1：项目介绍：

　基于立创开源的简易示波器进行设计改良。主要增加的电路软启动功能，电池充电管理，蜂鸣器提示功能和DS18B20温度检测功能，在使用时，检测到低电压时，失能控制引脚，防止电池放电过低损坏电池。虽然有前人的硬件和软件代码的范例，但是在实际调试过程中还是遇到了不少问题，比如硬件检查不仔细，导致最后做了飞线处理。下面我简单的介绍一下，我修改后的版图和软件代码资料。

　注意：虽然是简易示波器，但是实际调试过程中发现，基本上可以满足学习的时候，当然在要是在工作中使用的时候需要注意，输入的电压不要高于12V，可以根据自己平时工作时候电压大小，对输入电压进行衰减，不要用这个示波器去测试高电压（AC　220V），我将由原有直插元器件更换成 贴片的元器件，这样也可以节约一下板子空间。

2：硬件方面

整体架构

2.1 软启动电路

  PS7516芯片介绍：采用PS7516（同步整流升压芯片 5V1A）芯片作为升压芯片，PS7516是一款原厂高效率的锂电池同步整流升压IC，专为5V1A的应用场景设计。这款IC采用了先进的同步整流技术，相比传统的电源转换过程中使用的二极管整流，PS7516通过内置的高性能MOSFET替代了传统的二极管，实现了整流环节的高效转换，从而降低了压降和热量损耗，显著提高了电源转换效率。 PS7516具有出色的热稳定性和过温保护功能。在高温环境下，该IC能够自动降低输出功率，防止过热损坏，确保系统的稳定运行。当芯片温度超过预设的安全值时，过温保护功能会自动启动，关闭IC的输出，从而保护锂电池和系统不受损坏。此外，PS7516还具有快速瞬态响应的特点，使其适用于各种需要快速响应的应用场景。该芯片还具备一个节省空间的SOT-23-6封装，便于在便携式应用中集成。总的来说，PS7516是一款性能出色、功能丰富的锂电池同步整流升压IC，能够满足各种应用场景的需求，为电子设备的电源管理提供了高效可靠的解决方案。

  输出电压计算方式：Vout = 0.8*（1+（R15+R18+R19/R20））。

  PCB布局建议：输入端和输出端需要增加100nf的滤波电容，消除杂波干扰，输入输出电容电感等电气结点需要尽量靠近IC芯片，连接线尽量的粗些且布线尽量在同一层，需要大面积的铺地，减少地的噪声。

  软件设计思路：前端利用物理按键导通Q1（NPN类型）三极管，这样PS7516的使能引脚输入电池电压（Vbat），然后使能单片机的控制引脚PA11(POWER_CTRL)输出高电平，使三极管一直处于导通状态，这样PS7516就可以一直处于工作状态。并将电池电压的1/3输入到GD32E230的ADC检测引脚，当电池电量低时，直接关断单片机的输出引脚，以保护电池。稍后在视频中进行延时该项功能。

  为了防止电池接反损坏电路元器件，在硬件设计时候，安装一个U7（1N4148）进行电路保护。

2.2 充电电路设计

LTC4052是一款完整的单节锂离子电池用恒定电流/恒定电压的线性充电器，其中使用SOT23-5封装仅仅需要外部的电阻，电容就可以正常工作，可以说是一款专门为USB电源规范内工作而设计的芯片。。

由于芯片采用了内部的Mosfet架构，所以不需要外部检测电阻器和隔离二极管，热反馈可对充电电流进行调节，以便在大功率操作或者高环境温条件下对芯片温度加以限制，充电电源最大支持10V输入，充电电流可以外部的电阻进行外部设置。当充电电流在达到最终浮电压之后降至设定值的1/10时，充电芯片将自动停止充电。

当输入电压为0时，芯片自动进入一个低电流状态，将电池的漏电流降至2ua。可将LTC4052置于停机状态，从而将供电电流降至25uA。同时芯片还具有充电电流监控器，欠压闭锁，自动在充电和一个用于只是充电结束和输入电压接入的状态引脚。

这里设置充电电流时，只需更改R7处的电阻即可。

这里我选用的时3K的阻值，当然充电电流不易设置过大，尽量不要超过500ma，当然充电电流不仅仅和设计的阻值有关系，和当前电池电量有关系，当电压较低时，充电电流比较大，充电比较快，当电池超过4V以后，充电电流就变得很小。这也是正常的现象，大家不用过于纠结充电电流。

2.3type-C接口和电池接口

为了保证输入的USB 5V电压和PS7516升压后的电压存在影响，这里我增加一路输入电压选择功能，通过拨动电位器，可以将输入电压作为系统供电或者电池充电功能，而为了保证电池在不使用时，漏电流最小，这里安装了一个跳线帽，在长时间不使用电池时，可以断开电池与电路板的链接，从而保证电池不会因为外部电路而产生漏电流，延长电池的使用寿命。

2.4负电压电路

为了使运算放大器可以正常的工作，我选用南京拓微集成电路有限公司生产一款TP7660H电荷泵电压反转器。

TP7660H 是一款 DC/DC 电荷泵电压反转器专用集成电路。芯片能将输入范围为 2.5V～11V 的电压转换成相应的-2.5V～-11V 的输出，并且只需外接两只电容，无需电感，降低了损耗、面积及电磁干扰。该芯片的无负载电流小、驱动能力强（较国外同类产品大 50%）。 
 

产品特点：

极限参数：
电源电压 11.5V
功耗 SOP-8 470mW
工作温度 TA -40℃～125℃
导线焊接温度（10 秒） 260℃

该款芯片支持 电路并联：若要降低输出电阻可采用将 TP7660 芯片并联的形式，可以理解为提高输出的驱动能力，降低输出电阻的影响。电路级联：可以生成较高的输出负电压；由于单个芯片的电源效率有限，实际应用中级联的芯片数也是有限的。此种情况下，输出电阻近似为每个芯片阻值的 n 倍（n 为级联芯片数）。

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2.5  LM358运算放大器电路

LM358是双运算放大器。内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。

芯片特点

1：内部频率补偿      2：直流电压增益高(约100dB)    3：单位增益频带宽(约1MHz)  4： 电源电压范围宽：单电源(3—30V)    5： 双电源(±1.5 一±15V) 6：压摆率(0.3V/us)低功耗电流，适合于电池供电·   7：低输入偏流低输入失调电压和失调电流共模输入电压范围宽，包括接地

8：差模输入电压范围宽，等于电源电压范围  9：输出电压摆幅大(0 至Vcc-1.5V)

这里我并没有选用其他的运算放大器，比如说TL2072芯片，虽然比LM358性能要强一些，但是价格是真的高啊，一片要10块左右，而且还是在板厂拿货，某宝的比较便宜，质量却不能保证，所以还是建议以后选中国产的运算放大器吧。

2.6 比较器电路

LM393 是双电压比较器集成电路。

输出负载电阻能衔接在可允许电源电压范围内的任何电源电压上，不受 Vcc端电压值的限制.此输出能作为一个简单的对地SPS开路(当不用负载电阻没被运用)，输出部分的陷电流被可能得到的驱动和器件的β值所限制.当达到极限电流(16mA)时，输出晶体管将退出而且输出电压将很快上升。

这里我设计的是在原有的一路检测脉冲和频率的前提下，增加了一路采集，而这里LM393是双通道的，而我为了避免在使用过程中两个通道之间会存在干扰，为了保险起见，我就增加了一篇LM393，这款芯片的价格也不算贵，增加了一篇也没有增加过多的成本。不过后来在我调试过程中发现，是我考虑多了，使用双通道也是没有关系的。

2.7串口1串口输出电路介绍：

将串口1的功能引出，用作串口数据导出，与串口0分别出，这样可以更好的利用板载资源。

2.8其他电路介绍：

    这里我增加了蜂鸣器电路和DS18B20检测电路。

    增加蜂鸣器主要是为了再按下，蜂鸣器时，做出提示，有时候再按下按键时，没有得到想要的测试效果，不确定是不是按键没有被按下还是软件代码问题，这样有了蜂鸣器的提醒也就知道了是不是触发按键效果了。

    DS18B20数字温度传感器提供9位至12位精度的温度测量，并具有非易失性用户可编程上下触发点报警功能。DS18B20通过单总线通信，根据定义，只需要一条数据线(和地线)即可与单片机通信。

3：3D外壳设计

  我直接使用的立创EDA的3D外壳设计，由于是我第一次设计3D外壳，自己在B站上面，看了几遍软件操作的步骤和设计时需要注意的地方，总的来说是设计的比较简陋。由于3D 外壳软件太强大了，自己虽然是零基础。下图就是我利用2个小时的学习，设计出来的结果，但是自用还是可以的。

  不过，有了这次经历，我觉得以后在学习开发板的时候，也可以设计一款外壳，这样用起来还是比较爽的。

  大家想去学习3D外壳设计的，直接去看B站搜索就可以了，大佬讲的很详细。

3D，PCB效果图如下：

4：软件设计

这里没有可说的，都是在源代码代码上面进行的增加，有感兴趣的小伙伴可以私下一同讨论。调试的时候，主要是增加ADC采集时候遇到了点问题，在大佬们指点下，顺利的解决了；使用同一个定时器对频率进行检测，只是通道不同，调试过程中，由于没有将引脚焊接好，白白的浪费掉了时间。

5：实物图片：

6：演示视频：

下面是B站视频链接，小伙伴们如果看到了这里帮忙点个赞在B 站。

https://www.bilibili.com/video/BV1DZ421q7JW/

 

7：如有感兴趣的小伙伴，可联系：13292792688，一起学习！