摘要：在瞬态运动参数测验中，对存储测验体系的实时性和功耗提出了更高的要求。提出了一种根据STM32的嵌入式存储测验体系的规划方案，介绍了该体系要害部分的软硬件规划，首要包含模仿信号调度、数据收集存储和USB数据回读。该体系具有实时性好、体积小、功耗低的特色，适宜于恶劣环境下加速度信号的收集存储。实验结果标明，该体系作业安稳，完结了规划方针。
要害词：存储测验技能;信号调度;STM32;USB;LabView
导言
存储测验技能是在特别环境下记载运动物体参数卓有成效的办法，先将测验数据存入存储器，待设备收回后通过特定接口与上位机进行通讯，复原数据信息。在许多范畴的测验中，对数据收集存储体系的实时性和功耗提出了更高的要求，跟着半导体技能的开展，各种技能的前进使得高速度、低功耗的存储测验体系能够完结。
本体系挑选ST公司超低功耗的根据ARM Cortex—M3四核的处理器STM32F103C8T6作为中心操控元件，采纳内部A/D转化器与铁电存储器结合的办法，完结压阻式加速度传感器测验数据的收集、存储，并运用LabView开发渠道规划上位机运用软件完结测验数据的USB回读及处理。
1 体系原理
存储测验体系由电源办理模块、调度模块、外部晶振、微操控器、存储模块、上位机模块以及接口电路组成，如图1所示。
体系选用单电池电源供电，电路内部通过多路电源办理单元的稳压处理后为体系各个模块供电，完结多分支电源网络办理，以确保体系杰出的抗搅扰功用。体系的操控中心为STM32F103C8T6，传感器信号经调度模块进入微操控器的12位μs级的A/D转化器后，通过处理和格局转化后循环记载在铁电存储器 FM25V10内，一旦传感器感触的加速度值到达设定阈值，则体系将被触发，并会主动持续记载一段时刻，设备收回后则运用LabVieW上位机运用软件完结测验数据的USB回读及处理。
2 体系首要部分的硬件规划
2.1 信号调度
因为传感器丈量的信号十分弱小，需求通过恰当的扩大、滤波等修正后才能够进行一系列处理。信号调度电路是存储测验体系中十分要害的一个部分，它在数据收集存储之前对传感器输出信号进行调度，其功用的好坏直接决议了体系的功用与可靠性。信号调度电路首要由4部分串联组成：阻隔扩大、沟通耦合、电压跟从、低通滤波。
2.1.1 阻隔扩大
在存储测验体系中，不适宜的接地是形成丈量问题的遍及原因，有必要对信号进行电气阻隔以防止这些问题的发生。阻隔电路能够打破接地环路，防止发生高幅值共模电压。
本规划选用通用的、双端口的变压器耦合阻隔扩大器AD202作为主扩大器材。作为一种契合工业规范的阻隔扩大器，AD202能够供给一整套阻隔功用，包含信号阻隔和电源阻隔，且封装紧凑，有利于完结产品的小型化。
图2为阻隔扩大电路原理图，R1和R2的配比可完结衰减功用，R6可完结份额的准确调理，R3、R4和R5完结了调零功用。
2.1.2 沟通耦合
为了消除加速度信号中直流重量的影响，完结沟通耦合，运用%&&&&&%的“隔直通交”的特性去除信号里的直流重量，而对纯沟通讯号没有影响。因而，本规划在阻隔扩大电路之后，加入了一级沟通耦合。
2.1.3 电压跟从
传感器信号在沟通耦合之后，串联一级电压跟从，能够起到缓冲、阻隔的效果。电压跟从电路具有高输入阻抗、低输出阻抗的特色，能够使后级扩大电路作业更安稳，如图3所示。
2.1.4 低通滤波
因为测验环境中不可防止地存在着各种搅扰和噪声，假如传感器信号线引进外界搅扰，将形成进入测验体系的信号掺杂有必定的噪声，严峻的甚至会影响测验的真实性。因而，需求运用滤波器对信号进行抗混叠滤波，以确保信号的正确性、进步体系信噪比。
体系运用的二阶压控电压源低通滤波电路因功用安稳、增益易调理，已广泛运用于测验体系中，此体系也选用此型滤波电路。电路规划如图4所示。
2.2 微操控器接口
STM32F103处理器选用ST公司独有的两大节能技能(130 nm专用低走漏电流制作工艺和优化的节能架构)，使其成为要求高功用、低成本、低功耗的嵌入式体系的杰出挑选。该规划运用其自带的12位μs级的A/D转化器、SPI通讯接口和USB2.0全速接口，完结传感器信号的收集、存储和回读剖析。
3 体系要害部分的软件规划
3.1 负延时数据存储
本体系选用1 Mb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。体系触发前，存储器坚持循环记载，存储的内容不断被擦除改写。当记载数据到达触发阈值时，测验体系触发，延时计数器开端计数，数据持续记载至延时计数器届时。触发点前后的数据长度可根据规划要求确认，计数结束后地址发生器停止作业，加速度信号得以存储。记载结束后进入休眠状况，等候读数和擦除。负延时功用能够将触发前的一段信息有用保存，然后得到完好的加速度曲线，以确保数据的完好性。
3.2 与上位机LabVieW的USB通讯
体系运用STM32F103自带的USB2.0全速接口及其固件驱动程序，完结从存储器向PC传送数据和设置存储参数的功用。STM32F10xxxUSB固件驱动程序库是ST公司专为STM32F 10xxx系列ARM微操控器供给的固件驱动程序库，其首要用处是运用STM32F10xxx系列微操控器中的USB宏单元来简化运用开发。
该部分软件规划包含3个部分：固件驱动程序、USB设备驱动程序和主机运用程序。
3.2.1 固件驱动程序规划
固件驱动程序(又称单片机程序)是指固化到MCU模块内的软件。固件程序选用模块化规划，首要模块包含：数据收集存储模块和数据通讯模块两大部分。模块化规划的长处是可靠性高、可读性好、软件改动简略。
USB设备在上电之后需求首要完结体系时钟装备及片内外设的初始化操作。设备初始化结束后，数据回读指令的接纳、解析及数据传输的一切操作均在中止服务程序中完结。守时器3为节拍发生器，其中止用于守时触发A/D转化器采样与转化。DMA通道1发生中止标明，能够将存储器中的数据打包并通过USB发送。
USB中止较为杂乱，是固件驱动程序规划的中心部分，包含枚举的整个进程，以及除枚举以外一切与主机的指令、数据交互进程。操控指令首要包含采样频率的设定、负延时时刻的设定、发动数据回读等。USB设备总计运用了3个端点，分别为端点0、端点1和端点3。端点0为USB默许的操控传输端点，供设备枚举初始化时运用;端点1和端点3均为批量传输端点，端点1方向为输入，用来接纳PC的操控指令;端点3的方向为输出，用来向PC机发送数据包。
体系固件程序流程如图5所示。
3.2.2 USB设备驱动程序规划
USB设备驱动程序介于USB硬件与数据收集体系运用程序之间，为它们之间的通讯供给桥梁。USB驱动程序运用DriverStudio 中的Driver-works2.7编写。Drivei—Works供给了3个函数类即KUs-bLowerDevice、KUs—bInterface 和KUsbPipe类，用于完结USB设备操作。KUsbLowerDevice类用于逻辑设备的编程，KUsbInterface类用于接口的编程，KUsbP ipe类用于管道的编程。
本规划运用Driverworks自带的DriverWizard生成驱动程序结构和Read、write函数，在DeviceControl函数中增加用户界说的设备操控程序，完结用户自界说的功用。驱动程序编写结束后，会编译生成后缀为“.inf”和“.sys’’两个文件。.inf文件是体系用来查找适宜硬件的驱动程序的导游文件，当Windows发现新的设备时(比方体系发动时、在装置热插拔设备时或许从操控面板装置新设备时)，就调用 Windows的“增加新设备导游”履行。这个导游扫描一切可用的.inf文件，找到适宜的驱动程序。
3.2.3 主机运用程序规划
运用服务程序直接面向用户，是操控数据存储软件的最上层，不只供给与用户交互的界面，并且能通过发送各种操控指令来操控存储模块的作业。在Windows 中，LabView完结与WDM的通讯进程是：先用CreateFile函数翻开设备，然后用Devi—ceIOControl与WDM进行通讯，包含从 WDM中读数据和写数据给WDM，也能够用ReadFile从WDM中读数据或用WriteFile写数据给WDM。当运用程序退出时，用 CloseHartdle封闭设备。其软件规划流程如图6所示。
4 实验数据与验证
图7是本测验体系所测得的实验数据波形图，该曲线所测的是某弹丸在火炮膛内的加速度曲线。通过数据剖析，膛内运转时刻、膛内运转间隔、膛内以及炮口扰动过载均与实践相符。
通过实验证明，本测验体系在差错答应的范围内能够到达丈量精度要求，然后验证了本测验体系具有较强的运用性。
结语
存储测验体系是软硬件严密结合的设备，为了进步实时性并下降功耗，需求规划者尽量精简体系内核，只保存和体系功用严密相关的软硬件，运用最低的资源完结最恰当的功用。本文规划的存储测验体系，使STM32处理器的长处得到了有用的发挥。关于本测验体系，可用环氧树脂灌封资料将电路灌封在侵彻类引信内，然后获取引信的侵彻全程加速度数据，对侵彻类引信的研发具有重要意义。
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- STM32单片机官方开发工具
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