低成本电压电流测量，国民技术N32G435很适合！

只看该作者 · 2022-3-31 00:18

本帖最后由 lcdi 于 2022-3-31 00:26 编辑

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低成本电压电流测量，国民技术N32G435很适合！

电压电流采样测量是常常见到的mcu应用，电压的测量相对容易。电流测量则要麻烦一些。尤其是考虑到微小电流（ua级）和较宽的测量范围，往往需要对电流采样电阻上的电压差进行高倍率的放大，或者需要改变取样电阻以获得不同的测量范围。电路的复杂性和成本就会较高。模拟前端则需要专门设计的电流放大器，通常就是仪表放大器，适用的共模电压范围也不是很宽。
如果是低端要求不高的测量那就可以使用通用运放，一级或者两级放大，在低端采样不需要考虑共模电压，实现起来比较简单。这样的低成本电压电流测量，用国民技术的N32G435系列微控制器就很合适了。国民技术的N32G435有着较高的集成度，带有高性能的ADC和集成OPA，很适合电流放大测量，价格又不高。可以节省运放成本和减少PCB占用。能够实现低成本，电路简洁的电压电流测量。

下面让我们来探索一下如何实现：

设计的目标是低成本，简洁实现~~

那么电压测量使用电阻分压到ADC的输入范围就行了。电流测量其实也就是测量电流采样电阻上的微小电压差，所以需要有放大。G435芯片里面有2个OPA，可以配置成PGA，程序就可以控制放大倍数了，这就非常灵活方便了。

让我们从官方例程开始，N32G435库里面的例程，有个OpaAdByTim，看起来非常合适。
keil里面安装好支持包，打开此例程，编译通过，下载运行，一切顺利……嗯……应该是吧，结果在哪儿看呢？串口也没有回传~~还是得去读读代码啦。
主程序里前面就是各部分配置函数，主循环只有更改PGA增益，其他就没了。
所以应该在中断里~ADC中断函数里有这样的：
      ADC_ConvertedValue[0][0] = ADC_GetInjectedConversionDat(ADC, ADC_INJ_CH_1) & MASK_AD_BITS;
      ADC_ConvertedValue[0][1] = ADC_GetInjectedConversionDat(ADC, ADC_INJ_CH_2) & MASK_AD_BITS;

别处就没有对ADC_ConvertedValue的处理了。所以就只能进入调试状态，断点到此，看看数据啦~没错，官方例程就是这样简洁！

这样不够直观，要看数据变化也繁琐了点，所以还是需要稍微更改一下。
为了简单起见，加个串口传送的部分，就可以用各种串口软件查看了。
可以参考另外一个例程，USART下面的Printf例程。把里面的头文件包上，配置代码也复制过来，RCC配置，GPIO配置都复制过来，别忘记fputc函数，这是重定义到串口输出的关键。一番复制粘贴然后编译……哦……出错了，什么什么USARTx未定义！好吧，查找了一番发现这些是在串口例程那边的main.h里，复制过来到这边（OpaAdByTim）的main.h里.编译成功！

接着就可以用printf回传到PC了。至于涉及到变量引用、转换的需要又多搞了几个全局变量来，然后在主程序循环中又对ADC结果做了多点平均，这些大家都会的操作就不必多说了。
回传时顺便做了个数值转换，测得开发板VCC电压是3.25V，所以数据*3250/4096 就可以得到测量数据的电压值（mv）。
代码中可以看到OPA1的正输入端连在PA4上，OPA2的正输入端连在PA7上。
默认的OPA模式是跟随模式，没有放大。改成PGA模式，下面的增益设置才能起作用：
OPAMP_Initial.Mod          = OPAMP_CS_PGA_EN; //OPAMP_CS_FOLLOW;//OPAMP_CS_PGA_EN;
OPAMP_Initial.Gain          = OPAMP_CS_PGA_GAIN_32;

PC端使用了一个叫serial port plotter的软件，不但可以看到数据，还能绘制图形。
只是上传的数据要符合其格式要求，也就是这样的：
printf("$%d %d;",datasum_i,datasum_j);

前面$,中间空格，结尾；。
数据一旦可视化就直观多了。nice！

这次就用电阻分压出一个小电压信号，用PGA放大来测量（以此实现电流测量）：

以上是锂电池输出经过100k欧可调电阻/100欧电阻分压出的低电压，PGA倍数32（最大），测得210/32=6.56mv，万用表测量6.8mv。
可以看到稳定性稍差，这是因为用了20厘米以上的杜邦线连接，自然会有些干扰了。

经过256数据平滑处理就会稳定多了。

再把PGA设为8倍，无平滑处理。测得52/8=6.5mv.说明PGA倍数准确。

接下来设定为2倍，调整一下电阻比例，测得380/2=190mv.万用表测量190mv。

以上是OPA1的测量结果，那么OPA2如何呢？
32倍时测得72/32=2.25mv，万用表测量1.9mv。
OPA1测量结果偏小，OPA2偏大。那么输入接地，可测得OPA1为0，OPA2为16/32=0.5mv。
这也就是offset了。OPA1的offset为负值，ADC采样不到。

如果要搭建其他方式的运放电路，可以选择通用模式，运放端子引出到引脚，内部无连接（除了ADC）。或者只是缓冲一下选择跟随器模式就好。不过PGA模式最简洁低成本方便可调，要求不太高的话真是再合适不过了。看手册里的参数指标比起358还是要好一些的。

另外，手册里输出范围的说明，输入是轨到轨，输出并不是，而是缩减0.15V。
但实际测量不会这样，还是可以实现轨到轨输出，所以是哪样呢？！

以上实验代码均在main.c和main.h里，如下

OpaAdByTim.zip (9.46 KB)

总之，经过以上测试，验证了N32G435内部OPA和ADC的性能，官方的库和例程也工作稳定，非常不错。完全适合做低成本的电压电流测量应用。非常值得推荐！