万用表模块共有四个功能：测电压、测电流、测电阻(2K/30K档)，以及二极管档功能。其中二极管档与电阻档30K档复用硬件，下面我们来依次讲解：

一、挡位切换

由于板子空间极为受限，只够塞得下一组香蕉头，为了协调“数控电源”、“电压表”、“电阻表”、“电流表”，我们必须进行选通控制，因此就有了上图的设计~

对于红表笔，数控电源部分的防倒灌设计（mx5050t + Mos管）刚好构成一个开关，万用表的每个功能都分别使用一个大电流光耦隔开。需要用哪一个功能，就打开哪一个开关，联通红表笔即可~

对于黑表笔，对于数控电源部分，由于需要流过大电流，因此使用栅极驱动芯片 + Mos管 的组合；对于万用表，仅有电流表和电阻表需要接到模拟地，不需要过大电流，因此一个普通的Nmos即可达成要求~

这里铺垫一个前提：mx5050t + Mos管构成的开关并不理想，根据mx5050t的数据手册，在关断状态下，mx5050t为 红表笔端 -> 电源端提供了一个2mA的路径，电源端还接了一个500欧的输出泄放电阻（可开关），在万用表的所有挡位中，除了电流表外均开启。

二、电压表

电压表的硬件还是很简单的：前级先经过47K+2.2K的电阻网络分压，将压差从设计的±36V降低到±1.61V；后级的U56.1、U56.2、U56.4构成一个放大倍率为1的仪表放大器，同时将输出抬升1.65V（DMM_VREF）。这样，最终的输出就是1.65±1.61 = 0.04~3.26V，经过ADC读取后就可以换算出真实的电压差~

需要注意的是，在表笔什么都没有接时，红端和黑端都是悬空的！这时候就需要有东西来泄放由运放Ib引起的浮空电压。对于红表笔来说，前面铺垫提到的，则构成了一条 红端-> 500Ω -> PGND -> AGND的泄放路径；黑端则需要补充一个1K的电阻。

但是不得不说，这样做的代价就是万用表的前端阻值太低了！在测量阻抗偏高的电压时（带载能力弱），测量值会偏低。

三、电流表

电流表的设计没什么好讲的，由于光耦的带载能力限制，我们的电流测量上限只能给到2A。电路原理很简单：电流流过15mΩ电阻产生压降，TP181将压降放大50倍后，叠加1.65V的直流偏置（用来实现测负电压）输出到DAC测量。我们简单算一下：

四、电阻表

电阻表就更简单了，电阻分压算电阻嘛，知道总电压、知道基准电阻阻值、知道待测电阻电压，阻值自然是能计算的。

不过需要注意的是，这里依旧借用了前面“铺垫”处提到的泄放电路来稳定电压，但是代价就是测量范围受限。

五、软件讲解

万用表的ADC数据处理是实现高精度、稳定测量的核心环节，采用定时器触发+DMA多通道同步采集的硬件架构，搭配解交错、去极值滤波、过采样升精度、硬件校准、IIR平滑滤波的五级软件处理流程，将STM32内置12位ADC的原始采样数据，转化为精准、无抖动的电压/电流/电阻物理测量值。

5.1 采集初始化配置

在启动数据处理前，先完成ADC DMA采集与触发定时器的基础配置，为自动化、同步化采样提供硬件支撑：

// 全局变量 - ADC原始数据缓存
// 三个通道，每个通道200个采样点，总计600个数据
volatile uint16_t dmm_adc_raw_buf[600] = {0};
// 启动ADC DMA采集（600个数据）
HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t *) dmm_adc_raw_buf, 600);
// 配置定时器8：20Khz触发（预分频0，自动重装7199）
__HAL_TIM_SET_PRESCALER(&htim8, 0);
__HAL_TIM_SET_AUTORELOAD(&htim8, 7200 - 1);
AdcTim_ON();                             // 开启ADC触发

• 缓存定义：dmm_adc_raw_buf为600字节的易失性数组，存储3个测量通道×200个采样点的交错原始数据，volatile防止编译器优化，保证DMA数据实时同步。
• DMA采集：启用ADC DMA模式，自动将采样结果搬运至缓存，无需CPU逐次读取，解放主控资源。
• 定时器触发：TIM8配置为20kHz触发频率，固定采样周期，确保电压、电流、电阻三通道采样时序严格同步，避免时序误差。

5.2 ADC转换完成回调（核心数据处理）

当DMA完成600个数据搬运后，触发CB_DMM_ADC_ConvCpltCallback回调函数，进入完整的数据处理流程，处理完成后重启采集，实现循环测量。

5.2.1 暂停采集与数据解交错

ADC多通道扫描模式会按通道0→通道1→通道2的顺序交错存储数据，需先拆分数据并暂停采集，防止缓存被覆盖：

AdcTim_OFF(); // 关闭ADC触发定时器

// 1. 解交错：将600个交错数据拆分为3个通道各200个点
uint16_t ch1_data[200]; // 电压通道
uint16_t ch2_data[200]; // 电流通道
uint16_t ch3_data[200]; // 电阻通道
int idx = 0;
for (int i = 0; i < 600; i += 3) {
    ch1_data[idx] = dmm_adc_raw_buf[i];    // 通道2（电压）
    ch2_data[idx] = dmm_adc_raw_buf[i+1];  // 通道1（电流）
    ch3_data[idx] = dmm_adc_raw_buf[i+2];  // 通道0（电阻）
    idx++;
}

• 暂停触发：数据处理期间关闭定时器触发，避免新采样数据覆盖缓存，保证数据完整性。
• 解交错：将连续的交错采样数据，按通道拆分到三个独立数组，每个通道得到200个纯净采样点。

5.2.2 排序去极值滤波（去毛刺）

针对环境电磁干扰、电源噪声产生的尖峰数据，采用排序+剔除极值的方式消除毛刺：

// 2. 排序（用于后续去毛刺）
qsort(ch1_data, 200, sizeof(uint16_t), compare_uint16_ternary);
qsort(ch2_data, 200, sizeof(uint16_t), compare_uint16_ternary);
qsort(ch3_data, 200, sizeof(uint16_t), compare_uint16_ternary);

// 3. 求和（去毛刺：去掉前4和后4个极值）
uint32_t ch1_sum = 0, ch2_sum = 0, ch3_sum = 0;
for (uint8_t i = 4; i < 196; i++) {
    ch1_sum += ch1_data[i];
    ch2_sum += ch2_data[i];
    ch3_sum += ch3_data[i];
}

• 快速排序：将200个采样点从小到大排序，极值会集中在数组首尾位置。
• 剔除极值：去掉前4个最小值和后4个最大值，仅保留中间192个有效数据，彻底滤除尖峰噪声干扰。

5.2.3 过采样升精度（12位→14位）

STM32内置ADC为12位精度，通过过采样+右移算法，软件提升至14位高精度：

// 4. 过采样到14bit + 均值滤波（192个数据求和后/12）
uint16_t ch1_14bit = 0, ch2_14bit = 0, ch3_14bit = 0;
ch1_14bit = (ch1_sum >> 2) / 12;
ch2_14bit = (ch2_sum >> 2) / 12;
ch3_14bit = (ch3_sum >> 2) / 12;

• 过采样原理：12位ADC（0~4095）通过4倍过采样右移2位，精度升级为14位（0~16383）。
• 均值滤波：192个有效数据求和后除以12，进一步平滑数据，大幅提升测量分辨率。

5.2.4 硬件校准与物理量转换

将14位ADC数字量，结合硬件校准参数，线性转换为实际电压、电流、电阻物理值：

// 5. 校准计算（转换为实际物理值）
// 电压校准
int32_t temp1 = (int32_t)ch1_14bit - (8192 - UserParam.DMM_Voltage_Original);
float raw_voltage = (float) temp1 * (3.3f / 16383.0f) * (temp1 >= 0
                                                       ? UserParam.DMM_Voltage_Factor_R
                                                       : UserParam.DMM_Voltage_Factor_B);
// 电流校准
int32_t temp2 = (int32_t)ch2_14bit - (8192 + UserParam.DMM_Current_Original);
float raw_current = (float) temp2 * (3.3f / 16383.0f) * UserParam.DMM_Current_Factor;

// 电阻校准
int16_t Res_Original;
dmm_res_mode == DMM_RES_MODE_200 ? Res_Original = UserParam.DMM_Res_R200_Original : (Res_Original = UserParam.DMM_Res_R2K_Original);
float raw_resistance_voltage = (float)(ch3_14bit + Res_Original) * (3.3f / 16383.0f);

• 零点校准：扣除硬件偏移参数（Original），补偿运放、分压电阻的硬件误差。
• 量程适配：电压分正负量程、电阻分200Ω/2kΩ量程，匹配万用表多档位测量需求。
• 线性转换：基于3.3V ADC参考电压，将数字量精准转换为真实物理量。

5.2.5 IIR一阶平滑滤波

通过无限脉冲响应（IIR）滤波，抑制高频噪声，让测量值无抖动、平滑输出：

// 6. IIR滤波
DMM_Voltage = iir_filter(raw_voltage, iir_prev_voltage, IIR_ALPHA_VOLTAGE);
DMM_Current = iir_filter(raw_current, iir_prev_current, IIR_ALPHA_CURRENT);
DMM_Resistance_Voltage = iir_filter(raw_resistance_voltage, iir_prev_resistance, IIR_ALPHA_RESISTANCE);

// 7. 更新滤波历史值
iir_prev_voltage = DMM_Voltage;
iir_prev_current = DMM_Current;
iir_prev_resistance = DMM_Resistance_Voltage;

• 滤波原理：结合当前测量值与历史滤波值加权计算，兼顾响应速度与稳定性。
• 独立系数：电压、电流、电阻使用专属滤波系数，适配不同物理量的测量特性。

5.2.6 重启采集，循环工作

数据处理完成后，重新开启定时器触发，进入下一轮采样→处理循环：

AdcTim_ON(); // 重新开启ADC触发定时器

5.3 模块总结

本ADC数据处理模块是万用表实现高精度测量的核心：

效果层面：将STM32 12位ADC软升级为14位高精度测量，输出稳定、无抖动的电压/电流/电阻值，完全满足手持万用表的实用测量需求。

硬件层面：定时器触发+DMA搬运，实现三通道同步自动化采样，不占用CPU资源。

算法层面：通过解交错、去极值、过采样、校准、IIR滤波五级处理，消除噪声、提升精度、补偿硬件误差。

偷懒用ai~嘿嘿