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1? 項(xiàng)目功能

基于N32G40C8L7+INA199A1的電流表。

基礎(chǔ)電流表版本支持5v快充，最大輸入電壓6V，最大輸入電流2A。使用了0.91oled單色屏實(shí)時(shí)顯示電流，電壓，功率的數(shù)值，不具備拓展功能。

進(jìn)階電流表版本支持快充，pd誘騙，最大輸入電壓20V，最大輸入電流3A。使用了0.96寸彩色lcd實(shí)時(shí)顯示電流，電壓，功率的數(shù)值，以及可以實(shí)時(shí)顯示電流，電壓，功率變化趨勢(shì)曲線。

PS：本人屬于小白一個(gè)，工程有不對(duì)的地方歡迎在評(píng)論區(qū)中指出，不喜勿噴！謝謝各位大佬！

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2? 硬件部分

2.1? N32最小系統(tǒng)

N32G430C8L7 微控制器產(chǎn)品采用高性能 32 位 ARM Cortex?-M4F 內(nèi)核，集成浮點(diǎn)運(yùn)算單元（FPU）和數(shù)字信號(hào)處理（DSP），支持并行計(jì)算指令。最高工作主頻 128MHz，集成高達(dá)64KB片內(nèi)加密存儲(chǔ)Flash，并支持多用戶分區(qū)權(quán)限管理，支持16KB 的嵌入式 SRAM。內(nèi)置一個(gè)內(nèi)部高速 AHB 總線，兩個(gè)低速外設(shè)時(shí)鐘總線 APB 及總線矩陣，支持40個(gè)可復(fù)用 I/Os，提供豐富的高性能模擬接口，包括1個(gè)12位 4.7Msps ADC，支持16個(gè)外部輸入通道和3個(gè)內(nèi)部通道，同時(shí)提供多種數(shù)字通信接口，包括 4個(gè)U(S)ART、2個(gè)I2C、2個(gè)SPI/I2S、1個(gè)CAN 2.0B通信接口。N32G430C8L7 微控制器產(chǎn)品可穩(wěn)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。

本次案列使用的資源較少，不必接外部晶振。同時(shí)根據(jù)國(guó)民技術(shù)給出的參考資料來(lái)看每個(gè)電源引腳需要接100nf的電容來(lái)進(jìn)行濾波，引腳1需要接4.7uf電容。

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此外除了外接時(shí)鐘電路，濾波電容之外，構(gòu)成單片機(jī)最小系統(tǒng)還差復(fù)位電路跟boot電路。復(fù)位電路跟boot電路沒(méi)有采用按鍵來(lái)進(jìn)行拉高或拉低，其是為了降低按鍵在pcb上占用面積，所以選用了兩個(gè)焊點(diǎn)來(lái)代替按鍵。

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2.2? 燒錄接口

燒錄接口選擇排針與pwlink進(jìn)行連接，同時(shí)保留串口。不過(guò)在5v基礎(chǔ)版本中可以選擇可以將直插排針換成彎插排針。

如何使用PWlink下載程序呢？首先打開Keil，再打開魔術(shù)棒，再Debug里面，我們選擇第三個(gè) "DAP",然后點(diǎn)擊“ok”就行了。那為什么不用串口燒錄呢？根據(jù)眾多群友證明，N32的串口下載極不穩(wěn)定！為了節(jié)省時(shí)間，便于調(diào)試。使用各種link來(lái)下載調(diào)試程序是最佳的選擇。

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2.3? 電壓轉(zhuǎn)換

基礎(chǔ)版本的電壓轉(zhuǎn)換與官方案列選擇的器件相同：XC6220，這款線性穩(wěn)壓器作為5v轉(zhuǎn)3.3v的轉(zhuǎn)換器。但是22uf的電容有點(diǎn)小貴，不介意器件數(shù)量的話其實(shí)可以換成兩個(gè)并聯(lián)的10uf電容。

進(jìn)階版本的電壓轉(zhuǎn)換選擇了dcdc的降壓方案，由于官方提供的dcdc降壓芯片：BL9342，在官方案列提供的原理圖的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，BL9342的啟動(dòng)電壓在6v，但在觸發(fā)快充的情況下5v可以啟動(dòng)這個(gè)芯片。所以為了不在快充情況下也能啟動(dòng)DCDC，這里采用了RT8259進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，在其典型應(yīng)用電路中，電壓輸入范圍為4.5v-24v，但在高電壓的情況RT8259發(fā)熱情況嚴(yán)重。

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2.4? 電壓采樣

電壓采樣部分由兩顆電阻構(gòu)成的分壓電路組成，其原理就是電阻串聯(lián)分壓的知識(shí)。

由于在立創(chuàng)商城買90kΩ的電阻，錯(cuò)買成了390kΩ的電阻了。將程序中將VOLTAGE_FACTOR調(diào)整為4，解決問(wèn)題。

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2.5? 電流采樣

官方推薦電流采樣為INA199B1DCKR電流感應(yīng)放大器，但由于立創(chuàng)商城缺貨，在這里將其改為INA199A1DCKR，其各項(xiàng)參數(shù)與前者幾乎相同，可以平替前者。

采樣方式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(shè)計(jì)可以在差分信號(hào)送入運(yùn)放的時(shí)候，運(yùn)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(fù)載之間的高位，雖然這種放置方式不僅消除了低邊檢測(cè)方案中產(chǎn)生的地線干擾，還能檢測(cè)到電池到系統(tǒng)地的意外短路，但是高邊檢測(cè)要求檢測(cè)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(jiān)視處理器內(nèi)核電壓要求的電平(約1V)到在工業(yè)、汽車和電信應(yīng)用常見(jiàn)的數(shù)百伏電壓不等。應(yīng)用案例包括典型筆記本電腦的電池電壓(17到20V)，汽車應(yīng)用中的12V、24V或48V電池，48V電信應(yīng)用，高壓電機(jī)控制應(yīng)用，用于雪崩二極管和PIN二極管的電流檢測(cè)以及高壓LED背光燈等。因此，高邊電流檢測(cè)的一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)，那就是檢測(cè)放大器具備處理較大共模電壓的能力。
?所以，采樣電阻加運(yùn)放的電流采樣方法，最好是在低端進(jìn)行。雖然，低端采樣，由于共地干擾的原因會(huì)影響信號(hào)的紋波情況。但是相對(duì)高端來(lái)說(shuō)，方案簡(jiǎn)單易行，成本低，可靠度高。（復(fù)制于官方）

進(jìn)階版本的采樣電路：

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2.6 使用撥輪式旋轉(zhuǎn)編碼器選擇PD誘騙電壓

在這里選擇撥輪式旋轉(zhuǎn)編碼器代替了傳統(tǒng)的按鍵，其硬件電路如下所示。

根據(jù)數(shù)據(jù)手冊(cè)可知，該編碼器在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)輸出的波形跟霍爾編碼器類似，所以在軟件中采用中斷比較電平的方式進(jìn)行判斷其的正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)。經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試，中斷方式選擇上升下降沿觸發(fā)時(shí)編碼器輸出的結(jié)果較為穩(wěn)定。

使用CH224K進(jìn)行PD誘騙，CH224K具有集成 USB PD 等多種快充協(xié)議，支持 PD3.0/2.0，BC1.2 等升壓快充協(xié)議，自動(dòng)檢測(cè)VCONN 及模擬 E-Mark 芯片，最高支持 100W 功率，內(nèi)置 PD 通訊模塊，集成度高，外圍精簡(jiǎn)。集成輸出電壓檢測(cè)功能，并且提供過(guò)溫、過(guò)壓保護(hù)等功能。可廣泛應(yīng)用于各類電子設(shè)備拓展高功率輸入如無(wú)線充電器、電動(dòng)牙刷、充電剃須刀、鋰電池電動(dòng)工具等各類應(yīng)用場(chǎng)合。CH224K在高電壓情況下發(fā)熱較大，進(jìn)行布局職意散熱。

CH224K與MCU連接時(shí)的電平配置如下

CH224K的硬件電路如下所示：

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2.7? 顯示部分

基礎(chǔ)版本采用0.91寸的oled白色顯示屏幕。

顯示效果：

進(jìn)階版本采用的是中景園0.96寸彩色lcd（插接版）無(wú)需外接電路，使用FPC0.5 8p連接器讓屏幕跟PCB連接起來(lái)。

顯示效果：

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3、軟件部分

基礎(chǔ)版本的軟件可直接使用官方提供的demo。

進(jìn)階版本的軟件，在官方提供的demo上進(jìn)行改動(dòng)，改動(dòng)點(diǎn)：1.使用撥輪式旋轉(zhuǎn)編碼器選擇PD誘騙電壓。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2.增加查看電流，電壓，功率變化曲線的功能。

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4、展示圖片

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5、說(shuō)明

基礎(chǔ)版5v版本已經(jīng)驗(yàn)證完成，進(jìn)階版本第二代由于快遞問(wèn)題無(wú)法結(jié)營(yíng)時(shí)完成，所以現(xiàn)在先上傳5v版本跟進(jìn)階版一代的視頻（由于上電沒(méi)法啟動(dòng)dcdc進(jìn)階只上傳調(diào)試視頻），后面第二代后再上傳工作時(shí)的視頻。

最后感謝立創(chuàng)EDA與國(guó)民技術(shù)。

官方原工程參考：【訓(xùn)練營(yíng)官方案例】USB電流表 - 嘉立創(chuàng)EDA開源硬件平臺(tái) (oshwhub.com)

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此次電流表項(xiàng)目總結(jié)：1、電流表硬件設(shè)計(jì)上關(guān)于元器件的選型，PCB布局存在問(wèn)題。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2、第一次焊接48pin的器件，簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 3、軟件上第一次使用了國(guó)產(chǎn)32位單片機(jī)，積累了一定關(guān)于32位單片機(jī)的知識(shí)。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 4、軟件問(wèn)題突出，需加強(qiáng)學(xué)習(xí)c語(yǔ)言。

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5、更新說(shuō)明

進(jìn)階版本二代已經(jīng)驗(yàn)證完成，上傳該代程序。

PS:1、該版本存在硬件上的瑕疵，正常插入不能觸發(fā)華為手機(jī)快充，可能是存在虛焊。

? ? ?2、程序上功率曲線顯示上面存在跑飛現(xiàn)象，其他曲線顯示未出現(xiàn)，源碼已上傳求大佬指點(diǎn)！！！

? ? ?3、PD誘騙功能未驗(yàn)證。

二代照片

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