1．目的及意义
如今电子技术的高速发展，嵌入式数控系统（CNC）得到了越来越广泛的应用，在数据采集的各种场景中占据了主要的地位，在军事^[1-2]、工业^[3]、生产^[4]、医疗^[5]中得到了广泛的应用。主要采用的器件包括FPGA和STM32，其中FPGA是现场可编程门阵列，它是作为专用集成电路领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路有限的缺点，可以通过简单的布局和编程，实现基本的门电路功能^[6]。STM32作为一种高性能、低成本、低功耗的嵌入式单片机有着广泛的应用，有很强的连接外设功能即可扩展性^[7-8]，且自带ADC、DAC，可以便捷的通过对MCU编程对自带ADC、DAC等内部功能甚至其他外接模块进行中心控制^[9]，是目前应用最广泛的单片机之一。嵌入式数控系统通过FPGA、STM32等进行功能配合进行各种项目测量，测量项目主要为观测电压、电流、温度、湿度等，采集数据统计规律实现实时监测或者用于数据分析系统改善等。现阶段测量多通道模拟信号的数据采集系统主要是以下方法，采用隔离电路将8路模拟信号进行现场信号的隔离，实现了电压信号从电压→电流→光信号→电流→电压的转换，通过调节输出端滑动变阻器的阻值，对输入信号成比例缩小，保证输入信号电压值在ADC采集的量程范围内，然后通过STM32自带的3个ADC对通过隔离电路的模拟信号进行采集，ADC1、ADC2、ADC3分别实现0-2、3-5、6-7路模拟信号的模数转换，由于STM32的参考电压上限为3.6V，因此隔离电路的左右尤为重要，后通过STM32将采集到的数据利用内部集成的FSMC（灵活的静态存储控制器）模块，连接不同类型的静态存储器，将FPGA当做STM32的一段内存进行存储，与FPGA统一时钟信号^[10]，并将采集的数据发送给FPGA进行储存和发送，最终通过上位机进行显示和监控。这种方法利用了STM32自带的ADC，及其强大的带载能力通过FPGA进行高速存储，然而这种方法的限制也有许多，首先STM32自带的ADC采集精度不高，仅为12位ADC，且由于自带的时钟频率的限制导致ADC的采样率也不能达到较高水平^[11]；该方法集成的模块过多，不利于调试；最终利用上位机显示，数据包的传输不够便利，显示不够直观，整个系统体积过大，因此有较大的改良空间。

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2. 研究的基本内容与方案

{title}针对现有的基于FPGA和STM32的多通道数据采集系统方案，拟提出以下改进方案，系统框图如图1所示：

图1 系统框图