郁文君 李文学 张 恒

（中科芯集成电路有限公司）

随着半导体技术的发展，芯片集成度越来越高，尺寸越来越小，电子设备的设计也随之具备了高性能、低功耗和便携的特点。

为了满足信息化时代工控系统对高精度数据采集系统的通用性、通信实时性、系统可靠性和微型化的需求，提出一种微型化通用数据采集控制模块的设计方案。 控制模块是整个系统的核心， 但目前国内市场上很少有成熟的设计方案，并且存在兼容性差、 选型困难及开发困难等问题；FPGA和ARM处理器广泛应用于工业控制、医疗设备、航空航天等领域，芯片拥有成熟的BGA封装形式，使得应用中可以将设备设计得更加小巧［1］。 控制模块集成了EMMC，用于信号数据存储，便于在断电后重启设备的情况下能够获取历史采样数据，实现信号的实时处理或离线处理模式， 此外控制模块还集成了丰富的总线接口，包括以太网和USB接口，用于实现数据的高速传输，CAN、RS232、RS422及RS485总线接口用于特定总线类型的数据传输。

1 硬件设计

1.1 电源

控制模块支持外部5 V主电源输入。STM32及外围电路电源电压3.3 V， 由电源管理芯片MP2143提供，输入电压2.5～5.5 V，最大输出电流3 A。 FPGA内核电源电压VCCINT_1.2V以及锁相环数字电源电压VCCD_PLL_1.2V由电源管理芯片MP2143提供，中间通过磁珠隔离。 锁相环模拟电源电压VCCA_2.5V由SPX3819M5-L提供， 最大输出电流500 mA。端口电源电压3.3 V与STM32电源共用［2］。 电源模块架构如图1所示。

图1 电源模块架构

1.2 STM32处理器

本系统采用STM32F407IGH6作为核心处理器，该处理器集成ARM CortexTM-M4 32位的RISC内核，最大工作频率168 MHz，使用通用接口GPIO、通用同步/异步串行接口USART、CAN总线控制器接口、USB高速外设接口、 以太网控制器接口、SDIO接口以及灵活的静态存储控制器接口FSMC。……