四位数显表头设计

去年帮别人定制了一个四位数显小表头，可以用于测量4-20mA或者0-5V、0-10V输出的的各种传感器，可设置显示范围、上下限报警灯。由于后面更改方案，此方案暂时搁置不用。今天来分享一下软硬件的设计过程。

1.硬件设计

1.1电源

电源采用一个TL431+一个三极管构成线性稳压电路。采用这种方式，一方面是因为成本较低，另一方面，可以做大较大的电源输入范围（普通的1117-3.3等芯片输入范围也就到16V）。另外，TL431还可以为ADC提供参考电压。

1.2显示设计

可以使用单片机直接驱动数码管，但是会占用较多的IO口，且软件设计上稍复杂，这里采用一个TM1650驱动一个4位共阴极数码管。

1.3单片机及AD采样

单片机使用STM32G030F6，内置ADC支持硬件过采样，可以达到16位分辨率。采集电流或电压，通过选择合适的电阻即可。采集4-20mA电流时，R12为0R，R4为150R。采样电压时，R12和R4选择合适的电阻分压，使输入范围在3.3V以内。如果是直接采集电源电压，短接R13即可。

另外一路ADC通道采集TL431的VREF引脚，作为参考电压。

1.4报警设计

两个光耦隔离报警（超高报警、超低报警）输出，外部增加了三极管，用于驱动继电器等较大电流的设备。另外板载一个蜂鸣器（无源），同时引出蜂鸣器接口，也可外接蜂鸣器。

1.5按键

两个按键用于设置显示参数、报警参数、校准等。两个按键同时引出到端子上，也可外接按键。同时2个按键使用的是串口功能的引脚，可修改程序实现串口输出及设置。

最终的PCB板如下，背面为数码管。

2.软件设计

软件上，使用STM32CubeMx设计，使用硬件I2C1接口驱动TM1650。使用了2个ADC通道采集输入电流和TL431的参考电压。使用TIM3CH1输出PWM波驱动蜂鸣器。其它就是2个报警IO和2个按键IO。如下：

软件实现功能如下：

东西只做了一版，软硬件设计上可能还不太完善，仅供参考。

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