原标题：基于STM32的多路电压采集的设计与实现方案

基于STM32F103VET6+AD603+TSC2046的多路电压采集的设计与实现方案

在工业自动化、环境监测、医疗仪器以及仪器仪表领域，多路模拟电压信号采集系统扮演着至关重要的角色。本文围绕STM32F103VET6微控制器、AD603可变增益放大器及TSC2046电阻式触控屏控制器，设计并实现了一种高精度、多通道的电压采集系统。

一、系统总体设计

该系统采用STM32F103VET6作为主控单元，具备强大的数据处理能力与丰富的外设接口。通过AD603实现模拟信号的增益调节，适配不同幅度的电压信号输入，再由TSC2046进行高精度的多通道模数转换（ADC）。整套系统可对8路以上的模拟电压信号进行动态范围可调的采样与处理。

系统主要由以下模块组成：

1. 模拟前端信号调理模块（含增益放大）

2. 多路模拟开关模块（实现通道切换）

3. 模数转换模块（ADC）

4. 控制与通讯模块（STM32F103VET6）

5. 电源管理模块

二、核心器件与优选型号分析

1. 主控芯片 - STM32F103VET6

• 器件作用：负责系统的整体协调控制、数据处理、通信等。

• 优选原因：STM32F103VET6基于ARM Cortex-M3内核，主频高达72MHz，拥有高达512KB Flash与64KB SRAM，具备多个SPI、I2C、ADC、USART等接口。

• 功能特点：

• 12位ADC（支持DMA）

• 多通道采样

• 丰富的外设支持

• 高性价比，适合工业级应用

2. 可变增益放大器 - AD603ARZ

• 器件作用：对输入的微弱电压信号进行线性可调放大，提升信号质量。

• 优选原因：AD603是一款高性能、低噪声的线性dB可变增益放大器，增益范围可通过控制电压精确调节。

• 功能特点：

• 增益范围：−11 dB至+31 dB

• 带宽：90 MHz（增益=10 dB）

• 低失真、低噪声

• 宽供电范围 ±5V 或单电源 5V

3. ADC与触控接口芯片 - TSC2046IPW

• 器件作用：4通道12位ADC，用于电压采样。

• 优选原因：虽然TSC2046设计用于触摸屏读取，但其内部ADC模块具备优秀的采样性能，可用作通用ADC扩展。

• 功能特点：

• 4通道12位ADC输入

• SPI接口通信

• 支持断电模式，功耗低

• 内部参考电压

4. 模拟开关 - CD4051BE

• 器件作用：多路信号切换器，用于扩展ADC输入通道数量。

• 优选原因：价格便宜、驱动简单，可实现1-of-8的信号选择功能。

• 功能特点：

• 模拟通道：8路单端

• 控制端：3位选通信号

• 低导通电阻

5. 电源管理 - AMS1117-3.3 & AMS1117-5.0

• 器件作用：将系统提供的输入电压转换为3.3V与5V，供各模块使用。

• 优选原因：线性稳压器简单可靠，适用于低功耗系统供电。

• 功能特点：

• 输出电压稳定

• 最大电流1A

• 封装小巧

三、电路框图设计

• 多路模拟信号接入CD4051，由STM32控制其选择端切换通道

• 输出到AD603进行增益放大（可调）

• 放大后的信号送入TSC2046进行模数转换

• STM32通过SPI读取TSC2046的数据，并进行处理与上报

四、软件架构设计

软件部分采用模块化设计，主要包括：

• SPI驱动（TSC2046数据读取）

• GPIO控制（CD4051通道切换、AD603增益设置）

• 模拟信号校准算法

• 数据滤波与异常值检测

• 通讯协议（串口/UART或CAN）

五、系统实现方案与优势分析

1. 系统扩展性强：通过模拟开关与多个TSC2046芯片的组合，系统可扩展至32路甚至更多通道采样；

2. 高精度采样：12位ADC精度，结合AD603可调增益，提高弱信号的采样分辨率；

3. 低成本实现：采用常规分立器件实现信号调理与采样，降低BOM成本；

4. 灵活性强：STM32控制灵活，支持实时数据处理与通信协议切换；

5. 低功耗设计：TSC2046支持低功耗模式，适合便携设备采集；

六、测试与验证

系统完成PCB设计与焊接后，分别对以下性能进行测试：

• 各通道采样精度

• AD603的增益线性测试

• 通道切换时间

• TSC2046稳定性与温漂测试

结果表明系统整体性能稳定，满足工业采集应用需求。

七、总结与展望

本文基于STM32F103VET6、AD603与TSC2046实现了一种结构清晰、采样精准、通道扩展灵活的多路电压采集系统，适用于工业、医疗及科研等多种场景。未来可通过以下方向进一步优化：

• 使用高速SPI Flash扩展数据缓存能力

• 引入DMA与RTOS优化数据处理效率

• 集成蓝牙/WiFi模块实现无线传输

这一设计方案为后续的信号采集系统提供了良好参考与技术储备。