CW32电压电流表

一、项目介绍
立创地文星是一款采用芯源半导体CW32设计的开发板，其卓越的ADC（模数转换器）性能使其在高精度测量应用中脱颖而出。我们利用这款开发板设计了一款电压电流表，能够同时测量0-30V的电压和0-3A的电流，适用于多种电子项目和实验室环境。

二、硬件设计
1.项目原理图

2.电路分析
供电电路

LDO（低压差线性稳压器）选型

本项目使用LDO作为电源，考虑到实际的电压表头产品多在24V或36V供电的工业场景中应用，本项目选择了最高输入电压高达40V的SE8550K2作为电源。本项目没有使用DCDC降压电路来应对大压差的主要原因为避免设计过程中引入DCDC的纹波干扰，次要原因为降低项目成本。
本项目使用串联二极管进行防反接考虑到了本设备供电电压通常高于5V的使用场景，二极管的0.7V压降将不会供电造成影响。当供电电压较低时，由于项目的总体功耗较低，实测供电电流较低（20mA）,由于肖特基二极管 D4(1N5819)独特的结构，相比于通用开关二极管等，VF更低，由下图可见，压降约为0.2V以内。

常规的电路设计中，使用反向并联二极管+串接保险丝的方案也可达成防反接和电路保护目的。
3、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。

4、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
学习时，请不要焊接R0！！！

旁边标注为：T_V、T_GND的器件为开发板上的2mm香蕉座接口，用来连接万用表表笔。可插入万用表或高精度台式数字万用表的表笔探头验证开发板测量是否准确。也可插入2mm香蕉头的万用表表笔，代替CH1端口，进行手持式测量。

VP引脚为开发板供电引脚，在使用DC端口时，不接。在没有使用DC端口供电，且测量值大于5V小于30V时，可接入被测电源，也可由此独立供电。

在学习相应电路测量原理时，考虑到用户可能无法便捷的搭建测试和调试的外围电路，本着开发板易于开发的原则，特设置用来模拟电压的测量、测量的标定、和测量校准辅助电路。无需使用CH1外接电压。使用多圈可调电位器（RP1）对开发板电源电压进行分压，通过开发板内部电路连接入+V网络。此时注意，需要短接JP1，使用跳线帽即可，推荐使用长柄跳线帽。不使用此功能，请勿短接JP1。

5、数码管驱动
本项目采用了数码管作为显示单元。

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。

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。
6、指示灯
本项目额外设计了一个电源指示灯和IO工作指示灯。

由于芯片I/O往往灌电流的能力大于拉电流的能力，所以，LED1设计为I/O低电平有效（亮）。出于减少LED对电流的消耗的考量，放弃部分LED亮度，减少器件参数类型，将LED的限流电阻选择为10K。

以本项目所使用的插件F5白发白（白光）LED为例，下表是其电性参数，由表格参数可知，限流电阻的设置要保证电流在20mA以内。
7、按键电路设计

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。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。
8、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。在开发板上设计此电路，用于学习相关应用原理。

三 、软件部分

1. 电压测量功能

测量范围：支持0-30V直流电压的精准测量。
测量精度：得益于立创地文星开发板的高性能ADC，测量误差小于0.1%，能够满足精密电子设备调试的需求。
过压保护：集成过压保护电路，防止超过最大测量范围时损坏设备。
2. 电流测量功能

测量范围：支持0-3A直流电流的测量，适用于小型电子设备和电路的电流检测。
高精度测量：采用高分辨率ADC进行采集，保证电流测量的准确性，误差小于1%。
过流保护：内置过流保护机制，防止设备因过大电流而损坏。
3. 实时数据显示

数码管：测量结果实时显示在开发板集成的数码管上，显示内容清晰直观，便于用户随时监控电压和电流变化。
界面切换：通过按键可切换显示模式，选择只显示电压、电流，或同时显示两者的数据。

压流同采显示
电压电流同时采集显示
本项目设计的采样电流为 3A，选择的采样电阻为 100mΩ。如上图所示。可以将R0取样电阻焊为100毫欧。在I+端接入被波信号。

电流计算方法为（A 为单位）：ADC_IN12通道 电压/0.1 欧。

同样可以使用1.5V为参考电压，以提高测量精度。

在本实验，可以断开JP2跳线，同时焊接R0为100mΩ。

电压电流分别通过两个ADC通道进行采集转换。数码管为六位显示，其中上一行三位可以显示电压值，下一行三位可以显示电流值。

在程序中可以使用序列连续采集模式。

四、演示视频