数字电压电流表

基于 立创·地文星CW32F030C8T6开发板 做的数字电压电流表。

本项目源自于立创开发板电压电流表训练营的产物，在功能和设计上做了一些简化。

 

一. 功能

 

只保留了两个功能，即：

1. 电压测量（0～30V）

2. 电流测量（0～3A）

在测量方式上，借鉴万用表的形式，即用正负表笔跨接在被测电路上。

 

二. 原理图设计

 

为了加速开发，本项目使用了立创·地文星开发板。于是核心的任务就成了如何使用MCU提供的ADC引脚进行电压的测量。主要的设计思路如下：

1. 由于开发板已经包括了完整的LDO电路，所以在原理图中，省略了该部分的电路。其好处是，大大减少了BOM表元器件的数量。带来的不便之处在于，在测量时，必须给开发板供电。由于本项目的核心诉求是电压电流的测量，而非外围电路的设计，因此选择了省略。

2. 在外部接口设计上，同样采用了简约的原则，只保留了两个表笔插座和一个滑动开关。之所以这样设计，是基于我想做一个简单的工具，而简单的工具，通常具有简洁的设计，以方便使用。

 

整个原理图包括以下几个部分：

1. 开发板接口部分：通过两条20孔的排母座，接入立创·地文星开发板。从开发板的3.3V口获取采样电路钳位所要用到的电压。

2. 电压电流采用部分：本部分采用了与训练营一致的元器件，目的是考察CW32F030这颗MCU原生的ADC采样精度。电压与电流通过SW1这个滑动开关进行切换。这样做的好处是可以节省一块数码管。

电压的测量通过电阻分压的方式进行，根据测量的量程设计合适的分压比。并且通过二极管（1N4148）钳位机制，将进入MCU引脚的电压控制在一个安全的范围内。

在两路电压测量值的选择上（由程序控制），当测量所得结果大于3V时，选择ADC_IN1引脚的数值。若小于等于3V，则自动选择ADC_IN2引脚的结果进行显示，以提高测量精度。

本设计采用的钳位电压为开发板提供的3.3V电压，1N4148的压降通常为1V，理论上进入MCU引脚的电流应该在4.3V以下。查阅CW32F030的数据手册，IO口的最大电压为Vdd+0.3V，约为6.3V左右。（如果要复刻，并进行高电压的测量，请确保ADC_IN2点的最高电压不要超过6V，否则可能会击穿MCU的引脚）。

 

电流采样电阻的选择了与训练营一致的100mΩ、1W封装的规格。从实际电流测量的结果来看，该部分可优化的余地较大。比如可以选择更专业的采样电阻、使用放大电路等等。

 

3. LED数码管部分：用于显示测量得到的电压或电流值。MCU的GPIO口直接连接数码管，通过控制GPIO口的高低电平，显示不同的数字。

 

三. PCB设计

 

由于电路较为简单，PCB布线没什么难度。需要注意的是，电流采样电路需要考虑3A电流的通过性。另外，采样电路用到的器件也可以选择合适的贴片类器件，进一步提升布局的美观性。

 

四. 代码

 

用户代码逻辑如下：

1. 对开发板时钟进行初始化（board.c）。

2. 对LED数码管进行配置（display.c）。

3. 对采集IO口进行配置（measure.c）。

4. 定时器配置，并完善中断处理函数的逻辑（interrupts.c）：每隔1ms处理一次3个采集口获取到的数据。切换到电压测量电路时，ADC_IN1和ADC_IN2口有值，若ADC_IN1口的电压大于3，则用该数值进行显示。否则就用ADC_IN2口的数据。当切换到电流测量电路时，理论上ADC_IN1和ADC_IN2的读数应该为0，此时判断是进行电路测量，使用ADC_IN3口的数据进行显示。

 

五. 物料

 

本项目的器件均来自于立创商城，除了以下几件：

1. 万用表笔

2. 万用表笔插座

 

六. 装配说明

 

1. 买到的万用表笔插座整体较高，为尽量降低本项目外壳的高度（目前设计为25mm），需要将插座底部的螺钉截短（我是用锯条锯的）。如果要复刻，可以找找有没有更短小的插座。

2. 表笔插座上引出线，通过接插件连接到CN1针座上。

3. 通过4个M2螺钉，固定住上壳。如果要复刻，请考虑PCB板的固定（可以在下壳四个角上增加筋板，并配合上壳的4个螺柱压紧PCB），另外需要预先为上壳的螺钉柱攻丝或预埋螺母。