基於STM32的自動量程電壓表的設計
電工研究
作者：彭雪峰
【摘要】本設計能夠精確的測量直流電壓、交流電壓，具有測量精度高，抗幹擾能力強等特點。整個係統可以用一塊9V電池供電，實現了低功耗和便攜功能。交流測量是用AD637真有效值轉換芯片將交流信號轉換成直流電壓後測量；用帶鉗位保護的反向放大器進行輸入電壓轉換，實現了10MΩ的輸入阻抗和高安全性。電路中關鍵器件采用TI公司的精密運算放大器OPA07和儀表放大器INA128，實現了高精度的測量；ADC采用STM32f103ZET6片內自帶的12位AD，實現了低功耗，量程自動切換功能。
【關鍵詞】STM32f103ZET6；12位AD；自動量程轉換
Abstract：The design can measure DC voltage，AC voltage is accurate，has the advantages of high measuring precision，strong anti-jamming capability etc.The whole system can use a battery of 9V power，low power consumption and portable function.AC measurement is AD637 true RMS converter chip measurement of AC signal into a DC voltage；reverse amplifier with a clamp on the protection of the input voltage，the input impedance of 10M and high security.The key device in the circuit using the TI company's Precision Operational Amplifier OPA07 and instrumentation amplifier INA128，realized the high precision measurement；ADC uses 12 bit AD STM32F103ZET6 chip with built-in，low power consumption，automatic range switching function.
Key Words：STM32f103ZET6；The 12 bit AD；The automatic range conversion
在智能儀器中，常常用到自動量程轉換技術，這使得儀器在很短的時間內自動選取最合適的量程實現高精度的測量。自動量程的實現一般通過控製輸入信號的衰減放大倍數實現，就電壓表來說其輸入測量電壓會大於其AD 轉換器的輸入範圍，所以它的量程切換基本上是信號衰減倍數切換的過程。
1.係統整體方案與工作原理
STM32F103ZET6處理器是本係統的核心器件，負責控製整個係統的正常工作，包括讀取AD 轉換後的結果及200mV 與2V 檔位的控製；按鍵輸入動作響應；段式液晶的驅動；量程自動轉換控製等。輸入的電壓信號經過量程轉換模塊，變成可供ADC模擬輸入端能正常進行采樣的電壓。交流電壓測量模塊的功能是將被測的交流電壓轉換成相應的RMS 值。按鍵輸入的功能是切換各種不同的測量模式以及計算相對誤差時進行數值輸入。
2.係統硬件結構
（1）電源管理硬件電路
本係統具有低功耗模式，即在一定的時間內沒有操作，係統在單片機的控製下自動切斷一部分電路的工作電源。電池的正極分成兩路，第一路是直接接入到SPX1117的輸入端，SPX1117是三端集成穩壓芯片，其輸出端輸出恒定的3.3V，作單片機係統電源。另一路是經過三極管9012可以開關控製，本設計中在係統處於正常工作狀態時，單片機控製口輸出高電平，9011處於飽和狀態，9012的基極電壓與地電壓相近，9012 飽和，即處於導通狀態。9V疊層電池的正極電壓到達78L05 三端集成穩壓芯片的輸入端，其輸出端輸出穩定的+5V電壓。-5V由負壓電荷泵7660S 產生。當係統處於“低功耗”狀態時，單片機控製口輸出為低電平。9011處於截止狀態，9012的基極電壓為9V，也處於截止狀態，模擬部分電源電壓為零。而單片機將一直處於不同模式的工作狀態。