开源6位半万用表硬件电路分析

开源6位半手持式万用表

??这里用的LM399H参考源，单片机是STM32L152，里面还用了MACHXO2-1200FPGA。
万用表由两块PCB组成。

硬件组成部分

电源管理电路

1. 电源用的是6-10V，电源管理部分，首先用来一个ADP5070芯片（内部含有非同步整流boot和buck电路），其中buck电路用于负电压的升降压，其中经过boot升压（经过升压电感和分压电路），将0.8V的参考电压上升到19.8V，其中R14和R18串联部分没有必要，而且合起来的阻值过大。然后用buck电路，将其变成-19.8V。电路图如下：
   图1 ADP5070
2. 19.8V电压经过C15低通滤波后输入到芯片ADP7142降压到18V（其中又用到了同样的串联分压电路）。ADP7142是一个LDO（线性稳压器）芯片，最高输入可以到40V，最大输出电流可以到200ma。压差最大是0.42V。同样将-19.8V变成-18V和-14V。
3. 做电源部分一定要用到线性电源,因为其文波比开关电源小。
4. 通过MCP1703-50，将输入降为为+5V，通过MCP1703-33将其降为3.3V，通过NDM2866F33将输入电压降为3.3V。电路图如下： 图2 MCP1703

参考电路

1. 用了LM399H,它是一个参考源，对于参考源，最看重的一个指标是他的温度技术，就是温度变化的时候，他的阻值变化大不大。这个芯片用了个稳压二极管，搭配一个恒温电路。经过一个同相放大器稳定输出，对于这份同相比例运算放大器，要求就是Vos越小越好。其中电路图如下：

   图3 LM399H

2. 用了四个干簧管继电器，经过74HC锁存器芯片，进行引脚所存（这里是为了防止引脚不够用而设计的电路）

3. 如果测电压，K2开关闭合，R3-R18进行分压，接下来K4闭合，通过R19，电感往右走，送到ADC进行采集。如果用欧姆档，K3闭合，K1闭合，K2和K4断开，待测电阻一边接到GND，另一边接到电流源，通过K1往右走，测量电压，根据电压除以电流得其电阻阻值，其中电流需要很小，不然电流会在待测电阻上发热导致电阻测量不稳。其电路图如下：

   图4 电压和电阻测量电路

恒流源电路

??产生横流电压源，流过待测电阻，测量待测电阻上的电压除以恒流源的大小然后知道待测电阻的大小。电路图如下:

图5 恒流源电路

FPGA电路

??用了40M的有源晶振。电路图如下：

图6 FPGA电路图

STM32单片机

??包含按键电路，还要驱动一个LCD。
电路图如下：

图7 STM32单片机电路

ADC采集电路

??用来一个积分器和一个电压比较器，其特点是精度比较高，但是采集速度比较慢。
电路图如下：

图8 ADC采集电路

1. 积分型ADC：它由1个带有输入切换开关的模拟积分器，一个比较器和一个计数单元构成。第一步，将参考电压接好开关给电容充电。然后输入到电压比较器判断升到高电平的时间，然后给电容电放掉，输入电压接开关给电容充电，计算第二个时间，他们之间的时间差就可以知道输入电压是多少。电路图如下： 图9 ADC电路

其中用了DGND，AGND，GND，0V。