电力信号采样方式有以下两种方式：

（ 1 ）直流采样：将采集的交流信号不间断的转换成直流信号且与原始信号

保持线性关系，并转换成离散的数字信号。在此过程具有整流和滤波的功能，使

得直流采样具备了很强的抗干扰能力。但实时性不强且对原始信号无法直观观察。

（ 2 ）交流采样 [47] ：使用互感器对原始交流信号进行采集，并对互感器副边

的交流信号进行采样。优点是采样的信号是与原始信号的频率相同、幅值具有一

定的比例关系的交流信号，具有实时性强且客观的反映出原始信号的波形。

本设计采用的是交流采样的方式对电力信号进行采集，此种方法可以保留原

始信号的波形相位等信息且失真较小。

3.6ARM 控制系统设计

ARM 为本系统的控制核心，负责整个系统的协调工作，完成与 FPGA 的数

据传输以及数据存储等。ARM 模块结构框图如图 3-16 所示。

3.5.1 FSMC 接口模块

FSMC 全称为可变静态存储控制器，是 ARM 内嵌的高性能、可靠性的存储

器控制器。该控制器能够连接多种类型的静态存储器，如 SRAM、NOR Flash、

PSRAM 等，并提供高速数据传输和灵活的访问方式，以满足各种嵌入式系统的

需求。FSMC 支持多种数据总线宽度和存储器大小，同时具有多种访问模式和时

序控制功能，以适应不同类型的存储器和应用场景。相对于 EMI 控制器，FSMC

在连接大容量存储器、支持更多的存储器类型、提供更丰富的控制功能和更高的

性能方面更有优势。与 FMC 相比，FSMC 提供更高的数据传输速度和更灵活的

存储器配置方式，同时还具有更高的可靠性和稳定性[54]。因此，本设计采用 FSMC

总线实现 FPGA 与 ARM 的数据通信与传输。

FSMC 将外部静态存储器划分为四个容量相同为 64M 的存储区域，本设计

使用 Bank1 中的 NOR 控制器管理内存。FSMC 存储区域，如图 3-17 所示。

如上图所示，FPGA 与 ARM 通过 FSMC 通信总线连接，通过控制该区域中

FSMC_NE1 的片选信号状态来控制双核的通信以及数据传输；FSMC_NOE 和

FSMC_NEW 是读写控制信号，FSMC_NBL[0：1] 是用于 FPGA 向 STM32 发送

请求中断信号。

3.5.2 数据通信与存储模块

STM32 中 UART 串口仅支持传统的串口通信协议，如 RS-232 或 RS-485 协

议，因此无法直接与上位机进行通信,为实现 STM32 与上位机的通信和控制，需

使用 USB 转串口电路将 UART 串口信号转换为 USB 信号进行传输。USB 转串

口原理图如图 3-19 所示。