课程设计（论文）-电流电压表的设计与实现.docx

课程设计电流、电压表的设计与实现第 三 大组 第 二 小组课程设计报告课程设计名称： 电流、电压表的设计与实现 姓名： 学号： 专业： 电子信息工程 班级： 指导老师： 完成时间： 目 录摘 要11、设计任务11.1设计的要求12、方案设计与论证22.1主控系统22.2电压采集模块芯片42.3电流采集模块芯片43、硬件电路53.1控制电路53.2电流采集电路63.3电压采集电路73.4显示电路74、软件流程图85、总结8参考文献8附录9PCB图9课程设计电流、电压表的设计与实现摘 要本设计以STM32单片机为核心设计的一个电流电压表。电流电压表分别具有两个测量档位，能够对输入的01mA、020mA的电流和01V、020V的电压进行测量，并通过一个OLED液晶显示屏进行显示。设计主要由四大模块组成：电流电压采集模块、A/D模数转换模块、单片机控制模块和显示模块。采用STM32单片机主控，内设A/D转换器，可直接对输入量进行A/D转换控制，并使用Altium Designer6.9软件绘制电路原理图以及PCB图，经设计后的系统具有灵活性强、易于开发、维护、扩展等特点。最后结合了软件进行调试，该系统达到设计的目的，较高精度地实现了所测量的电压电流值。关键词 stm32单片机； 模数转换； 电压电流采集； 液晶显示屏；Abstract In the STM32 MCU as the core to design a current meter. Current voltage meter, respectively, with two measuring gear, to be able to enter 0 1 ma, 0 to 20 ma current and 0 1 v, 0 20 v voltage is measured, and through an OLED LCD display. Design is mainly composed of four modules: current voltage acquisition module, A/D analog-to-digital conversion module, single-chip microcomputer control module and display module. USES STM32 microcontroller master, with A/D converter, can be directly to A/D conversion control input, and use Altium Designer6.9 software rendering circuit principle diagram and PCB diagram, after design of the system has strong flexibility, easy development, maintenance, expansion, etc. Finally combined with software debugging, the system achieve the purpose of design, realized the measured voltage current value more accurately.Key words stm32 microcontroller; Analog-to-digital conversion; Voltage current collection; Liquid crystal display;1、 设计任务自主设计硬件电路，实现高精度的多功能电压、电流表。由单片机控制，具有液晶显示测量值等功能。1.1设计的要求（1）掌握电流、电压测试仪的设计、组装与调试方法；（2）学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握数字电路系统设计的基本方法、设计步骤；（3）进一步熟悉和掌握常用数字电路元器件的应用；（4）设计键盘输入电路和程序并调试。掌握显示（OLED）配合使用的方法和技巧；（5）掌握硬件和软件联合调试的方法；（6）完成系统硬件电路的设计和制作；（7）完成系统程序的设计。2、 方案设计与论证2.1主控系统本设计主要分为两部分：硬件电路及软件程序。而硬件电路采用stm32作为主处理器，系统主要分为四个模块：电压、电流采集电路、A/D转换电路、单片机控制电路和显示模块。各部分模块电路的设计及原理将会在单元模块设计部分详细介绍；软件程序的设计使用C语言编程，利用Keil软件对其编译和仿真，详细的设计算法将会在程序设计部分详细介绍。系统框图（图2-1）如下：图2-1 硬件原理框图设计的总原理图如图2-2所示:图2-2 设计总原理图硬件电路各模块功能如下：（1）电压、电流采集电路：通过stm32f103内置AD转换器采集采样电阻上的数据，测出外部信号的电压电流值（2）单片机控制电路：单片机控制模块是整个系统的核心中枢，对外围进行控制，对数据进行运算处理，是连接各部分的纽带。它主要包括stm32单片机芯片和其工作所必须的外围电路。（3）显示模块：采用OLED对所测数据进行显示。该模块接口方式简单、操作指令方便，低电压低功耗，可以显示84行1616点阵的汉字，也可完成图形显示。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶 显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多。2.2电压采集模块芯片OPA2365芯片：OPA2365是由TI公司生产的单电源(2.5V5.5V)供电、低噪声、低偏移、高共模抑制比放大器。OPA2365集成了两个放大器，可以一个作为电压跟随器对输出信号进行缓冲与滤波，另一个作为后端放大，在一定程度上能减少电路板面积。如图2-3所示，为OPA2365的引脚定义。图2-3 OPA2365引脚图2.3电流采集模块芯片INA282芯片：INA282芯片是电压输出电流并联监控器，此监控器能够感测共模电压上-14V至+80V的压降，与电源电压无关。零漂移架构的低偏移使得电流感测在整个分流器上的最大压降低至10mV的满量程。这个电流分流监控器由+2.7V至+18V电源供电运行，使用最大900A的电源电流。可用增益：50V/V图2-4 INA282引脚图表3.1 INA282芯片引脚说明引脚编号名称说明1-IN连接到分流电阻器的负输入一侧。2GND接地3REF2基准电压连接-连接选项请见应用部分。4NC这个引脚不是内部连接，NC引脚应该保持悬空或者连接到GND。5OUT输出电压6V+电源7REF1基准电压连接-连接选项请见应用部分。8+IN连接到分流电阻器的正输入一侧。3、 硬件电路3.1控制电路MCU电路如图3-1所示。MCU采用两片STM32F103单片机芯片，分别为电压模块和电流模块。电压模块负责电压值测量，再将测量结果通过串口电路发送给电流模块，再将电流模块采集到的电流值一起通过OLED显示。图3-1 单片机控制电压模块图3-2 单片机控制电流模块3.2电流采集电路如图3-3所示，外部待测信号经过采样电阻，经过INA282进行50倍增益的放大，再由单片机内置A/D转换器对输入量直接进行A/D转换，将结果处理之后送入OLED显示，并通过开关进行1mA与20mA的档位切换，开关处于断开状态时，它的量程是1mA档，所工作的电压为：511mA50=2.55V3.3V，机的工作电压内；当开关被按下时，它的量程是20mA档，所工作的电压为：在单片2.420mA50=2.4V3.3V，也在单片机的工作电压内。图3-3电流采集电路3.3电压采集电路如图3-4所示，当开关处于断开状态时，它的量程是20V档，所工作的电压为：20V1/50050=23.3V，在单片机的工作电压内；当开关被按下时，它的量程是1V档，所工作的电压为：1V1/5050=1V3.3V，也在单片机的工作电压内。图3-4 电压采集电路3.4显示电路采用0.96英寸OLED模块采用高亮度，低功耗的OLED屏，显示颜色纯正，在阳光下有很好的可视效果。模块供电可以是3.3V 也可以是5V，不需要修改模块电路，同时兼容3种通信方式：4线SPI、3线SPI、IIC，通信模式的选择可以根据提供的BOM表进行跳选。该模块一共有三种颜色：蓝色、白色、黄蓝双色。OLED屏具有多个控制指令，可以控制OLED的亮度、对比度、开关升压电路等指令。操作方便，功能丰富。图3-5LCD显示部分电路4、 软件流程图（1）设计中出现的问题及相应的解决方案1.电压模块采集电路不能准确测量出电压值，在后来的测试中，无法用INA282进行准确测量，改为外部信号经过电阻分压之后直接通过电压跟随器OPA2365测量。2.没有意识到切换档位所用的“开关”是有两组单刀双掷触点，也没有连接单片机IO口，无法直接判断开关状态，不能切换档位，改为用外接洞洞板时，一组单刀双掷触点用于连线单片机IO口，能时刻检测开关状态，另外一组用于切换电压电流的采样电阻。3.电压电流模块本是通过数字隔离器ADUM1201芯片进行通信,经过测试发现无法通信，改为直接连接单片机内部串口IO进行通信。5、 总结（1）本次课程设计的优缺点 本课程设计实现了对输入的01.29mA、027.5mA电流和03.3V、033V的电压测量，并通过OLED液晶显示屏显示的功能。经过本次设计的系统具有灵活性强、易于开发、维护等特点，最后结合了软件调试，使该系统达到了设计的要求，较高精度地实现了所测量的电压电流值，有良好的实用性。缺点可测范围小，抗干扰能力弱。（2）心得体会本文介绍了基于stm32单片机的电压表电流表的设计及制作方法，也是对这一个多月以来课程设计工作的记录。文章从两个方面进行阐述，即硬件设计与制作，软件设计与制作。软件在设计过程中采用模块化设计，为调试提供了很大的方便。硬件的调试主要根据电路图，按照理论分析一步一步检验。实现了基本的功能要求。课程设计是一个综合性的实践课程，是将理论联系到实际中的实验过程，是对大学这两年所学知识的最好体现。从拿到设计任务后，开始查阅资料，到设计电路，软件上的程序编写与仿真、调试，硬件上元器件确定、选型及电路搭建，软硬件联调，直到论文文本的撰写。这一过程锻炼了我们对单片机应用系统的设计及动手能力。通过本次课程设计的学习，了解团队合作的重要性，学习了硬件调试的方法与思维，准确的使用测量仪器对出现的电路问题进行调试与测量。在不断的学习与讨