1、簡介

基于N32G430C8L7+INA199制作的USB電壓電流表。

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2、工程說明

由于是復刻官方案例（視頻鏈接：BV1ha411o72i），本身對精度方面不了解，且可能器材規格不一樣，不對精度進行描述。

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3、特性

• 0.91寸OLED屏幕，顯示效果清晰小巧；
• 配有WS2812B彩燈，且可以通過按鈕控制

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4、硬件部分

硬件部分介紹摘自官方案例（官方案例），可能與實際不符

• 主控

N32G430C8L7 微控制器產品采用高性能 32 位 ARM Cortex?-M4F 內核，集成浮點運算單元（FPU）和數字信號處理（DSP），支持并行計算指令。最高工作主頻 128MHz，集成高達64KB片內加密存儲Flash，并支持多用戶分區權限管理，支持16KB 的嵌入式 SRAM。內置一個內部高速 AHB 總線，兩個低速外設時鐘總線 APB 及總線矩陣，支持40個可復用 I/Os，提供豐富的高性能模擬接口，包括1個12位 4.7Msps ADC，支持16個外部輸入通道和3個內部通道，同時提供多種數字通信接口，包括 4個U(S)ART、2個I2C、2個SPI/I2S、1個CAN 2.0B通信接口。N32G430C8L7 微控制器產品可穩定工作于-40°C 至+105°C的溫度范圍，供電電壓2.4V至3.6V，提供多種功耗模式供用。
本次案例使用的資源不多，使用內部的時鐘已經開源滿足設計需求，所以無需外接時鐘電路。需要注意的是芯片的每個電源的引腳都需要額外接一個100nF的外接的濾波電容，芯片的1腳需要額外接4.7uf的濾波電容。

• USB輸入/輸出

USB輸入端使用的是一個Type-A的公頭，輸入的是5V的電壓，此接口最大支持3A的輸出，再大一點就有點發熱了，建議不要超過3A的電流，如需使用更大的電流，請更換Type-A的公頭。

USB輸出端使用的是一個4P沉板的母座，為了適配公版外殼使用，這個母座最大的額定電流是1.5A,實測到2.5A，但不適合長期工作在這個電流下，如需使用更大的電流，請自行更換。

• 電流采樣

電流采樣部分的是INA199B1DCKR電流感應放大器，（也稱為電流傳感放大器）常用于過流保護、針對系統優化的精密電流測量或閉環反饋電路。該系列器件可在獨立于電源電壓的–0.3V至 26V共模電壓下感應分流電阻器上的電壓降。共有三種固定增益可供選擇：50V/V、100V/V和 200V/V。該系列器件采用零漂移架構，偏移較低，因此在進行電流感測時能夠將分流電阻器兩端的最大壓降保持在最低10mV的滿量程。參數如下：

共模范圍：–0.3V至26V

偏移電壓：±150μV（最大值）

支持 10mV 滿量程分流壓降

靜態電流：100μA（最大值）

• 采樣電阻選擇

在電流路徑中以串聯的方式插入一個低阻值的檢測電阻會形成一個小的電壓降，該壓降可被放大從而被當作一個正比于電流的信號。然而，根據具體應用環境和檢測電阻的位置，這種技術將對檢測放大器造成不同的挑戰。一般采樣電阻的電阻值在1歐姆以下，屬于毫歐級無感應電阻，但有些電阻，有采樣電壓等要求，必須選擇大電阻值電阻，但電阻基數大，誤差大。在這種情況下，需要選擇高精度的無感應電阻(可達到0.01%精度，即萬分之一精度)，使取樣數據非常可靠。貼片的超低電阻值電阻(0.0005歐姆、2毫歐、3毫歐、10毫歐等)、貼片合金電阻、大功率電阻(20W、30W、35W、50W、100W)等產品，溫度系數為正負5PPM。

采樣方式

此采樣使用的是低邊采樣的方式，也就是采樣電阻接在GND的回路上，此設計可以在差分信號送入運放的時候，運算完整的差分、跟隨、放大、輸出。如果使用高邊采樣，也就是采樣電阻放置在電源和負載之間的高位，雖然這種放置方式不僅消除了低邊檢測方案中產生的地線干擾，還能檢測到電池到系統地的意外短路，但是高邊檢測要求檢測放大器處理接近電源電壓的共模電壓。這種共模電壓值范圍很寬，從監視處理器內核電壓要求的電平(約1V)到在工業、汽車和電信應用常見的數百伏電壓不等。應用案例包括典型筆記本電腦的電池電壓(17到20V)，汽車應用中的12V、24V或48V電池，48V電信應用，高壓電機控制應用，用于雪崩二極管和PIN二極管的電流檢測以及高壓LED背光燈等。因此，高邊電流檢測的一個重要優勢，那就是檢測放大器具備處理較大共模電壓的能力。
所以，采樣電阻加運放的電流采樣方法，最好是在低端進行。雖然，低端采樣，由于共地干擾的原因會影響信號的紋波情況。但是相對高端來說，方案簡單易行，成本低，可靠度高。

說明：?如果INA199B1DCKR的庫存不足，可以更換INA199A3DCKT此款芯片，需要注意的是，INA199B1DCKR的放大倍率是50，使用其他倍率的需要重新修改程序校準。

• 電壓采樣

電壓采樣部分由兩顆電阻構成的分壓電路組成，其原理就是電阻串聯分壓的知識，其典型的電路如下：

5、軟件部分

對于電流表檢測顯示部分，在官方案例的基礎上進行改動，改動參考視頻：【USB電壓電流表】訓練營總結?

對于WS2812B彩燈控制部分，目前只能點亮一個小燈，能力和工具都有限，代碼不進行上傳了。

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6、大賽LOGO驗證