立创·地文星CW32数字电压电流表扩展板

一、设计背景

电压电流表是用于测量电气系统中电压和电流的仪器，它们在电气工程、电子设计、工业自动化、电力系统和日常维护中扮演着重要角色。而ADC 是 Analog-to-Digital Converter（模拟至数字转换器）的缩写。它是一种电子设备，用于将外部世界的模拟信号转换为计算机或数字电路可以处理的数字信号。在嵌入式系统、音频设备、工业控制系统和许多其他类型的电子设备中，ADC 扮演着至关重要的角色。使用 ADC（模拟至数字转换器）进行电压电流表的开发具有重要意义。

1.ADC 可以将连续的模拟电压信号转换为精确的数字值，这使得电压电流表能够提供更高精度的测量结果。

2.通过对ADC 转换后的数字信号进行微控制器处理或者计算机计算，便于实现复杂的测量算法和信号处理，如数字滤波、信号平均和数据分析，更方便获取稳定且精确的电压电流数值。

3.数字系统的校准和维护通常比模拟系统更简单，对电气噪声和电磁干扰有更好的抵抗能力，使得电压电流表在恶劣的工业环境中也能稳定工作，数字信号不容易受到环境变化的影响。

4.一个带有 ADC 的电压电流表可以设计成多用途仪器，除了测量电压和电流，还可以测量温度、频率等其他参数。

本项目核心板选用国产武汉芯源半导体CW32F030C8T6为主控，跟随“cw32&立创开发板电压电流表训练营”教程进行拓展板开发，实用性强，设计完成后可作为桌面日常仪表使用；

二、硬件设计

2.1 电压采样电路

CW32x030 内部集成一个 12 位精度、最高 1M SPS 转换速度的逐次逼近型模数转换器 (SAR ADC)，最多可将 16路模拟信号转换为数字信号。参考用户手册，开发板拥有4路参考电压，多通道选择。

adc特性.png
项目设计分压电阻为220K+10K，因此分压比例为22:1（ADC_IN11），使用内置1.5V作为参考电压。计算所需的分压比例：即ADC参考电压:设计输入电压，通过已知参数可以计算出1.5V/30V=0.05；计算高侧电阻：即低侧电阻/分压比例，通过已知参数可以计算出10K/0.05=200K；选择标准电阻：选择一颗略高于计算值的电阻，计算值为200K，通常我们选择E24系列电阻，因此本项目中选择大于200K且最接近的220K。
左侧为0-30V挡位，右侧为0-3V挡位，0-30V计算公式：(ADC采样值/4096)* 1.5 * (220+10)/10 = 实际值。

电压采样.png

2.2 电流采样电路

项目设计的采样电流为3A，选择的采样电阻（R0）为100mΩ，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。

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

电流采样.png
在电流采样电路中输入电流导线也需要加粗。

2.3 0.96寸彩屏显示电路

规格参数：
工作电压：2.8~3.3V
工作电流：30MA
模块尺寸：24(H) x 30(V)MM
像素大小：80(H) x 160(V) RGB
驱动芯片：ST7735
通信协议：SPI
管脚数量：8 Pin（2.54mm间距排针）

显示.png

引脚左.png
根据官方引脚排针/数据手册选择较为空闲的SPI2输出。在官方教程中有彩屏具体的移植教程，只需更换引脚和相关使能，非常完善详细：
https://wiki.lckfb.com/zh-hans/dwx-cw32f030c8t6/module/screen/0-96-color-screen.html

引脚.png

2.4 按键key1~3

按键主要实现电压电流的标定，项目使用了3点标定。其中，电压标定点为0V、5V、15V。电流标定点为0A、0.5A、1.5A。三个按键由三个GPIO端口控制。

按键.jpg
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。

三、软件设计

提示：总体设计方案框图

流程图.jpg

八、实物展示

实物图注释.jpg

四、演示视频

提示：演示视频上传附件即可，附件最大只能长传50M的文件，大于50M的文件可放置在其他网盘或视频网站上，只需把地址链接放入这里即可

五、附件内容

提示：参加活动的作品必须把工程相关的程序附件上传至开源平台或个人的代码存储云端，附件最大支持50M上传（请勿在立创工作区上传，有限制）附件按以下要求进行命名：
附件一：XXXX
附件二：XXXX

立创·地文星CW32数字电压电流表扩展板

工程标签

简介

CW32电压电流表训练营，基于立创·地文星-CW32F030C8T6开发板设计

开源协议

GPL 3.0

描述