原標題：基于STM32的多路電壓采集的設計與實現方案

基于STM32F103VET6+AD603+TSC2046的多路電壓采集的設計與實現方案

在工業自動化、環境監測、醫療儀器以及儀器儀表領域，多路模擬電壓信號采集系統扮演著至關重要的角色。本文圍繞STM32F103VET6微控制器、AD603可變增益放大器及TSC2046電阻式觸控屏控制器，設計并實現了一種高精度、多通道的電壓采集系統。

一、系統總體設計

該系統采用STM32F103VET6作為主控單元，具備強大的數據處理能力與豐富的外設接口。通過AD603實現模擬信號的增益調節，適配不同幅度的電壓信號輸入，再由TSC2046進行高精度的多通道模數轉換（ADC）。整套系統可對8路以上的模擬電壓信號進行動態范圍可調的采樣與處理。

系統主要由以下模塊組成：

1. 模擬前端信號調理模塊（含增益放大）

2. 多路模擬開關模塊（實現通道切換）

3. 模數轉換模塊（ADC）

4. 控制與通訊模塊（STM32F103VET6）

5. 電源管理模塊

二、核心器件與優選型號分析

1. 主控芯片 - STM32F103VET6

• 器件作用：負責系統的整體協調控制、數據處理、通信等。

• 優選原因：STM32F103VET6基于ARM Cortex-M3內核，主頻高達72MHz，擁有高達512KB Flash與64KB SRAM，具備多個SPI、I2C、ADC、USART等接口。

• 功能特點：

• 12位ADC（支持DMA）

• 多通道采樣

• 豐富的外設支持

• 高性價比，適合工業級應用

2. 可變增益放大器 - AD603ARZ

• 器件作用：對輸入的微弱電壓信號進行線性可調放大，提升信號質量。

• 優選原因：AD603是一款高性能、低噪聲的線性dB可變增益放大器，增益范圍可通過控制電壓精確調節。

• 功能特點：

• 增益范圍：?11 dB至+31 dB

• 帶寬：90 MHz（增益=10 dB）

• 低失真、低噪聲

• 寬供電范圍 ±5V 或單電源 5V

3. ADC與觸控接口芯片 - TSC2046IPW

• 器件作用：4通道12位ADC，用于電壓采樣。

• 優選原因：雖然TSC2046設計用于觸摸屏讀取，但其內部ADC模塊具備優秀的采樣性能，可用作通用ADC擴展。

• 功能特點：

• 4通道12位ADC輸入

• SPI接口通信

• 支持斷電模式，功耗低

• 內部參考電壓

4. 模擬開關 - CD4051BE

• 器件作用：多路信號切換器，用于擴展ADC輸入通道數量。

• 優選原因：價格便宜、驅動簡單，可實現1-of-8的信號選擇功能。

• 功能特點：

• 模擬通道：8路單端

• 控制端：3位選通信號

• 低導通電阻

5. 電源管理 - AMS1117-3.3 & AMS1117-5.0

• 器件作用：將系統提供的輸入電壓轉換為3.3V與5V，供各模塊使用。

• 優選原因：線性穩壓器簡單可靠，適用于低功耗系統供電。

• 功能特點：

• 輸出電壓穩定

• 最大電流1A

• 封裝小巧

三、電路框圖設計

• 多路模擬信號接入CD4051，由STM32控制其選擇端切換通道

• 輸出到AD603進行增益放大（可調）

• 放大后的信號送入TSC2046進行模數轉換

• STM32通過SPI讀取TSC2046的數據，并進行處理與上報

四、軟件架構設計

軟件部分采用模塊化設計，主要包括：

• SPI驅動（TSC2046數據讀?。?/span>

• GPIO控制（CD4051通道切換、AD603增益設置）

• 模擬信號校準算法

• 數據濾波與異常值檢測

• 通訊協議（串口/UART或CAN）

五、系統實現方案與優勢分析

1. 系統擴展性強：通過模擬開關與多個TSC2046芯片的組合，系統可擴展至32路甚至更多通道采樣；

2. 高精度采樣：12位ADC精度，結合AD603可調增益，提高弱信號的采樣分辨率；

3. 低成本實現：采用常規分立器件實現信號調理與采樣，降低BOM成本；

4. 靈活性強：STM32控制靈活，支持實時數據處理與通信協議切換；

5. 低功耗設計：TSC2046支持低功耗模式，適合便攜設備采集；

六、測試與驗證

系統完成PCB設計與焊接后，分別對以下性能進行測試：

• 各通道采樣精度

• AD603的增益線性測試

• 通道切換時間

• TSC2046穩定性與溫漂測試

結果表明系統整體性能穩定，滿足工業采集應用需求。

七、總結與展望

本文基于STM32F103VET6、AD603與TSC2046實現了一種結構清晰、采樣精準、通道擴展靈活的多路電壓采集系統，適用于工業、醫療及科研等多種場景。未來可通過以下方向進一步優化：

• 使用高速SPI Flash擴展數據緩存能力

• 引入DMA與RTOS優化數據處理效率

• 集成藍牙/WiFi模塊實現無線傳輸

這一設計方案為后續的信號采集系統提供了良好參考與技術儲備。