过程中的在线实时监测与控制。随着改革开放的不断深入，工业化进程的不断加快，设计车间无人值守在线实时监控系统以及对生产过程中的仪器仪表进行数字化改造即将成为工业技术改造的一个崭新方向。新的发展带来新的需求，新的需求促进新的发展，这样的需求对数据采集模块的发展仍然具
13、有极其重要的意义。1.2 数据采集模块的现状随着生产制造业的各个领域的发展逐渐走向规模化，生产制造业对自动控制系统有了越来越高的要求，对自动化程度也有了越来越广泛的运用，自动控制系统在这种广泛的需求中也得到了飞速发展。数据采集系统是计算机参与控制的第一步，它最早以一种计算机应用形式出现在过程控制系统中。随后数据采集系统被广泛应用于各行各业中而有了快速的发展和进步。整个工业自动化的最前端是数据采集模块，并同微型机一起连接组成故障诊断和监测系统，其输入量为各种电量形式的模拟信号。数据采集模块的采样速度、转化率、信噪比、功耗、精度、成本等一个数据采集模块好坏的几个重要因素，数据采集模块也正朝着这些发
14、展方向不断完善。当今国内市场的数据采集模块通常都是基于电力载波、USB、RS485总线、CAN 总线等数据传输方式开发的。数据采集模块不仅在各行各业中得到广泛应用，而且为祖国的工业自动化进程起巨大的推动作用，但是在技术上仍然存在不足之处，主要表现在以下3个方面：(1) 现有数据采集模块一般为单道采集，采集的数据类型比较单一，在需要采集比较多的数据类型的场合，需要使用多个数据采集模块，成本较高；(2) 设备的软件水平较一般，仍停留在基本频谱分析和设备维修管理上，人机界面、机器故障诊断专家系统有待完善；(3) 由于数据采集器本身的信号处理功能不强且内存较小，所以在现场只能做一些比较简单诊断，现场的
15、精密诊断能力较弱，需要将数据上传到计算机上去做精密诊断。1.3 本文的主要研究内容通过对相关仪器的学习和研究， 设计出适合我院相关学科实验用的24位AD数据采集模块。其中硬件部分的研究包括：（1）ADS1278的周围电路的设计；（2）ADS1278与LPC1788的连接电路的设计。软件部分的研究包括：（1）基于C语言的LPC1788下位机数据采集与控制程序的设计。2. 采集模块相关技术及元器件功能本章主要从Cortex M3的体系结构、LPC178x/177x系列Cortex-M3简介、ADS1278评估板、SSP控制器这四个方面介绍了采集模块相关技术及元器件功能。2.1 Cortex M3体
16、系结构2.1.1 ARM简介ARM公司是一家知识产权（IP）供应商，它与一般的半导体公司最大的不同是他不制造芯片且不向用户出售芯片。而是通过转让设计方案，由合作伙伴生产出各具特色的芯片。ARM构架是ARM公司面向市场设计的第一款低成本RISC微处理器，凭借其极高的性价比、高代码密度、出色的实时中断响应、极低的功耗和极少的面积，使其成为嵌入式系统的理想选择，如今已经占据了绝大部分的市场，据统计ARM公司的合作伙伴每年生成100亿颗ARM处理器。ARM微处理器的发展经历了以下几个系列:ARM7系列、ARM9系列、ARM9E系列、ARMl0E系列、SecurCore系列、Intel的XScale系列、Co
