本项目参加了由CW32生态社区与立创开发板组织的电压电流表训练营活动转发已征得原作者大道至简同意。本项目所有资料已经开源适合新手小白复刻学习。https://oshwhub.com/zk272761180/learning-gewenxing-cw32f030c8t6-产品展示视频https://www.bilibili.com/video/BV1T8W4erEXn/#reply112995304803317读前说明2024.11.24 更新说明本项目已于9月10日优化完成最终软件版本为V3.0后续将不再更新。一、功能说明1.1 产品功能应用功能支持0-30V电压测量显示精度0.1V/0.01V支持0-3V自动换档测量显示精度0.01V支持0-3A电流ADC测量显示精度0.01A可实时检测被测电路的电压和电流值可同时检测被测电路的电压和电流值。学习功能使用CW32开发板开发有助于学习CW32开发板有关电路原理、ADC功能、定时器及中断等功能有助于学习KEIL MDK开发环境内设模拟检测电压和电流电路在无其它外设情况下实现学习电压和电流测量原理内设模拟标定功能在无其它外设情况下实现该产品开发时的调试工作。安全功能具有电路保护功能保护MCU、防反接、接口防呆。1.2 使用说明1. 普通检测电压测量接线使用CH1端子接入被测电路其中黄线接正极黑线接负极当被测电压小于5V时通过DC或者VP红色线接入供电电源外接电压表验证时表笔接入CH1两端的橡胶座其中红表笔接入黄色座黑表笔接入黑色座红色数码管显示值为当前被测电路电压值。电流测量接线使用CN1端子接入被测电路其中黄线接正极黑线接负极外接电流表验证时CN2端子1号口红色接正极红色香蕉座接电流表红表笔右侧黄色香蕉座接电流表黑表笔CN1端子黑色接负极。蓝色数码管显示值为当前被测电路电流值。2. 标定校准【2024.9.10 更新】电压标定调整为模式1-模式3 1. 模式1标定3V电压红色数码管显示【V.03】蓝色数码管显示当前电压值 2. 模式2标定8V电压红色数码管显示【V.08】蓝色数码管显示当前电压值; 3. 模式3标定15V电压红色数码管显示【V.15】蓝色数码管显示当前电压值。电流标定调整为模式4-模式6 1. 模式4标定0.5A电流红色数码管显示【A.0.5】蓝色数码管显示当前电流值 2. 模式5标定1A电流红色数码管显示【A.1.0】蓝色数码管显示当前电流值 3. 模式6标定2A电流红色数码管显示【A.2.0】蓝色数码管显示当前电流值。电压标定接线按照接入电压表的电压测量接线。输入电压调整到3V万用表显示3V按下【模式】按键直到红色数码管显示【V.03】蓝色数码管显示标定前电压值按下【标定】按键完成5V标定其余类推。电流标定接线按照接入电流表的电流测量接线。输入电流调整到0.5A万用表显示500mA按下【模式】按键直到红色数码管显示【A.0.5】蓝色数码管显示标定前电流值按下【标定】按键完成0.5A标定其他类推。注意不使用板载标定功能时无需短接JP同时焊接R0。1.3 开发工具立创·地文星CW32开发板万用表焊接及其辅助设备元器件均可购自立创商城与设备配套的外接端子、线、香蕉座等需要自购程序下载和烧录设备。二、硬件设计前言产品实现分为6个主要部分即电源电路、电压及电流采样电路、电压电流模拟采样及标定电路选配、数码管显示电路、按键及LED指示电路、外设接口电路。2.1 原理图说明2.1.1 电源电路要点说明电源输入设置2处通过DC接口或VP接入供电LDO选型要求接入电压足够大本电压表多用于24V-36V供电工业场景中散热能力好5V输出实测3V3不足以给数码管和开发板供电、成本低故选择SE8550K2滤波电路电容设计遵循先大后小原则先是电解电容滤除低频波再用陶瓷电容滤除高频波电路保护肖特基二极管1N5189低压降0.2V以内防反接串联10欧电阻过流和短路保护。2.1.2 电压采样电路原理说明依据串联分压原理以30V DC为例CW32的ADC 1.5V为基准参考电压时要确保设计最大量程为30V通过计算获得分压比电阻选择常用阻止同时留有测压余量选择10K和220K搭配实际量程约34V左右同理0-3V电路1:1分压比选择10K。要点说明电路保护使用钳位二极管1N4148保护MCU引脚换挡检测电压采样设置0-3V和0-30V两档当电压在3V以内时可进一步提高测量精度。2.1.3 电流采样电路原理说明电流检测本质还是电压检测。设计电流为0-3A需将采样电路串联入被测电路通过ADC测得小电阻R0处的压降再和R0阻值本身计算可得电路电流。要点说明采样电阻选型一是要求不产生大压降以降低对被测电路的干扰二是要求选择合适封装降低功耗和温度。因此选取R0阻值为100毫欧功率为1W电路保护ADC处串联1K电阻限流保护引脚使用钳位二极管1N4148保护MCU引脚串联电阻和接入电容起到滤波作用有利于模数转换更精确。2.1.4 模拟采样及标定电路1. 模拟电压测量及标定要点说明将VP接入供电时滑动变阻器RP1即可模拟出0-VP大小的电压使用TL431电路提供2.5V基准电压用于给MCU校准AD外部电压。参考CW32技术手册发现其ADC性能可以不使用该电路校准仍可有较好的准确度外接电源后短接JP1实现模拟测量功能。2. 模拟电流测量及标定要点说明同样依据串联分压原理当I处被测电流为3A时该处电压为300mV因此模拟电路中RP2最大压降应为300mV。依据串联分压原理算得电阻阻值之比实际上为保证量程RP2分的电压要更小即R17阻值要更大参考常用阻值定为R17200KRP210K实际最大模拟阻值约为238mV即接入I的电压在0-2.38A范围内。模拟测量本质还是测量I接入的电压大小因此原测量电路变成了使用ADC测量RP滑动电压值所以要断开R0电路连接。外接电源后不焊接R0同时短接JP2实现模拟测量功能。2.1.5 其他电路其它电路原理简单此处只说要点原理不再赘述。1. 数码管显示电路要点说明使用共阴极数码管依据MCU IO口高电平拉电流/灌电流能力选择合适数码管参数。2. 按键及LED指示电路要点说明使用3个按键切换功能两个LED指示电源接入和工作状态MCU的电流灌入能力大于拉电流能力故LED设计为低电平有效。3. 外设接口电路要点说明外设接入分2部分一是检测接线端子二是万用表表笔插入点香蕉座电压接线增加一路VP当工作电压小于5V时需外接电路电流接线设置2路端子分别用于普通测量和接入电流表验证测量万用表笔插入口选取2mm香蕉座子设计原理图时在元件库过滤个人封装图或者自己画。2.2 layout注意事项1. 线宽要求电源线尽可能走宽在20-60mil普通信号线10milADC信号线在8mil或10mil地线考虑局部铺铜和大线宽同时减小地线长度。2. 地线要求本PCB不设计整版铺铜使用组内串联、组间并联的单点接地方式并联总地线局部加宽填充保证接地点的同一电位注意I-处功率地和测量电路的信号地分隔。3. 采样电阻R0接法利用开尔文接法消除线路电阻和接触电阻对测量结果的影响。2.3 PCB焊接注意事项部分直插电容、肖特基二极管、LED有正负极要细心参考产品说明准确分辨正负极数码管耐温能力较低注意电烙铁高温不要触碰其他想起来再补充...焊接完成图产品硬件完成图