4-20mA/0-10V信号发生器

AOMaster 便携式模拟量输出控制器

快速入口

入口	链接
GitHub 开源资料	https://github.com/txp666/AOMaster
3D 模型下载	MakerWorld AOMaster 3D 打印模型
网页上位机	https://modusignal.cn/

项目简介

AOMaster 是基于 CH32V003F4U6 + GP8630 的便携式模拟量输出控制器，面向工程调试、设备输入验证、教学演示和二次开发。设备支持 0-10 V 电压输出、4-20 mA 电流输出（两线制：24V环路电压）、OLED 本地读数、旋转编码器调节、Flash 参数保存，以及 USART1 / Modbus RTU 网页上位机控制。

这个项目的目标是做一个随手可用的小型模拟量信号源：现场调试时可以直接给 PLC、仪表、采集卡或传感器输入链路提供稳定电压/电流，也可以通过网页上位机配置波形、观察回读曲线和导出数据。

核心功能

功能	说明
电压输出	0-10 V 电压输出，最大 0-12 V
电流输出	4-20 mA 电流输出，最大 0-24 mA
本地显示	OLED 显示当前模式、输出值、步进档位、电池/状态信息
本地调节	旋转编码器调节输出值，短按切换步进档位，长按进入菜单
波形输出	支持恒定、阶跃、斜坡、方波、三角波、正弦波
参数保存	输出模式和关键参数写入 Flash，上电恢复上次状态
上位机控制	USART1 / Modbus RTU，支持寄存器写入、轮询回读和曲线监测
低功耗空闲	主循环空闲时进入 WFI，由定时器、编码器或串口中断唤醒

硬件组成

模块	型号/接口	作用
主控 MCU	CH32V003F4U6	RISC-V 内核，负责 UI、波形、Modbus 和外设调度
模拟输出芯片	GP8630B	生成模拟量输出，覆盖电压/电流调试场景
OLED 显示	SSD1306，I2C	显示当前输出模式、数值、菜单和状态
旋转编码器	SIQ-02FVS3	本地调节输出值和菜单选择
USB 串口	CH340N	Type-C 连接电脑，提供上位机串口通信
蜂鸣器	PC0 控制	旋转和按键声音反馈
外壳	3D 打印结构件	便携封装，模型见 MakerWorld

整机功耗

500R负载 12V输出	500R负载 24mA输出	空载

<160mA	<160mA	<10mA

输出纹波 / 噪声测试

AC 耦合，10× 探头，时间基准为 20 µs/div，采样率为 500 MS/s，并开启 DSP/20M带宽限制。

输出：5 V / 12 mA 1.2 倍超量程模式：0-12V / 0-24mA
负载：500R
测量位置：负载两端
耦合方式：AC
探头倍率：10×
带宽限制：已开启

5V输出

峰峰值范围约为 28.9 mVpp ~ 262.1 mVpp，平均值约为 97.31 mVpp

测试条件：

12mA输出

峰峰值范围约为 31.33 mVpp ~ 179.8 mVpp，平均值约为 104.9 mVpp

整体纹波表现满足普通 PLC/仪表模拟量输入调试需求，但输出端仍存在一定开关电源尖峰和高频噪声；该设备定位为便携式模拟量信号源，不建议作为高精度低噪声校准源使用。
可优化PCBLayout分割模拟数字地和增大开关电源输出电容尝试减小纹波。

软件结构

目录	内容
`User/main.c`	程序入口，初始化系统并进入主循环
`User/Sys/`	系统层：时基、调度、日志、电源空闲
`User/Bsp/`	板级支持：I2C、编码器、蜂鸣器
`User/Drv/`	芯片驱动：SSD1306、GP8630
`User/App/`	应用层：状态机、UI、设置保存、信号输出、Modbus 协议
`docs/images/`	系统概览、硬件模块、上位机连接和轮询流程图

主循环结构：

main
  -&gt; System_Init()
  -&gt; App_Begin()
  -&gt; while(1)
       System_Update()
       App_Update()
       App_SerialPoll()
       Power_Idle()

本地操作

操作	作用
旋转编码器	增减当前输出值，或在菜单中移动光标
短按编码器	切换步进档位，或确认菜单项
长按编码器	进入菜单，或返回上一级

主菜单包含：

菜单项	功能
`Output Mode`	选择 0-10 V 电压模式或 4-20 mA 电流模式
`Signal Gen`	配置本地信号发生器，选择波形、低值、高值和周期
`Calibrate`	进入 0/10 V 或 4/20 mA 两点校准流程
`Brightness`	调整 OLED 亮度
`Status`	查看 GP8630 状态、I2C 地址和错误计数

网页上位机

使用 Type-C 数据线连接电脑和 AOMaster。
在 Chrome / Edge 中打开 modusignal 上位机。
选择 AOMaster，传输方式选择 Serial。
串口参数保持默认：115200 8N1。
连接后可设置输出模式、输出值、波形参数，并查看设定曲线和实际输出曲线。

上位机主要能力：

功能	说明
串口连接	使用 Web Serial 连接 CH340N 串口
参数写入	写入输出类型、波形、目标值、周期、占空比等参数
轮询回读	读取当前实际输出值，区分电压/电流单位
曲线监测	展示设定曲线和实际输出曲线
数据导出	支持 CSV 导出，便于记录和复盘

复杂环境中连接上位机建议通过USB隔离器

微信图片_20260701170202_128_46.jpg

Modbus RTU 寄存器

上位机使用 Modbus RTU 功能码 0x03 一次读取 0x0000..0x0006 共 7 个保持寄存器。典型轮询请求：

01 03 00 00 00 07 04 08

地址	读写	名称	含义
`0x0000`	R/W	`SIGNAL_TYPE`	`0=current`，`1=voltage`
`0x0001`	R/W	`WAVEFORM`	`0=constant`，`1=step`，`2=ramp`，`3=square`，`4=triangle`，`5=sine`
`0x0002`	R/W	`VALUE_A`	常量值/低值；阶跃模式为点数
`0x0003`	R/W	`VALUE_B`	高值；阶跃模式为单步保持时间
`0x0004`	R/W	`PERIOD_MS`	周期；阶跃模式为循环次数
`0x0005`	R/W	`DUTY`	方波占空比
`0x0006`	R	`ACTUAL`	当前实际输出，只读
`0x0007..0x0016`	R/W	`STEP_SEQUENCE`	阶跃序列值，最多 16 点

原始值缩放规则：raw / 1000。例如 10600 表示 10.600 V 或 10.600 mA。

元件购买表

类别	元件/型号	用途
MCU	CH32V003F4U6	主控，RISC-V 48 MHz
模拟输出	GP8630B	0-10 V / 4-20 mA 模拟量输出
显示	SSD1306 OLED	本地菜单和输出值显示
交互	SIQ-02FVS3 旋转编码器	旋转调节、短按切换、长按菜单
USB 串口	CH340N	Type-C 串口通信
接口	Type-C 母座	供电与数据连接
提示	蜂鸣器	旋转/按键声音反馈
接线	鳄鱼夹/测试线	输出端接线测试
套装	AOMaster 整机带线	成品