多功能51单片机电流表便携示波器usb转I2C串口工具

发布说明

20241205: 多功能工具初版发布V5.0

视频链接：

B站视频--功能演示及介绍

盖板图片来自@只因生异性作者,特此感谢.
https://oshwhub.com/qq798342642/PCB-RULUR-ROG-TOPIC

功能

七大核心功能
1. 示波器功能,可量测0-36V电压
2.电压电流表,最高28V 5A电流,理论最大为16A.
3.PD/QC2.0/3.0诱骗器,可不同档位切换,QC可调步进为0.2V
4.通断蜂鸣器检测,对地和O/S之间小于500欧姆蜂鸣器会响
5.PWM方波产生,通过串口修改输出方波,可产生25Hz-65536Hz方波.
6.串口转I2C读写,支持i2c读写和dump所有寄存器功能.
7.USB转串口功能,CH340N既可以给STC8A8K64D下载程序使用,也可以用做串口

模式说明

1. 示波器模式: 通过按住EC11开机进入该模式,功能与老刘爱捣鼓一致,增加了电池电压显示,参考示波器功能介绍.
2. I2C模式: 开机默认进入模式,支持任意读写任意8位和16为寄存器值,支持I2C地址扫描和dump功能 i2c模式下输入,可获取功能格式如下,如
   以上两种格式或混合格式均可以支持,意思为写7bit 地址0x22,0x01寄存器写00,写完后延迟100ms;
   如果读的话,格式如下
   意思两种格式或混合格式均可以支持,读i2c地址0x22的寄存器0x01并延时100ms
3. 串口输入
   可获取帮助
   
4. PWM方波输出: I2C模式下可以通过串口调节PWM方波输出频率和占空比.任意模式下PWM和IO11默认输出30Hz方波.PWM PIN可以通过串口控制,范围0-100%占空比,30-65535Hz.
5. 蜂鸣器: 任意模式下可以使用,尽量避免带的测量.
6. 串口模式: 任意模式可以使用
7. 电压电流表模式:
   QC模式: 该模式一直有效,长安EC11可以在12V和5V之间切换,按住EC11逆时针旋转减小电压,顺时针旋转增大电压,步进为0.2V,充电头需支持QC2.0和QC3.0方有效.
   PD模式: 长按OK键1S可以关闭PD诱骗,默认开启.OK键可以在最低电压与最高电压下切换.+-键可以切换不同档位.由高电压档位往低电压切换最低为5V,再按-键无效;由低电压往高电压切换支持循环切换,如最高电压为20V,再按一次+键变为5V.
   直通模式: 该模式下长按OK键1S可以关闭诱骗,关闭后右上角显示PD OFF,这样Type-C IN and Type-C OUT为直通状态

按键及接口说明

按键

1. OK/+/-键三个按键在电流表模式下使用.
2. 中间可旋转EC11编码器在示波器模式下使用,在电压电流表模式下位QC电压切换.
3. 开机键配合其它按键可进入到不同模式
4. 复位键用来下载程序或关机使用.
5. 开机状态下安复位键可以实现关机功能.下载程序时可先按住开机键,然后再按一下复位键,待程序更新完成后再松开开机键,否则会下载失败.

接口

1. 图中PWM与IO11实际并未短接,跳帽实际为断开状态,作用是避免旁边VBUS铜柱取电时与这两个IO触碰到导致单片机过压烧掉.
2. IN为typce接口与充电头USB口或typce口连接
3. OUT为输出接口电压与IN等同,诱骗模式下为诱骗电压
4. USB为串口接口,与电脑通讯连接
5. 2.54排针接口定义如下

PIN	PIN
PWM为可编程方波输出引脚	P11为固定30Hz方波输出
PWM1暂无功能	P12暂无功能
TX为MCU TXS接口,程序下载和I2C模式下需与TXD短接	3V3为I2C电平选择PIN
TXD为CH340N RX接口	VDD为I2C电平选择PIN
RXD为CH340N TX接口	1V8为I2C电平选择PIN
O/S为通断检测引脚,配合GND使用	SCL接I2C SCL引脚
IN+示波器测试输入引脚,配合GND使用	SDA接I2C SDA引脚
GND	GND

定位柱

VBUS铜柱与IN的typec的Vbus相连,用于取电使用,实际使用时需注意,避免与下面的IO触碰会导致单片机烧坏.

LED说明

1. 状态灯为闪烁评率对应示波器下采样的频率.
2. 充电灯充电时亮,充满或未充电为熄灭状态
3. 电源灯对应3V3的电压指示灯,表示系统开机中.

示波器功能说明

示波器代码基于B站老刘爱捣鼓所修改,主要功能如下图片介绍.
1.加入电池电量显示功能,直接显示为数字
2.此处背光亮度调节为所有功能下的亮度,比如调亮后诱骗器下显示也会变亮.
3.主要功能介绍如下图

原理解析（硬件说明）

1. 单片机为STC8A8K64D4
2. 屏幕为1.3寸SSD1306 SPI通讯
3. 诱骗器使用FUSB302MPX
4. 电压电流采样芯片INA226
5. 串口使用CH340N
6. 诱骗降压芯片使用TPS54302,最高支持28V电压
7. 电池充电芯片使用TP4054, 100mA进行充电
8. 使用RT8059GJ5作为稳压芯片给单片机供电3.3V

烧录注意事项

选项如下红色方框,第一次下载程序芯片对应复位脚为IO口,没有reset功能,由于串口和单片机均使用同一路3V3供电,无法在串口工作的时候对单片机下电重启,会导致无法下载成功,第一次烧录程序最好使用外部串口写入,接好对应的TX和RX到电脑,按下图选择好选项后,点击下载,然后再按住开机键,直到下载完成.

首次下载完成后,后面可以直接通过USB口来完成程序下载,点击下图的额下载/编程,然后按住开机键不放,在按一下reset松开,程序会自动开始下载,下载完成后才能松开开机键.

焊接注意事项

焊接过程中序特别注意EC11电位器的焊接,过早和过后焊接都会有影响,这个器件不能长时间在高温下受热,否则容易损坏.其次是屏幕的焊接,最好使用烙铁焊接,焊接完成后一定要检查PIN与PIN之间是否有短路

1. 焊接需要按照一定的顺序进行,否则可能后面受空间影响导致无法焊接
2. 先焊接正面的iC和电容电阻
3. 焊接3个type-c接口
4. 将正面大电流开窗漏铜线路补好焊锡,增加导电面积
5. 焊接EC11编码器,焊接好后最好使用烙铁补下锡,避免后面风枪吹焊反面时掉了.
6. 焊接反面的IC和电容电阻
7. 焊接2.54的排针
8. 最后焊接1.3寸的屏幕,建议使用烙铁头低温锡膏焊接
9. 焊接完后检查5V,3V3,1.8V,输入的Vbus对地是否有短路,屏的FPC相邻PIN之间是否有短路,确认无短路后再上电.
10. 电池不建议过早的焊接上去,确认所有功能均正常后再焊接电池,电池最大厚度为5mm,我使用的为501010电池容量50mAh.
11. 焊接定位柱,定位柱位M2x2x3mm和M2x6x3mm的土八热熔螺母.螺丝为M2x5mm平头螺丝.

实物图

此处可放入组装完成后完整实物图
实物图为工程样与开源版本有细微差异,在开源版本中有进行简化和优化,功能不受影响.

物料购买清单

暂时列了一些主要的元器件,电容电阻大家可以自行选购,关于电池厚度最大为5mm,长宽最大可以放下15x18mm.LCD可以使用0.96寸SSD1306的屏,但上盖需要重新匹配.
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总结

由于个人能力和精力有限,使用过程中难免会有bug,欢迎大家反馈和讨论,如果有精通stc keil单片机的同学和私聊共享你的想法,大家一起进步共同成长.

附件说明

1. 下载固件,使用STC官方下载固件即可.
2. 串口工具非常好用,尤其是i2c工具读写指令,右边栏位可以保存指令,无广告版.