基于嵌入式單片機的多用測量儀表設計

馬文博，蔣玉華，閉金杰，廖志賢，黃國現

（廣西師范大學，廣西桂林，541004）

0 引言

萬用表、示波器等測量儀表在電子領域有著廣泛的應用，號稱電子工程師的“眼睛”。如何充分利用運放、模擬開關等常見器件完成多用儀表的設計，在保證精度的前提下提高易用性和擴展性是需要解決的問題。本文結合軟件和硬件，用盡可能少的電子元器件，并優化系統軟硬件，完成系統設計。

1 系統的方案設計

系統主控采用STM32F103 C8T6 核心板。它是一款基于ARM Cortex-M 內核的32 位微控制器，其具有72MHz 時鐘主頻、37 個GPIO引腳，12位ADC，價格低廉，使用廣泛，可以方便地完成設計。

2 硬件設計

■2.1 電源電路

本電路采用兩級LM1117 LDO 芯片串聯組成。第一級將輸入電壓轉換為5V 輸出；第二級將5V 電壓轉換為3.3V，從而滿足系統各模塊的供電需求。系統中運算放大器、模擬開關、電流采樣芯片、繼電器均采用5V 供電，STM32 單片機、OLED 顯示屏采用3.3V 供電。LDO 芯片具有外圍電路簡單、低壓差下效率高、輸出紋波小等優點。

■2.2 主控電路

本電路基于STM32F103C8T6 核心板進行設計，引出部分GPIO 接口用于連接和控制系統各外設。核心板已集成晶振電路、下載接口等電路。

圖1 系統框圖

圖2 電源輸入電路原理圖

圖3 最小系統板外圍電路圖

圖4 電壓檢測調理電路圖

圖5 電流檢測電路圖

圖6 電阻檢測電路

圖7 量程切換典型電路圖

圖8 4×4 矩陣鍵盤電路圖

圖9 OLED 屏幕接口

圖10 串行通信接口

圖11 時鐘樹配置

圖12 系統軟件總框圖

圖13 電壓測量流程圖

圖14 樣機測試過程

■2.3 電壓檢測調理電路

本電路需要將外部的電壓輸入按比例放大或縮小，轉換為STM32 單片機ADC 端口可以接受的0-3.3V 電壓，并通過模擬開關實現量程切換功能。……