基于CW32的数字电压电流表

CW32电压电流表-学习笔记

目录

一、硬件设计

二、软件设计

三、实物图展示

一、硬件设计部分

1.原理图设计

1.1 LDO电路设计分析

图1.1 电源输入图

电解电容要放在陶瓷电容前面，电解电容用来过滤低频干扰，陶瓷电容用来过滤高频干扰。原因：电解电容先过滤低频干扰可以让电路有一个稳定直流电压。

先电解电容（过滤低频干扰信号）→ 再 陶瓷电容（过滤高频干扰信号）

图1.1电源输入图中，VP指的是电压的正电压的意思，所以通过这个原理图1.1来分析这里的二极管（D4）是反接的状态。

拓展：

VP是电压的正电压点的意思

VF是顺向电压，属于LED灯中常有的名词。

这里的GND都是单点接地，单点接地的作用是：简化电路、减少噪声干扰，提高系统的稳定性。

 

1.2 MCU（microcontroller unit 微型控制单元）选型

使用MCU：立创·地文星CW32030C8T6核心板

 

 

1.3 电压采样电路

图1.3.1 电压采集电路

使用CW32设计此项目最高可以采集到100V的电压，但是本项目的设计的采集电压在0-30V之间。

常见电阻大小：（也可以是？kΩ）

电阻：10Ω、50Ω、100Ω、220Ω、470Ω、1kΩ

钳位二极管（D1）：通过限制电压的幅度来保护电路，避免信号过大或过小导致的损坏或故障。

正向钳位电路：当二极管的正极接地时，为正向钳位电路。

负向钳位电路：当二极管的负极接地时，为负向钳位电路。

图1.3.2 模拟电压测量电路和电压测量接线端口电路

模拟电压测量电路：是用于模拟外围电路，调节滑动变阻器（RP1）来测量模拟电压。使用该电路时来模拟外围的待测电路需要短接JP1（用接线帽即可完成连接）。不使用的话一定要断开JP1

电压测量接线端口电路：用来外接万用表用的，来校准本项目的电压电流表使用的，T_V接万用表的红表笔，TGND用来接黑表笔。

1.4电流采样电路

图1.4.1电流采样电路

R0作用：本项目使用的3A的采集电流，所以3A*0.1Ω=0.3V，约是900mw，所以使用R0是1W功率的电阻。

R9的作用：R9目的是保护ADC端口的和滤波的作用，R9配合C6可以组合成一个RC电路，可以变成一个低通滤波器，是得电路信号波形更加精确。

在PCB进行Layout也需要特别注意，虽然I-网络与GND网络在电气上为同一网络，但是需要注意的是I-会有大电流通过，属于“功率地”，即使该点已经接地也会因为电流的波动造成网络电平变化，因此我们可以将该网络视为一个“干扰源”；而GND网络为表头电源负极，即“信号地”，同时，由于单片机的AGND与表头GND并未进行隔离，那此时可以将表头GND视为“敏感地”，因此需要避免被干扰。

注意：在电路设计中，切勿将所有的GND笼统的连接在一起。这也是在设计该项目时，并未铺铜的原因。

设计CN1和CN2的原因：当项目中需要串联进万用表等设备进行对比验证时，需要同时用CN2的1脚（红线-电流in）和CN1的2脚（黑线-电流OUT）。

正常情况接CN1就行。

图1.4.2 模拟电流测量校准电路和电流接线端口电路

使用此功能时，请不要焊接R0采样电阻。不使用此功能，请断开JP2。

电流采样的实质，是采集采样电阻流过电流时电阻两端的电压降，即采集电压值。该电路使用RP2提供了一个在0~0.238V(5V÷210K*10K)范围内的电压值，经由I﹢网络，接入到芯片用于电流采样的引脚上。

在实际使用时，I﹢处的电压，模拟成了不焊的那个100mΩ采样电阻的电压降，此时，模拟测得的电流值I测＝该电压值Vi+（0.238V）÷ 100mΩ 也正巧等于测得电压数值乘以10。即，提供了模拟出0~2.38A的电流测量。

将万用表或高精度台式数字万用表调至电压测量端口，量程3V以内。将其表笔探头，黑色负极插入电压测量端子旁的T_GND接口，红色正极表笔插入电流测量的 TI+ 端口，即可测量I﹢的实际电压值。由此可见，该电路可以除了可以完成上述设计任务，也可以直观通过测试体验到MCU的ADC外设的精度。可以自行编写程序进行验证。

1.5数码管显示电路

图 1.5.1 数码管显示电路

图 1.5.2 数码管（共阴极）原理

本项目采用的是共阴极数码管，原理就是给a-f需要的段选区域赋值为高电平，即可点亮数码管相应位置的灯，通过显示不同段的灯来显示一个数字。采用共阳极的话原理也差不多，这里不在做过多的阐述。

在本项目中，数码管的限流电阻（R1~R6）被配置为300Ω，对应的亮度无论是红色还是蓝色数码管，均具有较好的识别度，且亮度柔和不刺眼。

严格来讲，限流电阻应该加在段上，加在位上，会影响显示效果。我们实际设计加在位上，省几个电阻，但对显示影响并不突出。所以还是加在位上，图个方便。

根据设计，所需驱动电流即为IO口高电平电压3.3V÷300Ω≈11mA。因此如图1.5.3所示可以看到CW32可以输入和输出的电流符合数码管所需的要求。

图1.5.3 CW32的IO口引脚可输出和输入电流能力

1.6LED指示灯电路

图1.6.1 指示灯电路

本项目采用白发白的LED（即白色或透明外壳发着白光的灯）（LED1）,另一个是红发红LED（LD_PWR）。

1.7按键电路

图1.7 按键控制电路

按键控制电路有多种设计方式，得益于CW32的I/O口内部可以配置上下拉电阻，在芯片外围的按键控制电路则无需配置（节省了硬件配置电阻的麻烦，节约成本）。按键一端接入MCU的I/O上，另一端接地。按键按下，I/O被拉低。

1.8电压测量校准电路-TL431

图1.8 TL431的电压测量的校准电路

图1.8.2 TL431的数据手册图

使用TL431的目的是保证我们要用的Vef电压要保持在2.5V中，当电压如果大于2.5V时，这时这个三极管就会发挥作用，将这个电压压到2.5V的位置，如果低于这个值或等于这个值，那么这个TL431就不工作，综上，这个TL431的作用就是校准电压，保证电压的稳定性。

二、软件设计部分

软件部分的代码使用keil5软件实现，烧录器用的ST-Link，代码主要是嘉立创训练营官方提供的代码，这里不做描述，有需要的可以去参考嘉立创EDA训练营的相关文档查看。

三、实物图展示

在下方附件可以进行查看

 

 

 

最后，感谢嘉立创EDA提供本次训练营的教学！

支持嘉立创EDA！