论文总字数：18250字

目 录

1引言 6

1.1研究背景及意义 6

1.2国内外研究现状 6

1.3本论文章节安排 7

2系统总体设计 8

2.1系统总体功能 8

2.2系统总体设计 8

3系统硬件设计 9

3.1核心芯片的选取 9

3.2采集与调理电路设计 13

3.2.1 前端采集电路设计 13

3.2.2 信号调理电路设计 14

3.2.3 采集精度与频率 15

3.3 总线电路设计 15

3.3.1 SP3485总线电路设计 15

3.3.2 RS232总线电路设计 17

3.4 以太网通信电路设计 17

3.4.1 DP83848 芯片简述 17

3.4.2 以太网网络接口电路 17

4系统软件设计 19

4.1系统软件设计概述 19

4.2 以太网模块发送/接收数据软件设计 20

4.2.1 DP83848的检测与初始化 20

4.2.2 DP83848对数据包的发送 20

4.2.3 DP83848 对数据包的接收 20

4.3上位机读数分析软件 21

4.3.1上位机读数软件功能 21

5.系统软硬件测试 22

6.总结 24

致谢 25

参考文献 25

基于STM32的以太网数据转换系统

李鑫然

摘要：本课题主要研究与制作以STM32F103VE为主要控制核心芯片的以太网参数转换系统，主要是由参数采集设备、控制设备(STM32F103VE)、传输设备以及上位机等外围模块架构起来的转换系统。其中，参数采集设备主要完成的工作是数据参数的采集与一些简单的处理；控制设备的主要工作是对参数采集设备获取到的相关数据完成分析处理、存储以及上传显示；传输设备的主要工作则是将经过控制设备处理好的数据利用以太网的手段来传输给上位机进行显示的。鉴于以上的功能需求，本课题给出的硬件电路架构主要包含了STM32F103VE最小系统、参数采集电路、以太网传输电路以及数据存储电路，且其都通过了单个模块以及整体联机测试，结果显示：本课题设计的转换系统可以完成相关参数的采集、分析处理以及上传给上位机，系统工作稳定，处理及时，达到课题的设计要求。

关键词：STM32F103VE；数据转换;以太网

Design of Ethernet data transfer system

based on STM32

Abstract:This article gives a brief introduce of the remote data acquisition system which is with STM32F103ve as its main control chip and made up of the data acquisition module, control module, date transmission module and upper computer. Data acquisition module includes data acquisition and processing; Control module is mainly responsible for the control, storage and display of data acquisition; Data transmission module realizes the remote data transmission by Ethernet technology. According to the functional requirements of the remote data acquisition system, author designs the hardware circuit, including STM32F103VE minimum system circuit, data acquisition circuit, Ethernet communication circuit, real-time clock circuit, data storage circuit, display circuit and power supply circuit. Based on the above hardware circuit, this thesis designs the corresponding software program. Finally after the test of different modules of the remote data acquisition system and the overall online test, author finds that: on the one hand, the system can collect accurate data; on the other hand, Ethernet communications is reliable and the whole system runs smoothly meeting the topic design requirements.

Keywords: STM32F103VE；data transfer；Ethernet technology

1引言

1.1研究背景及意义

随着信息技术的急剧发展，人们对于社会的生产生活要求越来越高了。纵观整个社会，现阶段人们对于相关数据参数的采集需求也越来越多了。就从人们生活的日常来看，我们与朋友联系的时候需要打电话，这就使用到了手机。我们出门远足的时候，需要交通工具，这就使用到了汽车。我们上班的时候，一些工作更是远远离不开计算机，更不要说农业生产、军事探测以及电力等等行业，其更是远远离不开数据参数的采集。其实如果我们平时比较热爱观察的话，就可以发现大自然里面存在各种各样的数据参数，比方说水压、万有引力、电流以及继电器的状态等等。像这样的一些数据参数通过一定的手段能够传输给计算机，并让计算机对其完成相关的分析处理操作，这种手段我们可以称其为数据参数采集电路，而完成数据参数采集的系统则称作为采集系统^[1]。就最近几年的发展状况来看，数据参数采集和它的系统使用受到了人们越来越大的重视，数据参数采集系统也因此有了急剧地发展，数据参数采集系统也在有关微型、小型、便携、低电压、以及低功耗的方向发展了起来。但是，采集到的数据之间不互通，无法实现同步实时转化成了较大困扰，因此数据参数转换系统有着更深远的重大意义。

1.2国内外研究现状

在国际的大舞台上来看，我国的数据参数采集技术的起步相对来说还是比较滞后的，相关数据参数的标准性能指标还是不明确不稳定的。在二十世纪七十年代的时候，才仅仅在航空领域采用了相关的记录仪来完成航天数据参数的采集，且仅仅为单个测试模块，而不是一个完整的采集系统。这样的单个测试模块主要是在飞行器以及武器的研究制作过程中完成其相关数据参数的记录，比方说，飞行测试过程中系统的过载、转速、压力以及图像等数据状态参数。

不过就最近几年的发展来看，我国在数据参数记录仪方面的研究已经取得了阶段性的进展，其发展来势汹汹不可抵挡。采集的信号采样频率范围得到了很大的提高，存储空间从MB级扩展到了GB级，且针对数据参数采集技术研究和制作的主要控制平台也从简单的单片机技术扩展到了FPGA、DSP以及ARM等多平台，综上所述的发展都为采集系统的开发和研制提供了系统稳定的依据^[2]。不管是在特别大的冲击还是特别低的温度环境下，我们通过数据参数采集存放装备都可以完成相关数据参数的获取和存放，为我们国家的航天航空事业的发展给予了数据参数采集存放的保障。

从国际的大舞台上面来看，投入到军事行业使用的固态数据记录仪的研究和制作大约从上个世纪的七十年代一直发展到现阶段，其中包括逻辑控制时序的简化、读写操作的加快、断电情况下数据的储备、集成度的提高以及价格和功耗降低，这些创新性的发展让其成为了社会生产生活行业中的领军技术。数据参数采集系统的存储空间基本已经由M级提升到了G级，其中主要涵盖了SRAM、SDRAM，也就是通常所说的静态、动态存储器。与此同时数据参数采集系统投入的应用行业也在更近一步地扩大，从军事应用到民事应用乃至卫星、武器以及深海数据参数的勘测方面^[3]。与此同时，在许多特定需求下的记录仪系统也在急剧地发展。在国际的大舞台上面，这些特定记录仪系统的研制技术主要是与美国以和法国看齐的，其中的领军企业主要是CALCULEX和ETEP。在许许多多性能优良的数据参数采集系统的研究和制作层面上来看，这两家企业拥有极大的技术感染力。

在现在的这个阶段来看，嵌入式技术、半导体材料以及集成电路的发展突飞猛进，为数据参数采集系统提供巨大的技术帮助，使我们有理由相信在以后的日子里，数据参数采集系统一定会有质的飞跃，这具体体现在下面的这些方向中：（1）巨量参数的存放。现阶段伴着科学技术的突飞猛进，诸如军事勘测、农业生产以及卫星导航等等各个行业都对数据参数的记录有了更精确的需求，这就给数据参数采集系统提出了更加严格的条件，且具体体现在数据参数的存放空间大小的方面。如今，人们对生活质量的要求越来越高，这也迫使人们对有关数据参数存放空间大小的需求越来越高，主要体现在对于高清视频数据转换系统的要求方面。随着嵌入式、机械加工、以及集成电路的急剧发展，在未来的日子里我们将会拥有个体越小，存放空间越大、以及高度集成的数据参数采集系统。（2）急速、稳定的数据参数输送。如今在模拟信号和数字信号方面的采集信道数量不停快增，且传送模拟信号的信道采样率以及采样准确度也在飞速地增加，这样优质的发展为数据参数采集系统存放空间的扩大给出了巨大的技术保障，但同时也对采集系统提出了新的高要求也就是数据参数的传送速度问题，其要求采集系统能够完成数据参数的快速输送以及确保数据参数的不丢包^[4]。（3）功率消耗低下。面对现阶段能量资源的短缺问题，系统能够满足功率消耗低下的要求，这将为其更加深远的发展给出巨大优越性。特别是在一些恶劣的情况下面，功率消耗低下的系统能够减少对开发人员的依靠以及对资源量的需求。（4）有自己本身的操作系统。随着多种信息技术的急剧发展，我们有理由相信在未来的日子里，开发人员所研制的智能系统都将会有自己本身的操作系统，来对整个采集系统完成多进程的管理和调配，用以完备更加齐全的功能，用以满足各行各业的特定需要^[5]。

1.3本论文章节安排

本课题研究和制作的数据参数转换系统，其硬件架构重点含有数据参数的采集设备、调理设备、控制管理设备以及基于以太网的通信传送设备。数据参数的采集设备接收到需要采集的数据参数后传送给STM32微控制器，STM32微控制器接收到传送过来的数据参数后对其分析、处理以及存储，且采用以太网传输技术上传给上位机。论文的主要内容与结构安排如下：

第一章 重点说明了本课题探讨的背景、意义以及国内国际就数据参数转换系统来说的研制现状。

第二章 针对数据参数转换系统的完整硬件架构给出了简单的说明，并对其每部分的框架也给出了相关的阐述。

第三章 具体说明了硬件架构的处理方式，其中含有每个单一模块的硬件设计。

第四章 针对数据参数转换系统的软件设计给出了相关的说明，具体到每个单一模块软件设计以及上位机的读操作的软件设计。

第五章 针对数据参数转换系统的软硬件联合调试做了相关的实验，通过实验测试数据显示，又对系统各个方面的性能做了更深层面的分析处理。

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