标题: DIY高精度电压表电流表 12位ADC XPT2046 单片机程序原理图PCB [打印本页]
作者: 风之痕于梦想    时间: 2022-6-16 11:50
标题: DIY高精度电压表电流表 12位ADC XPT2046 单片机程序原理图PCB
在实际测试中，不管是研发还是维修，我们经常需要测量设备的电压电流，根据这个情况，我做了一个电压电流表。

单片机：由于手头上STC89C52RC很多，而且这也是大多数人比较常用的，所以我用了89C52RC做处理器。
ADC采样：这个单片机没有内置ADC，我采用XPT2046做ADC采集，XPT2046不仅精度高（12位ADC），
                而且有四个通道，还很便宜，非常适合ADC采样。
基准电压：由于随着输入电压与负载的波动，会使得XPT2046的电压不是标准的5V,虽然XPT2046内置了
                基准电压，但是太小了，会导致这个表的量程不够，所以我采用了TL431产生一个基准电压。
采样电阻：电流采样使用一个0.1欧姆1%精度，2512封装的贴片电阻，如果有1A电流，则产生0.1W的功耗，
                取样电阻不会发烫，但是此时电阻只有0.1V的电压理论ADC采集是没问题，但是如果流过0.1A，
                那只有0.01V的电压，ADC采样就不合适，所以需要放大。电压采样采用两个0603的电阻并联，
                由于接了跟随器，所以这两个电阻可以取大一些降低功耗（虽然问题不大）。
放大电路：采用LM358，一路做电流采样的放大，本项目是放大10倍，另一路做电压采样跟随器。
                 LM358存在零点漂移，所以在设置放大倍数的适合可能需要进行微调。
显示：使用了OLED，测试0.96寸的，实际可以使用0.91寸即可。
电路原理图(json格式的):如下：


PCB文件(json格式的):


制作出来的实物图如下：


校正方法：接入负载，输出一个足够大的电流，1A最好，然后测试取样电阻的电压，应该是0.1V，然后可以微调LM358的电阻使得OLED的显示正确，也可以在代码微调，代码里面有微调系数。附加功能：加了三个按键，可以额外开发更多功能。代码留有很多开发的余地，并且可以自己编程序显示电阻和功率。


单片机源程序如下:
  1. #include "oled.h"
  2. #include "bmp.h"
  3. #include "xpt2046.h"
  4. typedef unsigned int u16;
  5. #define  v_verf 3.6  //基准电压最大值
  6. #define  v_aver 2 //分压比例
  7. #define  v_correction 1
  8. #define  i_correction 0.95
  9. void delay(unsigned int i)
  10. {
  11.         while(i--);
  12. }
  13. void v_datapros()
  14. {
  15.         u16 v_value;
  16.         u16 v;
  17.         
  18.     delay(50000);
  19.         v_value= Read_AD_Data(0xD4);
  20.         delay(50000);
  21.         
  22.     v=(float)v_value*v_verf/4095*1000*2; //4944
  23.         
  24.         OLED_ShowChar(8,2,v/1000+0x30,16);
  25.         OLED_ShowChar(16,2,'.',16);
  26.         OLED_ShowChar(24,2,v%1000/100+0x30,16);
  27.         OLED_ShowChar(32,2,v%100/10+0x30,16);
  28.         OLED_ShowChar(40,2,v%10+0x30,16);
  29.         

  31. }        

  33. void i_datapros()
  34. {
  35.         u16 i_value;
  36.         u16 i;
  37.         delay(50000);
  38.         i_value= Read_AD_Data(0x94);
  39.     delay(50000);
  40.         
  41. //        OLED_ShowChar(8,6,i_value/1000+0x30,16);
  42. //        OLED_ShowChar(16,6,i_value%1000/100+0x30,16);
  43. //        OLED_ShowChar(24,6,i_value%100/10+0x30,16);
  44. //        OLED_ShowChar(32,6,i_value%10+0x30,16);
  45.         
  46.         i=(float)i_value*v_verf/4095*1000*i_correction;     //ma
  47.         
  48.     OLED_ShowChar(8,6,i/1000+0x30,16);
  49.         OLED_ShowChar(16,6,i%1000/100+0x30,16);
  50.         OLED_ShowChar(24,6,i%100/10+0x30,16);
  51.         OLED_ShowChar(32,6,i%10+0x30,16);


  54.         

  56. }
  57. void main(void)
  58. {
  59.         OLED_Init(); //OLED初始化
  60.         OLED_Clear();
  61. //        OLED_DrawBMP(0,0,128,1,BMP1);
  62.     delay(50000);        
  63.         while(1)
  64.         {
  65.                 v_datapros();
  66.                 i_datapros();
  67.         }
  68. }
复制代码


Keil代码和立创格式的json文件下载:

代码.7z (122.63 KB, 下载次数: 151)


作者: qq378912453    时间: 2022-6-24 09:51
这个制作不错
作者: 王秋冬    时间: 2022-6-24 19:07
详细，做工精细，谢谢分享。
作者: SHANWAZI    时间: 2022-6-25 14:00
不知道测量范围多大
作者: hhh402    时间: 2022-6-28 11:35
89C52只适合学习，用来做产品还ADC只能呵呵，ADC不是初学者可以做好的， 首先是电源，ADC芯片、运放必须是线性稳压电源，第二是运放，LM358与高精度无源，楼主如果在意价格把STC89C52RC和XPT2046换成STC8H，省下的钱足够买一个好点的运放。
作者: ccczzzyy    时间: 2022-7-1 16:17
lm358可换成op07,零漂几乎没有。
作者: hhh402    时间: 2022-7-1 17:41
ccczzzyy 发表于 2022-7-1 16:17
lm358可换成op07,零漂几乎没有。

op07虽然零漂小但是需要正负电源，不合适
作者: ccczzzyy    时间: 2022-7-1 18:34
hhh402 发表于 2022-7-1 17:41
op07虽然零漂小但是需要正负电源，不合适

op333可单电源，零漂几乎没有
作者: pads2005    时间: 2022-7-5 16:15
现在的零漂移运算放大器太多了，可以试一下
作者: mengfc    时间: 2022-7-21 14:53
楼主做完后测试效果如何，特别是线性度如何？
作者: snso666    时间: 2022-7-29 20:14
可以,留个标记.
作者: 风之痕于梦想    时间: 2022-8-10 10:56
hhh402 发表于 2022-6-28 11:35
89C52只适合学习，用来做产品还ADC只能呵呵，ADC不是初学者可以做好的， 首先是电源，ADC芯片、运放必须是 ...

这个ADC用的是XPT2046，没有51
作者: 风之痕于梦想    时间: 2022-8-10 10:57
ccczzzyy 发表于 2022-7-1 16:17
lm358可换成op07,零漂几乎没有。

确实，只是手头LM358比较多
作者: 风之痕于梦想    时间: 2022-8-10 10:57
SHANWAZI 发表于 2022-6-25 14:00
不知道测量范围多大

可以自己更改取样电阻
作者: 风之痕于梦想    时间: 2022-8-10 10:58
mengfc 发表于 2022-7-21 14:53
楼主做完后测试效果如何，特别是线性度如何？

可以符合100ma-2a正常读数
作者: 380152625    时间: 2022-9-6 21:29
很好，很实用
作者: 张国民    时间: 2022-9-21 15:32
431基准是不是不稳定
作者: 1018080881    时间: 2023-6-12 08:52
张国民 发表于 2022-9-21 15:32
431基准是不是不稳定

431得标定，各厂的参数差异巨大
作者: 量子工业    时间: 2023-6-16 08:43
hhh402 发表于 2022-6-28 11:35
89C52只适合学习，用来做产品还ADC只能呵呵，ADC不是初学者可以做好的， 首先是电源，ADC芯片、运放必须是 ...

这个可能就是一个创意提示方案，真的做产品肯定根据实际条件选元器件；
实际很多时候对于国内的同行来说，缺乏的只是一个创意灵感；
看国外很多的创意很值钱，后期他们买到手之后还要经过大量的实验和工艺改进才能量产化，我们对一些最初的能从零开始先驱者，总是缺乏一些关爱和包容……



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