电压表和电流表制作

一、设计背景​

  本次设计是参加立创活动而进行学习设计的。
       其中最主要使用到的是ADC采集。ADC（Analog-to-Digital Converter，即模拟-数字转换器)是电子系统中不可或缺的关键组件，它将连续的模拟信号转换为数字信号，为数字处理和分析提供了可能。ADC在信号转换、测量与数据采集、控制系统输入以及通信与信号处理等方面发挥着重要作用，其广泛的应用促进了各行业电子设备的智能化和精确控制，是推动现代科技进步的关键因素之一。

  数字电压电流表结合了ADC的技术与电路测量原理，能够精确地将模拟的电压电流信号转换为数字显示，便于电子工程师直观读取和分析。这种设备不仅提高了电路测量的准确性和效率，还帮助工程师更好地理解电路行为，是进行电子设计和故障排查的得力助手，对电子工程师的工作具有重要的辅助作用。在产品应用上，数字电压电流表确保了电路设计的准确性和安全性，同时也为产品的质量控制和后期维护提供了有力支持。

二、设计过程中学习到的知识

1、如何进行芯片选型：芯片选型是根据产品需求进行选择的。首先我们要确认我们需要的引脚个数，需要的SPI、IIC、USART、ADC可复用引脚个数。接着考虑工作电压与产品的电压和性价比等角度去选择合适的芯片。
      这次根据产品的需要，发现CW32的主控芯片在从多芯片中更为适合，其具有明显的优势：

• 宽工作温度：-40~105℃的温度范围
• 宽工作电压：1.65V~5.5V （STM32仅支持3.3V系统）
• 超强抗干扰：HBM ESD 8KV 全部ESD可靠性达到国际标准最高等级（STM32 ESD2KV）
• 本项目重点-更好的ADC：12位高速ADC 可达到±1.0LSB INL 11.3ENOB 多种Vref参考电压... ...（STM32仅支持VDD=Vref）
• 稳定可靠的eFLASH工艺。（Flash0等待）

2、在电路中有防止反接的保护，对于反接保护电路来说，有串联二极管和反向并联二极管+保险丝。不过串联二极管的缺点是会有压降。对于硅材料的二极管有0.7V的压降，对于锗材料的二极管压降只要0.15V。所以我们常用的防止反接电路为反向并联二极管+保险丝。

3、在电压测量那里也增加了牵位二极管。防止击穿芯片的引脚。当测量电压太大时，导致分压之后还大于5.7V时，会导通二极管，二极管会限制两端电压，起到保护单片机引脚目的。注意：二极管是两端大于一定压差就可以导通，并不需要另外一端一定为地。

因为二极管的压差是一定的，所以当高电压过来时，另外一端为5V那么其电压会被牵制在5.7V左右。

钳位在电路中是指限制电压的意思，而二极管钳位特指利用二极管将电路中的某点电位进行限制的技术。

二极管钳位主要利用了二极管的单向导电性。当二极管的正极电压大于负极电压并且导通后，二极管两端的电压被限制在其管压降上。

钳位过程：通过二极管的钳位作用，将被钳位的电位强制拉向参考端，从而实现电位的限制。钳位并不改变原信号的波形，只是抬高或降低了信号的基准电位。

根据二极管连接方式的不同，钳位电路可分为正向钳位电路和负向钳位电路。本项目仅设计了正向钳位。（正极材料）

• 正向钳位电路：当二极管的正极接地时，为正向钳位电路。在正半周时，二极管截止；在负半周时，二极管导通，电容被充电至一定电压，使输出电压限制在一定范围内。
• 负向钳位电路：当二极管的负极接地时，为负向钳位电路。工作原理与正向钳位电路相反。

4、在写代码的时候遇到一定的麻烦，比如数码管显示不正常，为什么呢？因为没有每次显示完一位之后关掉对应的位。导致下次进去的时候，修改显示数值对上一个位有影响。所以每次显示一个位数码管的值之后要全部位都关闭再重新开始进行段选和位选。

三、电压检测的电阻阻值设计

ADC检测的基准电压可以选择，设计时选择的是1.5V的电压值。如何选择合理的电阻值呢？
以3V的为例：
当ADC检测满时，最多外部电压为1.5V。可是需要检测3V，那么我们需要进行分压处理，即外部电压为3V时，ADC检测的电压为1.5V。那么通过计算3/（R15+R16）* R16=1.5,可知R16/（R15+R16）=1/2即R16的电阻值占总电阻值的一半。由于主要是对电压进行测试，所以尽量选择大电阻让电流小一些，防止烧坏引脚。所以选择的是电阻阻值为10K。

那么可能会有人说测量30V的电阻值不对，按道理应该是R7/（R8+R7）=1/20的电阻比例。这个是因为标准电阻值很少有200K的，所以选择一个相近的。

四、电流检测选择的电阻阻值设计

本项目设计的采样电流为3A，选择的采样电阻（R0）为100mΩ

采样选型主要需要参考以下几个方面：

1. 预设计测量电流的最大值，本项目中为3A
2. 检流电阻带来的压差，一般不建议超过0.5V
3. 检流电阻的功耗，应当根据该参数选择合适的封装，本项目考虑到大电流时的功耗（温度）问题，选择了1W封装的金属绕线电阻
4. 检流电阻上电压的放大倍数：本项目中没有使用运放搭建放大电路，因此倍率为1

五、产品展示