LCD1602 automatic range 100V10A voltage and ammeter

新人第一次开源，请大佬们多多指教！
特性：
多量程设计，最大限度利用ADC，成本较低的同时可以获得较高的精度
可以在校准时设置导线电阻值来大概地修正导线的压降，压降可正可负
自动切换量程，自动移动小数点
功率、电阻、时间、容量以及能量显示
体积较小，PCB尺寸与LCD1602大小相同
量程：0V~100V，0~10A
使用75mV分流器
单按键操作
低成本
宽电压供电：7V~35V
供电反接保护
 
 
 
参数：
供电电压（VCC）：7V~35V，建议不超过30V
工作电流：大约30mA
测量电压（VIN）：0.000V~100.0V，分5V、10V、50V、100V四个电压量程，自动移动小数点
测量电流（AIN）：0.000A~10.00A，分3.8A和10A两个电流量程，自动移动小数点
刷新率：每秒5次
功率计算：0.000W~999.9W，自动移动小数点
电阻计算：0.000Ω~99999Ω，自动移动小数点
时间统计：00:00:00~99:99:99
容量统计：0.000Ah~999.9Ah，自动移动小数点
能量统计：0.000Wh~999.9Wh，自动移动小数点
 
 
 
接线：
参考这张经典图片，图片上的“供电”对应板子上的"VCC"，"V+"对应"VIN"，"A+"对应"AIN"。
 
 
 
物料购买：
单片机可以使用STC8H3K32S2、STC8H3K48S2或STC8H3K64S2
LCD1602的对比度可调电阻用立式蓝白可调电阻
使用了7.5mΩ的2512合金电阻作分流电阻，当然，如果你是土豪，也可以使用精度和温飘更优秀的大分流器（非必要），如：
（注意要选择10A 75mV的）
PCB右端的电流输入处可以焊接引脚间距为5mm或9.5mm的2P接线端子，如：
（此为引脚间距5mm的）
（此为引脚间距9.5mm的）
焊接9.5mm端子的效果如下图：
按键端（KEY）接地为按键按下，可以用线引出
PCB上的U4和U6是贴片和直插两种不同封装的TL431,选择一种焊接就好
每个表头需要M3螺母、M3*5螺丝和M3*10+6铜柱各4个
 
 
 
关于焊接：
焊接时按先贴片后直插，元器件从矮到高的顺序焊接，单片机是TSSOP-20封装的，比较难焊，有条件的可以使用锡膏和热风枪
电流输入端要过大电流，建议多上点锡
R1和R2为0欧电阻，可以直接一坨锡
 
 
 
下载与校准：
下载时选择IRC频率为11.0592MHz，如果使用的是STC8H3K64S2，设置用户EEPROM大小至少为0.5K，至多为40K。（可是最小也有0.5K啊）
校准工具：可调电源、一个你信得过的万用表
下载完程序后，程序检测到没有校准数据，会自动进入校准模式，显示“CAL_MODE”。
等待约3秒后，进入电压零点校正。"Zero:"后的数字是此时电压通道的AD值。这时，VIN在悬空时可能会有1~3的底数，建议保留。短按按键确认并进入下一步。
VIN短接到地后又归零了，但悬空后又有底数了，即使不引出线也是这样，望大佬解惑。（也许是PCB布线的问题？）
进入电流零点校正。这时，AIN在悬空时可能会有1~3的底数，建议保留。短按按键确认并进入下一步。
AIN短接到地后也归零，再次悬空后又有底数了，望大佬解惑。（也许也是PCB布线的问题？）
此时进入到电压分量程校准部分。下图为菜单解释。
短按按键执行光标位置的功能。长按按键一秒后，下菜单光标以每秒一个选项的速度开始滚动。
滚动效果如下图：
万用表调到电压挡位并与可调电源并联后并联到本表头的VIN端。本电压电流表的电压测量分4个量程，电压量程3（5V）、电压量程2（10V）、电压量程1（50V）、电压量程0（100V）（括号内为该量程的最大电压）。VIN输入此时的电压量程的最大电压内的电压。输入电压建议为满量程的5%~90%之间。对照万用表，调节表头显示的电压。注意：校准时保持AD值小于4095，大于等于4095则意味着超量程了，这时校准是没有用的，电压电流都一样。
分别校准完4个电压量程后，断开表头、可调电源和万用表的连接。万用表调到电流挡位并与可调电源串联后串联到本表头的AIN端。本电压电流表的电流测量分2个量程，电流量程1（3.8A）、电流量程0（10A）（括号内为该量程的最大电流）。AIN输入此时的电流量程的最大电流内的电流。输入电流建议为满量程的5%~90%之间。对照万用表，调节表头显示的电流。注意：校准时保持AD值小于4095，大于等于4095则意味着超量程了，这时校准是没有用的，电压电流都一样。
分别校准完2个电流量程后，进入导线电阻设置菜单。导线电阻值用于电压补偿，可正可负，正时电压减去电流乘导线电阻，可以用于可调电源；负时反之，可以用于电子负载。屏幕左上角为补偿后的电压值。此时电压量程恒为电压量程3（5V）。当电流和线阻都不为零时，即线损补偿起作用时，“V”增加下划线。
示例：导线电阻约为66mΩ，导线末端短路，通过1A电流。
未设置线阻时：
设置线阻为正时：可以用于可调电源，真实反映输出端的电压。此时线损补偿起作用，“V”增加下划线。
设置线阻为负时：可以用于电子负载，真实反映输入端的电压。此时线损补偿起作用，“V”增加下划线。
设置完导线电阻后，单片机开始向内部EEPROM写入校准数据（实际是把一部分Flash当EEPROM使用）。若写入成功，则显示下图字样：
并在约4秒后自动重启，进入正常工作模式。
 
若写入失败，则显示“Flash Error!!!”，表头会在约4秒后自动重启。建议检查供电、重新下载程序或更换单片机。
 
 
 
操作说明：
给表头上电，自动进入正常工作模式。
当电流和线阻都不为零时，即线损补偿起作用时，“V”增加下划线。屏幕左侧电压、电流显示不变。短按按键，屏幕右侧在显示功率、电阻，显示容量、时间，显示能量、时间之间来回切换。
显示功率、电阻：电流为零时，电阻显示“NoLoad”。
显示容量、时间：
显示能量、时间：
在显示容量、时间和显示能量、时间时长按按键2秒后，容量、能量和时间清零，并一直保持为零，直到松开按键。
在显示功率、电阻时长按按键2秒后，进入版本菜单，短按退出
按住按键再上电，进入校准模式。校准步骤参照下载与校准：
电阻测量展示：此时设置线阻为60mΩ
10Ω
100Ω
1000Ω
 
 
 
量程切换的原理：
电压量程切换：通过MOS管选择不同的分压电阻，实现不同的分压比例，以实现切换量程。
问：在小量程时接入大电压不会把单片机淦坏吗？
答：不会，STC8H的IO口有保护二极管，电压会被钳位，除非R7短路。
 
问：那为什么不加一个肖特基二极管来起到双重保护的作用呢？
答：肖特基二极管的漏电流太大，加了之后电压会有几十毫伏的底数。
 
问：切换量程会影响测量大电压的速度吗？
答：会，但很小。下图为测量60Ｖ电压时与ＶＣ99的速度比较
 
问：切换量程时电压不会抖动吗？
答：会，但是我已经在程序里将抖动屏蔽掉了。
 
电流量程切换：还是一样的套路，通过MOS管选择不同的分压电阻，实现不同的放大倍数，以实现切换量程。
 
 
 
成本计算：
可以看出，本表头有成本较低的优势。
 
 
 
用料可以缩水的地方：
（奸商狂喜）
回过头来，发现有些元器件大概率是冗余的，可以省略。
以下元器件可以不焊：C6,C7,C9,C12,C15,C16，以下元器件可以通过修改PCB来直接短接：R1,R2,R3,R17,R22，精密运放SGM8551可以换成更便宜的GS8551、OPA336或TP5551，缩水后的PCB如图：
经过测试，发现短期以内性能几乎没有变化
缩水后的成本：
（其实负压电路也可以省去，运放的-Vs直接接地，不过省去后小电流的测量精度可能会降低）
注意：缩水后不保证性能不会下降！
 
 
 
后记：
本项目是用周末和放假时间赶出来的，经历了一个学期和半个寒假。
因本人技术拙劣，如果有错误的地方，欢迎在评论区里指出