使用分壓電路的直流電壓傳感器

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資料介紹

描述

在本項目中，使用分壓器作為電壓傳感器來測量直流 LED 和風扇的電壓輸出。STM32F407 微控制器的 ADC 引腳將從分壓器輸出讀取 ADC 值并將其轉換為實際電壓值并顯示在 LCD 上。

1. 什么是分壓器？

分壓器是一種簡單的電路，可以將大電壓轉換成較小的電壓。僅使用兩個串聯電阻和一個輸入電壓，我們就可以創建一個輸入電壓的一小部分的輸出電壓。在這個項目中，分壓器用作電壓傳感器，方法是從相對較大的電壓源中獲取電壓參考。相對較大的電壓偏壓有源電子元件、放大器電路等。

分壓器通常與電位計一起使用，電位計是一種電子設備，用于設計可具有受控輸出電壓的分壓器。分壓器電路原理由一個或多個元件組成并連接到輸入電壓源的串聯電路組成。

2. 規劃分壓器電路

分壓器涉及在一系列兩個電阻器上施加電壓源。您可能會看到它以幾種不同的方式繪制，但它們本質上應該始終是相同的電路。

分壓器方程假設您知道上述電路的三個值：輸入電壓 (Vin) 和兩個電阻值 (R1 和 R2)。給定這些值，我們可以使用該等式計算輸出電壓 (Vout)。

該等式表明輸出電壓與輸入電壓以及 R1 和 R2 的比率成正比。

查找 R2 值以獲得 3 伏電壓參考

在本項目中，分壓器設計為在輸入電壓為 15 伏時具有 3 伏輸出。這是因為 STM32F407 Discovery 微控制器的 ADC 引腳具有 3.3 V 參考電壓，因此 ADC 引腳可以接收的最大電壓必須低于 3.3 V。在本項目中，參考電壓為 3 伏。

3. 規劃分壓器原理圖

電壓傳感器 PCB 板使用 Autodesk Eagle 軟件設計，由 2 個輸入和輸出端子、1k Ω 電阻和 1 個電位器組成。它們被放在PCB板上。

4. ADC電壓傳感器

模數轉換器 (ADC) 是一項非常有用的功能，可將引腳上的模擬電壓轉換為數字。通過從模擬世界轉換到數字世界，我們可以開始使用電子設備與我們周圍的模擬世界進行交互。

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，它還支持單次、連續、掃描或斷續模式三種A/D轉換模式。ADC 的結果存儲在左對齊或右對齊的 16 位數據寄存器中。下表顯示了每個模擬通道和 ADC 模塊的輸入引腳。

5. STM32F407VG6T微控制器ADC分辨率

ADC 分辨率可以定義為 ADC 可以識別并增加其數字值的模擬引腳上的最小輸入電壓。ADC 的最大和最小數字輸出值取決于 ADC 的位數。例如，對于 8 位 ADC，數字輸出值將在 0-255 之間，對于 10 位 ADC，數字輸出值將在 0-1023 之間，對于 12 位 ADC，數字輸出值將在 0-4095 之間。

ADC 分辨率可定義為：

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

例如，STM32F4 系列單片機的工作電壓為 3.3V，如果我們將 ADC 配置為 12 位模式：

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