AI8H2K12U制作简单的USB功率计-新手入门DIY

LoveA*** · 发表于 2025-2-9 20:32:24

需求：使用AI单片机设计一款简单的USB功率计
1、要求能测量电压0-20V、电流0-5A；
2、指示灯1s闪烁或呼吸灯；
3、底层本，简单，易上手，焊接。
整个过程包含GPIO、UART、ADC、IIC，标准库函数方式进行编程。

方案：技术评估

1、电流通过INA180A1芯片转化为电压进行采集；

2、电压通过高精度电阻分压进行采集；
3、USB2TTL模块进行串口通信，LED闪烁，OLED显示

硬件设计：SCH+PCB+PCBA+手工SMT

软件开发：标准库开发
GPIO：

/**
        * @brief  GPIO_Init
        * @param  None
        * @retval None      
*/
void GPIO_Init(void)
{
    P3_MODE_IO_PU(GPIO_Pin_0);
    P3_MODE_IO_PU(GPIO_Pin_1);
    P3_MODE_IO_PU(GPIO_Pin_2);
    P3_MODE_IO_PU(GPIO_Pin_3);
    P3_MODE_IO_PU(GPIO_Pin_7);
    
    LED = 1;
}
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UART：

/**
        * @brief  LED_Init
        * @param  None
        * @retval None      
*/
void UART_Init(void)
{
    COMx_InitDefine UART_InitStruct = {0};
    UART_InitStruct.BaudRateDouble = DISABLE;
    UART_InitStruct.Morecommunicate = DISABLE;
    UART_InitStruct.UART_BaudRate = 115200;
    UART_InitStruct.UART_BRT_Use = BRT_Timer1;
    UART_InitStruct.UART_Mode = UART_8bit_BRTx;
    UART_InitStruct.UART_RxEnable = DISABLE;
    
    UART_Configuration(UART1, &UART_InitStruct);
    NVIC_UART1_Init(ENABLE,Priority_0);
    
    UART1_SW(UART1_SW_P30_P31);
}
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I2C：

/**
        * @brief  I2C_Cfg
        * @param  None
        * @retval None      
*/
void I2C_Cfg(void)
{
    I2C_InitTypeDef I2C__InitStruct = {0};;

    I2C__InitStruct.I2C_Enable = ENABLE;
    I2C__InitStruct.I2C_Mode = I2C_Mode_Master;
    I2C__InitStruct.I2C_MS_WDTA = DISABLE;
    I2C__InitStruct.I2C_Speed = 13;                                       //总线速度=Fosc/2/(Speed*2+4)=24M/2/(13*2+4)=400kHz
    I2C_Init(&I2C__InitStruct);

    I2C_SW(I2C_P33_P32);
}
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void I2C_WriteByte(uint8_t byte,uint8_t mode)    //OLED驱动写函数
{
        Start();                                //发送起始命令
        SendData(0x78);                                    //发送设备地址+写命令
        RecvACK();
        if(mode)
    {
        SendData(0x40);                     //发送存储地址;
    }
    else
    {
        SendData(0x00);                     //发送存储地址;
    }        
        RecvACK();
        SendData(byte);
    RecvACK();
        Stop();                                 //发送停止命令
}
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ADC：

/**
        * @brief  ADC_Init
        * @param  None
        * @retval None      
*/
void ADC_Init(void)
{
    ADC_InitTypeDef ADC__InitStruct = {0};

    ADC__InitStruct.ADC_AdjResult = ADC_RIGHT_JUSTIFIED;
    ADC__InitStruct.ADC_CsHold = 1;
    ADC__InitStruct.ADC_CsSetup = 0;
    ADC__InitStruct.ADC_SMPduty = 15;
    ADC__InitStruct.ADC_Speed = ADC_SPEED_2X16T;
    ADC_Inilize(&ADC__InitStruct);

    ADC_PowerControl(ENABLE);
    delay_ms(1);
}
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OLED：

void OLED_Init(void)
{
        I2C_Cfg();
    delay_ms(200);
        
        OLED_WR_Byte(0xAE,OLED_CMD);//--turn off oled panel
        OLED_WR_Byte(0x00,OLED_CMD);//---set low column address
        OLED_WR_Byte(0x10,OLED_CMD);//---set high column address
        OLED_WR_Byte(0x40,OLED_CMD);//--set start line address  Set Mapping RAM Display Start Line (0x00~0x3F)
        OLED_WR_Byte(0xB0,OLED_CMD);
    OLED_WR_Byte(0x81,OLED_CMD);//--set contrast control register
        OLED_WR_Byte(0xCF,OLED_CMD); // Set SEG Output Current Brightness
        OLED_WR_Byte(0xA1,OLED_CMD);//--Set SEG/Column Mapping     0xa0左右反置 0xa1正常
        OLED_WR_Byte(0xC8,OLED_CMD);//Set COM/Row Scan Direction   0xc0上下反置 0xc8正常
        OLED_WR_Byte(0xA6,OLED_CMD);//--set normal display
        OLED_WR_Byte(0xA8,OLED_CMD);//--set multiplex ratio(1 to 64)
        OLED_WR_Byte(0x3f,OLED_CMD);//--1/64 duty
        OLED_WR_Byte(0xD3,OLED_CMD);//-set display offset        Shift Mapping RAM Counter (0x00~0x3F)
        OLED_WR_Byte(0x00,OLED_CMD);//-not offset
        OLED_WR_Byte(0xd5,OLED_CMD);//--set display clock divide ratio/oscillator frequency
        OLED_WR_Byte(0x80,OLED_CMD);//--set divide ratio, Set Clock as 100 Frames/Sec
        OLED_WR_Byte(0xD9,OLED_CMD);//--set pre-charge period
        OLED_WR_Byte(0xF1,OLED_CMD);//Set Pre-Charge as 15 Clocks & Discharge as 1 Clock
        OLED_WR_Byte(0xDA,OLED_CMD);//--set com pins hardware configuration
        OLED_WR_Byte(0x12,OLED_CMD);
        OLED_WR_Byte(0xDB,OLED_CMD);//--set vcomh
        OLED_WR_Byte(0x40,OLED_CMD);//Set VCOM Deselect Level
        OLED_WR_Byte(0x20,OLED_CMD);//-Set Page Addressing Mode (0x00/0x01/0x02)
        OLED_WR_Byte(0x02,OLED_CMD);//
        OLED_WR_Byte(0x8D,OLED_CMD);//--set Charge Pump enable/disable
        OLED_WR_Byte(0x14,OLED_CMD);//--set(0x10) disable
//        OLED_WR_Byte(0xA4,OLED_CMD);// Disable Entire Display On (0xa4/0xa5)
//        OLED_WR_Byte(0xA6,OLED_CMD);// Disable Inverse Display On (0xa6/a7) 
        OLED_Clear();
        OLED_WR_Byte(0xAF,OLED_CMD); /*display ON*/ 
}
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Main：

void main(void)
{
    float current = 0.0;
    float voltage = 0.0;
    float power = 0.0;
    char OLED[9] = {0};

    EAXSFR();
    
    GPIO_Init();
    UART_Init();
    ADC_Init();
    
    EA = 1;
    
        OLED_Init();//初始化OLED
        OLED_ColorTurn(1);//0正常显示，1 反色显示
    OLED_DisplayTurn(0);//0正常显示 1 屏幕翻转显示

    delay_ms(20);

    while(1)
    {
        current = Get_ADCResult(ADC_CH0) * 3.3 / 4096 * 2 ;
        delay_ms(3);
        voltage = Get_ADCResult(ADC_CH1) * 3.3 / 4096 * 11;
        power = current * voltage;
        printf("Current = %ld, Voltage = %ld, Power = %ld\r\n", current, voltage, power);
        
        
        sprintf(OLED,"I:%.3fA", current);
        OLED_ShowString(28,0,OLED,16);

        sprintf(OLED,"U:%.3fV", voltage);
        OLED_ShowString(28,2,OLED,16);
        
        sprintf(OLED,"P:%.3fW", power);
        OLED_ShowString(28,4,OLED,16);        
        
        LED = !LED;
        delay_ms(250);delay_ms(250);delay_ms(250);delay_ms(250);
    }
}
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BOM：

（不涉及邮费，建议多买几个物料）

成品：效果展示
实测图.jpg

（可自己添加外壳，螺柱固定等）

总结：
1、设计简单，把它当一个小产品去开发，从需求、方案、软硬件等标准流程进行，由小到大，由简入繁；
2、硬件SCH+PCB+PCBA+手工SMT，嘉立创免费打样PCB是为学习、工作提供了太多试错机会，学会画板，焊接，调试，下载；
3、软硬件结合，硬件如何设计，软件如何对应写代码，标准库设计，方便移植。

后记：
截图202502092030314658.jpg