STM32数字万用表 - 嘉立创EDA开源硬件平台

设计要求

设计并制作一款实用的数字显示万用表，可测量电压、电流、电阻等。

（1）可测量电压范围：直流0~30V，误差±1%；

（2）可测量电流范围：直流0~2A，误差±1%；

（3）可测量电阻范围：0Ω~100KΩ, 误差±1%；

（4）使用OLED显示，主控采用STM32系列单片机；

（5）供电电源采用+12V供电；

（6）可实现量程自动切换；

（7）其它发挥部分；

系统框图

硬件设计

1.电源电路

本电路采用两级LM1117 LDO芯片串联组成。第一级将输入电压转换为5V输出；第二级将5V电压转换为3.3V，从而满足系统各模块的供电需求。

2.电压检测电路

使用1片LM324运放，分别取3路构成放大器、衰减器、跟随器，以适用不同电压等级输入。运放输出接入CD4052模拟开关，用于量程切换。

3.电流检测电路

电流感应放大芯片使用max4080，其放大倍数为20倍。通过继电器选取不同采样电阻 实现量程切换功能。

4.电阻检测电路

通过电阻分压原理实现电阻测量，通过MOS管选择不同量程分压电阻。

5.其他电路

包含OLED显示屏接口（OLED采用中景园电子 1.91英寸显示屏）、矩阵键盘接口等。

软件设计

初始化配置采用STM32CubeMX工具进行。逻辑代码主要目的是实现量程切换电路的控制、按键状态读取、测量结果处理和送入OLED屏幕显示等。

准确度优化和测试

准确度优化方案：

1.使用高精度分压电阻：所有分压电阻选用0.1%精度采样电阻。

2.软件使能自校正：使用HAL库函数：

HAL_StatusTypeDef HAL_ADCEx_Calibration_Start(ADC_HandleTypeDef* hadc)

3.增大ADC周期数：本次设计在测量电压、电流、电阻时对实时性要求较低，因此可尽可能增大ADC周期数以提高测量精度，当前已设置为最大值（239.5Cycles）

4.软件滤波：设计采用滑动窗口滤波器，保证了滤波效果，也保证了实时性。

5. 线性拟合校正：通过记录设备读取值和标准万用表读取值，通过MatLab程序实现线性拟合。拟合实现相关系数为0.9999981的校正效果，精度进一步提高。

测试效果：

测试通过与UNI-T UT71C型号万用表进行比对，分别测量20次取平均值

三种模式测量平均误差统计

功能介绍和演示详见视频。提供stm32 axf烧录文件。