使用分压电路的直流电压传感器

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资料介绍

描述

在本项目中，使用分压器作为电压传感器来测量直流 LED 和风扇的电压输出。STM32F407 微控制器的 ADC 引脚将从分压器输出读取 ADC 值并将其转换为实际电压值并显示在 LCD 上。

1. 什么是分压器？

分压器是一种简单的电路，可以将大电压转换成较小的电压。仅使用两个串联电阻和一个输入电压，我们就可以创建一个输入电压的一小部分的输出电压。在这个项目中，分压器用作电压传感器，方法是从相对较大的电压源中获取电压参考。相对较大的电压偏压有源电子元件、放大器电路等。

分压器通常与电位计一起使用，电位计是一种电子设备，用于设计可具有受控输出电压的分压器。分压器电路原理由一个或多个元件组成并连接到输入电压源的串联电路组成。

2. 规划分压器电路

分压器涉及在一系列两个电阻器上施加电压源。您可能会看到它以几种不同的方式绘制，但它们本质上应该始终是相同的电路。

分压器方程假设您知道上述电路的三个值：输入电压 (Vin) 和两个电阻值 (R1 和 R2)。给定这些值，我们可以使用该等式计算输出电压 (Vout)。

该等式表明输出电压与输入电压以及 R1 和 R2 的比率成正比。

查找 R2 值以获得 3 伏电压参考

在本项目中，分压器设计为在输入电压为 15 伏时具有 3 伏输出。这是因为 STM32F407 Discovery 微控制器的 ADC 引脚具有 3.3 V 参考电压，因此 ADC 引脚可以接收的最大电压必须低于 3.3 V。在本项目中，参考电压为 3 伏。

3. 规划分压器原理图

电压传感器 PCB 板使用 Autodesk Eagle 软件设计，由 2 个输入和输出端子、1k Ω 电阻和 1 个电位器组成。它们被放在PCB板上。

4. ADC电压传感器

模数转换器 (ADC) 是一项非常有用的功能，可将引脚上的模拟电压转换为数字。通过从模拟世界转换到数字世界，我们可以开始使用电子设备与我们周围的模拟世界进行交互。

STM32F407VG6T 微控制器 ADC 支持 6 位、8 位、10 位和 12 位可配置分辨率。此外，它还支持单次、连续、扫描或断续模式三种A/D转换模式。ADC 的结果存储在左对齐或右对齐的 16 位数据寄存器中。下表显示了每个模拟通道和 ADC 模块的输入引脚。

5. STM32F407VG6T微控制器ADC分辨率

ADC 分辨率可以定义为 ADC 可以识别并增加其数字值的模拟引脚上的最小输入电压。ADC 的最大和最小数字输出值取决于 ADC 的位数。例如，对于 8 位 ADC，数字输出值将在 0-255 之间，对于 10 位 ADC，数字输出值将在 0-1023 之间，对于 12 位 ADC，数字输出值将在 0-4095 之间。

ADC 分辨率可定义为：

Resolution = ( Operating voltage of ADC ) / 2^(number of bits ADC)

例如，STM32F4 系列单片机的工作电压为 3.3V，如果我们将 ADC 配置为 12 位模式：

Resolution = 3.3V/2^12 = 3.3/4095 = 0.8mV