基于CW32的电压电流表

1.项目概述

       基于立创·地文星CW32F030C8T6实现高精度、带标称功能的电压电流表

2.硬件概述

2.1核心主控部分

       主控板选择的是立创·地文星CW32F030C8T6开发板，该板在采样、供电、环境适应性方面等具有其它同类型开发板（如STM32F103C8T6）更强大的功能。

• 宽工作温度：-40~105℃的温度范围
• 宽工作电压：1.65V~5.5V （STM32仅支持3.3V系统）
• 超强抗干扰：HBM ESD 8KV 全部ESD可靠性达到国际标准最高等级（STM32 ESD2KV）
• 本项目重点-更好的ADC：12位高速ADC 可达到±1.0LSB INL 11.3ENOB 多种Vref参考电压... ...（STM32仅支持VDD=Vref）
• 稳定可靠的eFLASH工艺。

2.2供电部分

       主要通过SEAWARD(思旺)SE8550K2-HF转5V的线性稳压器(LDO)进行供电。为了方便常规供电，预留了Type-c、2PIN2.54插座、DC电源插座三种供电方式。同时，为了更好的供电效果，将普通电解电容更换为固态电容。另外，还加入了1N5819WS肖特基二极管进行整流及防反。

       学到的小技巧：串联小电阻10Ω来进行分压操作，一方面减少在高电压情况下LDO由于较大的压差导致发热严重的问题。另一方面，利用了串联的10欧姆小功率电阻过电流小的原理，充当低阻值保险丝，具有电路过流保护或者短路保护作用。（电阻做保险丝这个点，因为电阻在过流状态，处于发热状态，99%都是开路，它基本不会短路。它的故障分析就决定了它基本上以开路为主。也就是烧断掉，不会短在一起。）串联的小电阻（10Ω）还可降低上电冲击的峰值，避免冲击过高损坏LDO。如果没有使用电解电容，串联的小电阻（10Ω）也可避免热插拔的时候，导线电感和陶瓷电容形成谐振，因为陶瓷电容具有非常小的ESR，导致LC网络中的阻尼很少，谐振点的增益会很高，加入外部电阻提供阻尼后就可以抑制谐振点的增益。

2.3数码管显示部分

       显示部分选择了志浩FJ2381AH共阴极数码管，为了更加直观显示，选择了黄色和绿色显示。由于主控核心板还有较多的引脚未使用，所以这里不使用移位寄存器而是直接通过限流电阻直接接到核心主控板。

2.4电压采样部分

       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。分压电阻为220K+10K，因此分压比例为22:1（ADC_IN11）。

       电路中1N4148作为钳位二极管。避免在使用和调试使用中由于接入不正确的电压，导致芯片引脚损坏。 二极管钳位是一种重要的电子电路设计技术，它的主要作用是通过限制电压的幅度来保护电路，避免信号过大或过小导致的损坏或故障。

2.5电流采样部分

       低侧电流采样电路进行电流检测。采样选型主要需要参考以下几个方面：

• 预设计测量电流的最大值，本项目中为3A
• 检流电阻带来的压差，一般不建议超过0.5V
• 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
• 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：

• 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
• 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
• 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

2.6电压校准部分​

       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。

       TL431是一个常用的精密可编程基准电源芯片。

• 精密：其输出电压非常准在±0.5%
• 可调输出电压：可调输出电压在Vref到36V之间
• 灌电流能力：也就是输出电压的引脚可以提供100mA电流

3.软件部分

       开发使用的是KEIL MDK 539版，基本按照列程来的，不过遇到两个问题。

       首先，无论是安装CW32官网的最新固件包还是立创资料包的固件包，1.0.4和1.0.5，都无法直接安装成功。

       最后直接更改文件名，改为1.0.0才解决。（KEIL是539最新版了，不知道怎么回事）

       其次，CW32要用AC5编译器，用AC6编译会报错，可能是这样的错误，还有一堆的警告。按照教程装了又卸载了好几遍AC5，还是不行。没办法只能用AC6。然后按照下表指示进行更改。

       将几处_wake换成_WEAKE后（图中蓝圈部分），编译成功。

       然后校准一下，标定存储就可以测量电压、电流了。