CW32电压电流表

题目分析

使用ADC读取引脚上的电压大小，通过数码管显示出来。

原理图设计说明

主控部分

直接采用了立创商城的地文星开发板，节省了晶振电路、滤波电路的设计。
CW32开发板内置真正的12位精度，同时CW32F103芯片特有的4种参考电压，保障了采样数据的准确度。

LED电路

经典的LED电路，低电平点亮

独立按键

默认情况下按键为高电平，按键按下时为低电平。
此次按键电路不包含上拉/下拉电阻，IO口不能配置为浮空模式，软件需要设计上拉/下拉。
没有采用消抖电容，按键配置完成后要进行消抖处理。

电源输入

低压线性稳压器（LDO）没有选择主流的AMS1117，而是采用了SE8550K2-HF。
AMS1117-3.3V工作电压是将5-7V转换成3.3V，AMS1117-5V将12V转换成5V，包括其它型号，它们的输入电源都很小。
考虑到电压表多在24V或36V供电的工业场景中使用，因此采用了输入电源可达40V的SE8550K2-HF作为电源。
在封装选型上，SOT-89有更好的散热能力。

使用1N5819进行防反接处理，相比保险丝节约了成本。
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。

串联小电阻R8（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。

滤波电容：大电容滤低频(整体扰动)，小电容滤高频（毛刺）。
无论是PCB还是原理图都要保证电解电容在前（大电容），陶瓷电容在后（小电容）。
必须先经过大电容，波形整体平坦，再经过小电容，消除毛刺。位置反了会让滤波效果达不到理想效果。

电路最后加上一个电源指示灯，观测电路运行状况（常亮）。

数码管

选用0.28寸三位共阴极数码管作为显示元件，数码管的环境适应性更高，且不易损坏。
常规的不作为时间显示的三极管，7段、3位。
数码管的限流电阻（R1-R6）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。
因为项目的元件使用较少，且只需要配置两个数码管，芯片的IO口资源充足，没有使用移位寄存器。

电压采样

采用双通道电压采样
选用的LDO最大输入电源为40V（最好小于40），但考虑到人体安全电压为36V，最终电压最大设计为30V。
供电为0-30V，最高可达30V，MCU的电压为5V，因此不能直接接入MCU。
采用电阻限制电压到ADC引脚可以采集的电压范围。
为了缓解电流过大，通常低侧电阻R14选为10K（经验）。

电阻计算
内置参考电压选为1.5V，R14的负载电压为1.5V，因此R12的最大负载电压为 30-1.5 =28.5V。
根据欧姆定律U=IR，R12和R14为串联电路，串联电路电流处处相等，因此U12:U14 =R12:R14。
计算分压比例：1.5V/30V=0.05 ，高侧电阻计算公式：高侧电阻/分压比例得到200K 。

因为电阻的误差范围，通常选用的电阻要比计算得到的电阻略大，最接近的200K电阻。
电阻选型为了测量数据的准确性，选用1% 电阻。

CW32是真12位逐次逼近型，2^12=4096，把采样的1.5V分成4096份，1.5/4096 = 0.36mV。
实际测量的30V也分成4096份
30V/4096=0.84mV 0.84mV最小量程（各种因素会导致0.84mV测量不到）

CW32还可以调节2.5V、IO口的3.3V，甚至供电VDD的5V，调节档位的电压越大，量程也就越大（低侧电阻可承受的电压变大，高侧同样如此，输入电压也就变大了）。
但是输入电源变大，V/4096得到的量程电压也会变大，因此精度就变差了。
3/4096相比于30/4096精度会提高十倍，提高对小电压的测量精度

设计的是30V的最高电压输入，在30V输入的时候低侧电阻的分压为1.5V
如果接错电源，就会导致低侧电阻承受的电压增大，
如果接错成220V（正常不会，举个例子）电压，低压侧的电压就会超过5V，烧毁MCU
二极管上方使用5V，在下方的电压达到8V，二极管就会单向导通
利用二极管的单向导电，将电压限制在5V左右（二极管有压降）。

1N4148是高速开关二极管，相应速度很快，相比于其他的二极管几十us甚至几ms，1N4148只需要3/4us就直接导通了，过载电压存在的时间很短，对芯片IO口的影响非常小

电流采样

设计的采样电流为3A，选择的采样电阻（R0）为100mΩ。
串联1K电阻（R16）的作用
保护ADC引脚：
在ADC引脚前串联电阻可以起到一定的限流作用，防止在特殊情况下（如高电压输入或短路）电流过大而损坏ADC引脚。减少瞬态电流对ADC转换器性能的影响。
滤波和降噪：
电阻与ADC引脚后端的电容可以构成一个RC低通滤波器，有助于减缓信号的快速边沿，降低高频噪声对ADC采样的影响。
在高精度应用中，这种滤波效果对于提高信噪比（SNR）和确保测量准确性至关重要。
1N4148跟电压采样原理相同

PCB设计说明

电源走线应尽可能宽，约在20~60mil之间。
普通信号线：10mil左右
ADC信号走线：10mil或8mil。太宽则在线路过长时，有可能影响信号的完整性。

PCB设计中，对于插件焊盘，多使用长圆形焊盘，增大焊锡、烙铁与焊盘的接触面积，更易于焊接。
同时，在互相接近的焊盘中，设计丝印层作为分割，在实际电路板上，由于丝印层在线路板上凸起的存在，可大大避免焊接时的连锡，在实际产品设计中多有此类方法应用，以提高生产时的良率

丝印的字体字号较小，线宽较粗时，可能会发生模糊，导致标注不清。建议合理选择丝印字体大小和线宽，不同丝印字体之间的效果也有区别。选择合适的字体，在同样线宽字号下，会有更好的打印表现。

软件说明

配置内部时钟参数
CW32 的系统内部时钟默认并不是我们想要的运行频率,在使用 CW32 之前我们需要先配置内部时钟树。
CW32F030 的用户手册可以找到系统内部时钟树如下图：

CW32的时钟源有5个，分别是：
HSI （高速内部时钟）
HSE （高速外部时钟）
LSI （低速内部时钟）
LSE （低速外部时钟）
PLL （锁相环路--倍频器）

采用内部高速晶振HSIOSC校准输出48MHZ--->分频系数设为6--->PLL倍频器的倍频系数设为8
--->HCLK、PCLK的分频系数设为1--->得到64MHZ的频率

数码管显示
A-DP控制段码显示数字和小数点
DIG1/COM控制位码，此次选用的共阴极三位数码管，低电平控制三个不同的位

A~G都有自己的显示编号（从低到高）
DP G F E D C B A
例：显示数字5，根据上面的数码管段码图可以得知
0 1 1 0 1 1 0 1 ---》 0x6d ,DP位可增删小数点
switch语句依次扫描，控制显示某一位数码管