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我的电压电流表

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简介

根据嘉立创训练营,自制自己的电压电流表,方便使用

简介:根据嘉立创训练营,自制自己的电压电流表,方便使用
电压电流表训练营【立创开发板&CW32】

开源协议

GPL 3.0

创建时间:2024-07-17 07:35:27更新时间:2024-08-26 06:03:39

描述

1、项目背景

       本项目是由嘉立创和芯源半导体共同开展的CW32电压电流表训练营,这是我第一次参加立创EDA举办的这种项目,前前后后算是完整了跟着走路一遍产品研发的流程,接下来我会对我做的板子进行一些介绍以及测试。 数字电压电流表项目涵盖了微控制器电路的设计与实现、信号采集与处理电路的设计、用户界面的开发与优化以及产品外观的设计等多个方面,融合了电子技术、微控制器编程、电路设计以及工业设计等多领域知识。该项目具备以下几个亮点:

  • 采用核心板加扩展板设计理念,采用插件器件设计,让学习更能简单,让探索能更深入;
  • 核心板选用国产武汉芯源半导体CW32为主控,同时兼容同类型其它款式开发板;但CW32更有优势。
  • 项目综合程度高,实用性强,设计完成后可作为桌面日常仪表使用;
  • 项目学习资料丰富,包括电路设计教学、PCB设计、代码编程的学习以及工程师调试能力的培养。

2、项目属性

此次项目为本人参加嘉立创和武汉芯源半导体联合举办的训练营,根据官方案例改进而成,此版本设计为首次公开。

3、开源协议的介绍

GPL 3.0 

  • 这是GUN的通用公共许可证,只要在工程项目中使用了GPL协议下的产品,那么这个工程项目必须采用GPL协议,也就是说必须开源和免费。
  • GPL的出发点是代码的开源与免费使用和引用、修改、衍生代码的开源与免费使用,但不允许修改后和衍生的代码做为闭源的商业软件发布和销售。
  • GPL最显著的特点是“病毒性传播”和“不允许闭源的商业发布”,我们熟悉的Linux就是使用了GPL许可。 

GPL 3.0 基本精神

 

  • 可以免费使用、复制、修改、分发受保护程序,但分发时一定要提供源码
  • 可以收费。比如可以针对目标码、源码的分发收费,可以针对软件的维修保养(主要是提供技术支持,以下简称“维保”)收费;但不能收许可费、版税、专利许可费、授权费这类费用。
  • GPL程序的所有贡献者,自动免费提供了专利许可,承诺不会告人侵犯专利权(前提是你遵守了GPL)。
  • GPL程序允许别人破解。如果是用在消费类硬件上,要允许人修改并安装程序。

4、硬件部分

         1.电压采样电路

 

           本项目采用分压电路实现高电压采集,设计可采集电压100V,当前配置采集电压为0-30V。本项目设计分压电阻为220K+10K,因此分压比例为22:1(ADC_IN11)

  • 本项目中还用来模拟电压的测量、测量的标定、和测量校准辅助的电路

       2. 电流采样电路

         本项目采用低侧电流采样电路进行电流检测,采样电路的低侧与开发板表头接口共地

设计分析

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

随后便可以通过以上参数计算出检流的阻值选择:

  1. 由于本项目没有使用放大电路,因此需要选择更大的采样电阻获得更高的被测电压以便于进行测量
  2. 考虑到更大的电阻会带来更大的压差、更高的功耗,因此也不能无限制的选择更大的电阻
  3. 本项目选用了1W封装的电阻,对应的温升功率为1W

综合以上数据,本项目选择了100mΩ的检流电阻,根据公式可以计算出3A*100mΩ=300mV,900mW

如需应对不同的使用环境,尤其是电流较大的场景,可以将R0电阻更换为康铜丝或者分流器,可以更具实际使用场景,选择替代。出于安全和学习用途考虑,本项目对超出3A量程不做过多探讨,但原理一致。

 

  • 用来模拟电流的测量、测量的标定、和测量校准的辅助电路

       3.数码管显示电路

    在本项目中使用了两颗0.28寸的三位共阴数码管作为显示器件,相较于显示屏,数码管在复杂环境中拥有更好的识别度,可以根据实际使用环境的需求,改为更小的限流电阻实现更高的数码管亮度;在另一方面,数码管拥有较好的机械性能,不会像显示屏一样容易被外力损坏。在工业等有稳定可靠性应用中,多被采用。从开发版学习的角度来看,更易有目的的学习电子测量原理相关开发。

    在本项目中,经过实际测试,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。

 

      3.用于电压测量校准的TL431电路设计

本项目额外增加了一个TL431电路用来提供一个2.5V的基准电压,可用于给芯片一个用于校准AD的外部电压基准,从产品设计角度来讲,由于CW32本身的ADC性能优势,可以不需要此电路。

5、软件部分

软件部分此次有嘉立创和武汉芯源半导体设计,官方已写出了详细的教学文档就不在此过多的赘述了,我会在此描述一些重点,比如有人好奇板子上的3个按键的作用以及该如何使用。

本实验的标定操作方法

该例程使用按键操作来标定。具体操作方法如下:

定义5个工作模式,K1键用于切换显示模式。K2键设置对应模式下的参数值,并保存到FLASH。K3键返回到模式0。

模式0: 显示正常的电压电流值(上一排数码管显示电压值*.V或.*V自动切换,下一排显示电流值,_.**A)

模式1: 电压5V标定值设置。上一排数码管显示5.05. 。下一排显示当前电压值_.V或._V。在该模式下,应将万用表测量被测位,调到5.00V。 按下K2键后,将当前值标定为5V电压值。

模式2: 电压15V标定值设置。上一排数码管显示5.15. 。下一排显示当前电压值_.V或._V。在该模式下,应将万用表测量被测位,调到15.0V。 按下K2键后,将当前值标定为15V电压值。

模式3: 电流0.5A标定值设置。上一排数码管显示A.0.5 。下一排显示当前电流值_.**A。按下K2键后,将当前值标定为0.5A电流值。

模式4: 电流1.5A标定值设置。上一排数码管显示A.1.5 。下一排显示当前电流值*.**A。按下K2键后,将当前值标定为1.5A电流值。

 

软件详细教学文档请点击 >>>     软件相关设计

 

6、BOM清单须知

 

  1. 1.此次电路设计主控采用的是立创地文星开发板为主控,使用模块化设计,供以大家学习,可自行前往立创开发板官网购买。
  2. 2.此次电路设计使用了的是0.28英寸共阴极数码管,颜色大家可以自行选择购买。
  3. 3.此次电路使用的是一颗8550LDO,最大输入电压为40V,搭配VP供电十分方便。
  4. 4.此次电路设计中使用的是2mm的香蕉头母座是方便万用表笔头插入测量,请勿买错规格!
  5. 5.注意!BOM清单下单时一定再检查下有无遗漏,商城没货可能会删除商品,买掉物料会延长学习的时间

 

 

7、演示项目并录制成视频上传

详细讲解视频请点击>>>     这是一个视频

 

设计图

未生成预览图,请在编辑器重新保存一次

BOM

暂无BOM

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