基于STM32的多路电压测量设计方案涉及到多个电压信号的采集、处理和输出，系统设计需要选用合适的STM32主控芯片及外围元件来实现。以下为详细的设计方案，包括主控芯片型号选择、主要功能模块设计以及具体的实现过程。

1. 系统需求分析

在多路电压测量系统中，核心需求包括以下几点：

1. 多通道输入：能够采集多达10路以上的电压信号。

2. 高精度：电压测量精度达到mV级，适用于精密的电压监测。

3. 实时性：能够快速响应并处理多个电压输入信号。

4. 数据存储与通信：能够通过串口、USB或无线方式传输数据。

2. 方案设计总体框架

本系统基于STM32微控制器，利用其内置的模数转换器（ADC）模块完成多路电压信号的采集。同时，系统通过模拟开关扩展通道，实现多路输入信号采集。此外，利用STM32的DMA功能实现数据的高速传输，并通过LCD或PC界面显示测量数据。

3. 主控芯片选择及作用

STM32系列微控制器具有丰富的外设资源、较高的性价比和出色的ADC性能。以下为适用于本方案的几款常用STM32主控芯片的型号及其特点：

3.1 STM32F103系列

• 型号：STM32F103C8T6、STM32F103RCT6、STM32F103ZET6

• 主要参数：72 MHz主频，内置12位ADC（最多16个通道），支持DMA功能。

• 优势：该系列芯片性价比高，ADC性能良好，适合实现基本的多路电压采集应用。

• 应用：可以作为基本的多路电压采集处理核心。

3.2 STM32F407系列

• 型号：STM32F407VGT6、STM32F407ZGT6

• 主要参数：168 MHz主频，内置12位ADC（多达24个通道），支持DMA。

• 优势：该系列芯片运算性能强大，适合复杂的实时数据处理任务，具有较高的采样速度。

• 应用：适用于对多路电压信号要求较高的场合，特别是采样速率较高的需求。

3.3 STM32L476系列

• 型号：STM32L476RGT6

• 主要参数：80 MHz主频，12位ADC（多达24个通道），低功耗设计。

• 优势：功耗低，适合低功耗要求的应用场合；拥有多通道ADC，适合电池供电的电压测量系统。

• 应用：适用于需要长时间运行和功耗敏感的电压测量系统。

3.4 STM32H743系列

• 型号：STM32H743VIT6、STM32H743ZIT6

• 主要参数：400 MHz主频，内置14位高精度ADC，支持DMA。

• 优势：高主频和高分辨率ADC，适合精度要求高的多路电压测量应用。

• 应用：适用于高精度、高速采集的电压测量系统。

4. 系统设计

4.1 电压采集电路设计

为了能够同时采集多路电压信号，通常采用多路模拟开关扩展ADC输入通道，或直接使用具有多ADC通道的MCU。每个输入通道通过一个电阻分压电路和RC滤波电路，以防止高频干扰。

4.1.1 模拟开关电路

• 选用CD4051或CD4067作为模拟开关，用于选择不同的电压通道。模拟开关输出连接到ADC输入，通过控制开关状态选择通道。

• 模拟开关通道数可根据需求配置（如8路、16路等），可扩展ADC输入。

4.1.2 分压电阻及滤波电容

• 电阻分压电路：选择合适的分压比，使输入电压落在ADC输入范围内。根据系统的精度需求选择电阻值。

• RC滤波电路：一般选取10kΩ的电阻和0.1μF的电容进行滤波，避免高频干扰。

4.2 ADC采样电路设计

ADC采样部分是整个电压测量系统的核心。采用STM32内置的12位或14位ADC模块进行电压采样。利用DMA（Direct Memory Access）技术，可以在不占用CPU资源的情况下，快速传输ADC采集的数据。

4.2.1 ADC配置

• 采样分辨率：选择STM32自带的12位或14位ADC，分辨率越高，测量精度越高。

• 采样速率：根据需求选择适当的采样速率。STM32F407的ADC可以配置为最大采样率1 Msps，适合高实时性需求。

• DMA配置：使用DMA通道将ADC采样数据直接传输到存储区域，提高数据采集效率。

4.3 数据处理与显示模块设计

处理采集的电压数据，STM32微控制器可以将数据进行计算处理，并通过串口、液晶显示屏、LED等形式实时输出。

4.3.1 数据处理

• 使用DMA存储的数据，通过STM32进行平均滤波、噪声抑制等处理，提高测量稳定性。

• 可通过公式对电压数据进行标定，转化为实际电压值。

4.3.2 数据显示

• 串口输出：通过USART串口，将数据传输到PC端，以便进一步处理和显示。

• LCD显示：采用1602或TFT LCD模块，显示每个通道的电压数值。

• LED显示：通过不同颜色的LED指示通道的电压范围（如低电压/正常/高电压）。

4.4 电源管理

系统需要稳定的电源供应，以保证ADC采样的精度。一般采用线性稳压器（如LM317）为模拟电路供电，提供较低的噪声电压。

5. 系统软件设计

软件设计主要包括以下几个部分：ADC采集程序、数据处理程序、通信程序和显示程序。

5.1 ADC采集程序

• 配置ADC模块的采样速率、分辨率、通道。

• 配置DMA，在特定的采样时间间隔内自动采集电压值并存储到指定的内存区域。

5.2 数据处理程序

• 对ADC采集的数据进行平均滤波，消除尖峰噪声。

• 进行多通道数据的标定，根据分压比计算实际电压值。

5.3 通信程序

• 通过UART或USB接口将测量数据发送至PC端。

• 采用MODBUS或自定义协议进行通信，便于外部设备的读取和显示。

5.4 显示程序

• 通过LCD或串口将每个通道的电压值进行显示，更新频率为500 ms到1 s。

• 使用状态灯指示电压的正常、超标或低于阈值的情况。

6. 系统调试与优化

6.1 硬件调试

1. 通道校准：对每个通道进行电压校准，确保输入电压与测量值一致。

2. 滤波效果优化：调整RC滤波器的电阻电容值，确保能够有效抑制高频干扰。

6.2 软件调试

1. ADC校准：STM32的ADC内部可能存在微小误差，可以进行内部校准。

2. DMA调试：确保DMA能够准确地将ADC数据传输到指定内存。

3. 滤波算法优化：根据实际需求选择合适的滤波算法，平衡实时性和稳定性。