一、直流电压表工作原理

1. 整体原理框图

被测直流电压Vin(4~100V) → 电阻分压网络 → RC滤波+保护电路 → MCU内置ADC采样 → MCU数值换算 → 动态扫描3位数码管显示。
需要注意的是，普通直流电压表由硬件固定分压比例、软件固定换算系数，不预留电位器校准、不预留按键校准参数，出厂无校准工序，依靠电阻标称精度保证误差。

2. 核心原理拆解

（1）高压分压
利用电阻串联分压，把最高100V直流降压至MCU ADC允许输入范围（0~VDD，典型0~5V）。
公式：


分压比例设计目标：100V输入 → ADC最大输入≈4.8V（预留余量，防止过压击穿）。

（2）信号保护与滤波
ADC输入端并联5.1V双向稳压管/TVS；RC低通滤除电源纹波、尖峰干扰，避免读数跳动。

（3）ADC采集与换算
MCU读取ADC原始采样值，结合分压比例、ADC参考电压，反推原始输入电压。


EN8F1811为12bit ADC，0~4095。

（4）3位数码动态扫描

3位7段数码管，段选共用IO，位选独立IO；定时器循环逐位点亮，利用视觉暂留实现同时显示。量程4.00~99.9V（3位数码常规规格，小数点固定在第二位：XX.X V）。

3. 无校准方案固有的误差来源
- 分压电阻公差（5%/1%电阻是最大误差源）
- MCU内部参考电压漂移（选用VDD作参考时，供电电压波动引入误差）
- 电阻温漂、PCB漏电流、ADC微分非线性

低成本方案一般控制整机误差±2%~±3%，满足普通工控、蓄电池监测场景，不适合精密测量。

二、EN8F1811数显电压表方案

1. EN8F1811用到哪些资源

- Flash：2K×16bit；EEPROM：256Byte；SRAM：256Byte
- 12bit ADC，多路模拟输入
- 内置高速RC振荡器；支持定时器中断，适合数码管动态扫描
- 封装选用 SOP16，IO资源充足；SOP8引脚紧张不推荐。
- 供电：5V直流供电（外部隔离稳压，由被测4~100V输入降压供电）

2. 系统架构模块

1）电源模块：4~100V DC → 隔离/非隔离降压 → 5V给MCU+数码管供电
2）高压采样分压+保护电路
3）EN8F1811主控（ADC采集+数码管驱动）
4）3位共阴极数码管动态显示

3. 硬件电路详细设计

（1）供电电路

输入：DC 4~100V
方案：选用宽压DC-DC降压模块（如QX2303/FP6291宽压版本），输出稳定5V；
> 禁止直接电阻降压供电，负载变化时电压波动会造成ADC参考漂移，读数飘移。

（2）高压分压采样电路（4~100V）

分压比例设计：目标：Vin=100V → Vadc=4.8V
计算分压比 K = 100 / 4.8 = 20.833倍
推荐阻值：
Rupper = 208kΩ ，Rlower = 10kΩ

总电阻218kΩ，静态功耗小；优先选用1%金属膜电阻，降低基础误差（5%电阻整机误差会超过±3%）。

电路拓扑：
Vin+ → Rupper(208k) → ADC采样节点 → Rlower(10k) → Vin-(GND)

采样节点：
① 串联100Ω限流电阻进入MCU ANx引脚
② 并联 5.1V稳压二极管（防止高压冲击损坏MCU）
③ 并联 0.1uF电容 → RC低通滤波，抑制读数抖动

（3）EN8F1811引脚分配（SOP16，共阴极数码管）

目标：段选8根(a~g,dp) + 位选3根(DIG1 DIG2 DIG3) + 1路ADC，合计12IO。
- PA0 ~ PA7：段选 a,b,c,d,e,f,g,dp；每段串联220Ω限流电阻
- PB0：DIG1（百位）
- PB1：DIG2（十位）
- PB2：DIG3（个位）
- PB3(AN3)：ADC电压采样输入

剩余IO悬空，可预留功能（本例无校准，无需按键）

驱动说明：共阴极数码管
- 段选IO输出高电平 → 段点亮
- 位选IO输出低电平 → 选中当前数码管
位选IO灌电流较大，如MCU驱动不足，可增加S8050 NPN三极管扩流。

（4）ADC参考电压选择（无校准方案最优选择）

EN8F1811 ADC两种参考：
1. VDD（5V电源）：硬件最简单，无需外部基准；为本方案选用
2. 内部2.4V参考：分压需要重新匹配，成本不变，优势不大

计算公式固化（软件固定系数，无校准参数）
V_{in}=ADC_{raw} \times 5000 \div 4096 \times 218 \div 10
输出单位：mV，程序再换算成 X.XX V 显示（范围4.00~99.9V）

低于4.0V输入时，屏幕显示“----”或最低值4.00；高于100V可以显示99.9或者闪烁告警。

4. 软件方案设计（汇编/C语言均可）

（1）软件核心流程

1. 上电初始化：IO方向、ADC模块、定时器、看门狗
2. 定时器0中断：数码管动态扫描（3ms切换一位，刷新率>100Hz，无闪烁）
3. 主循环：
   - 多次ADC采样（连续8次采样取平均值，降噪，减少跳动）
   - 原始ADC值运算，换算电压
   - 限幅处理：4.00V下限，99.9V上限
   - 拆分百位、十位、个位，生成段码，送入显示缓冲区

（2）关键软件策略【适配无校准需求】

1. 无任何校准参数存入EEPROM，无校准触发逻辑
2. 滑动平均滤波：连续8次ADC采样剔除极值平均，低成本解决电压波动抖动，代替硬件滤波。
3. 显示格式固定：X.XX V，小数点固定在第一位数字后方。
4. 边界处理：
   Vin < 4.00V → 显示4.00
   Vin >99.9V → 显示99.9（可选数字闪烁提示超量程）

（3）数码管扫描逻辑

建立共阴极段码表；开辟3字节显示缓存；定时器中断轮流拉低位选，输出对应段码；扫描结束关闭段选再切换位选，消除鬼影。

5. BOM成本

1. 分压电阻优先 0805 1%金属膜；追求极致成本可用5%碳膜，误差放大；
2. 数码管选用0.36寸红色3位一体共阴极；
3. 电源选用宽压DC-DC，放弃线性稳压（压差大发热严重）；
4. 不使用运放缓冲，直接分压进ADC，节约成本（本方案最大简化）；
缺点：分压网络阻抗高，ADC输入漏电流引入微小误差，普通场景可接受。

6. 风险与优化方案

风险1：供电5V波动造成读数漂移（VDD作参考电压固有缺陷）
改善方案：
可选升级方案：外部增加TL431提供稳定2.5V基准作为ADC参考，硬件复杂度上升；如果客户对精度要求不高，维持VDD方案。

风险2：高压输入反接损坏电路
优化：输入端串联防反二极管、增加自恢复保险丝。

风险3：无校准，批次之间误差分散
管控方案：来料筛选分压电阻，同一批次配对阻值，缩小分压比离散度；PCB布局两支分压电阻紧邻，温度同步，降低温漂误差。

三、可选升级拓展（后期如需增加校准，不改动硬件）

当前需求：无校准，软件不实现；
若后续改版需要校准，硬件不变，仅软件增加：
1. 增加按键IO；
2. EEPROM存储修正系数；
3. 上电校准模式，接入标准电压写入增益偏移参数。

四、直流电压表指标预估

1. 测量范围：DC 4.00V ~ 99.9V
2. 显示：3位数码管，分辨率0.01V
3. 整机误差：选用1%电阻条件下 ±2.5%FS
4. 供电：DC4~100V自取电
5. 刷新速率：5次/秒