2026年电赛B题------无源电流表攻略（测量电路篇）

本文提供一种能解决这个赛题的系统设计，能在 0.08A 下启动工作，测量精度达到了 0.5%，视频后续会上传B站(待填坑)

项目代码与标定数据已上传 GitHub： https://github.com/Kreeli/Sourceless_Ammeter_G3507

文前的絮絮叨叨

二十多天以前，电赛省赛开赛，本人作为老师摇来的援兵，给同学们做指导。我负责带 B 题的同学，提供一些基础思路以及器件使用的建议。

比赛过程真的很令人难忘：有尝试了好几套方案拿下省一的组，也有到电子市场给整个实验室买到了优质磁环的雷锋，有最后一天突发奇想发明出优秀电路的发明家组，当然也有最后一天才解决问题、最后一天烧掉系统的可惜的组，还有队友不给力拉慢进度的组。奈何本人仅仅是一员助教，或者说是指导，我可以为提出要求的同学提供建议、提供器材，但我不便，或者说是不愿意给大家提供非常实质性的帮助。我更希望比赛考验到大家、让大家享受到比赛，不希望最后大家认为学长偏袒了哪个组，或者学长是强外援、大家无脑照着做，让电赛演变成人脉大赛。因此比赛过程中，我始终没有拿着完整的电路给所有人参考。

本人在这场比赛中算是全程陪跑，包括测评。同学们的测评结果其实并不理想，指标做不全。不过省内的参赛队伍好像都做得不是很好，之前在 xhs 上看到这道题在本省的最优队伍，指标也没有做全，他们参考的是 TI 的一个无源电流表设计，也是我此前看过的。比赛结束后的几天，也就是测评结束、8 月 6 号之后，本着尽善尽美，或者是兴趣使然，也或者是想给大家留下优秀方案、做一回活雷锋，我也开始着手去完成这道题目的优解方案。大概用了四个下午，每天 6 小时，一个人就把电路 A 完成了，甚至代码都是自己手写的。本来说等蓝牙到了做一套完整方案，结果前几天把蓝牙模块搞坏了，焊盘都脱了，而且功耗不满足要求，所以一拖再拖。马上本人要参加另外一个比赛了，来不及做这个东西了。手上很多记录的图已经丢失，系统也从测试系统拆掉了，连忙把半成品写一篇博客，免得以后再恢复测试、留存资料太麻烦（现在已经缺了很多图片了，抱歉）。

题目解读

回归正题，粗略看了一下三道仪器题：G 题是比较传统的波形显示，感觉很简单，采个样、频谱算一算，然后弄个波形显示，搞个单片机就能做。剩下的两个，B 题和 F 题，非常猎奇。

先说说跟本文无关的 F 题。乍一看，是用锁相环锁相得到整数频率的信号，做李萨如图形；到了最后一问话锋一转，要求抛去硬件连接，用摄像头盯着示波器显示稳定的李萨如图形，一问占 40 分总值。这题直让人摇头，这种题目有什么意义，简直是为了出题而出题。

看到 B 题，无源电流表，这题有意思。我们先贴出题目的图片：
图 1　题目要求（1）图 2　题目要求（2）图 3　题目要求（3）

题目的意思，就是用一个电流互感器，把原边电流感应一部分能量到副边：一方面用这个信号测量原边电流的有效值，一方面用感应的能量为整个测量电路供电。这就很苛刻，题目要求测量电路功耗越低越好、启动时间越短越好，测量精度在 0.5% 以内。0.5% 的精度还是挺令人发怵的，本人做基础测量题目的时候，一般都是以 1% 的精度做基本盘，更高的精度往往需要更多的操作。但是考虑到本题只需要测量一个总电流的有效值，0.5% 的精度似乎也不用太担心。

值得注意的是，这个线圈好像得用手绕。虽然题目没有提及互感器的型号，也没有做限制，但是图里面实实在在画的是一个圆圈，搞不好得手绕一个互感器。如果能用现成的，能省不少时间，可惜省不得，怕不合要求。

除了测量电路以外，还要做一个无线模块和一个读表器。按照题目的意思，读表器可以用手机（但是要把手机封箱在作品箱里）。那要是我做的话，肯定选择用手机或者平板了，毕竟现在 Vibe coding 这么发达，下个开发平台，让 AI 写个代码就是几句话的事情。

至于无线模块，算是一个令人头疼的东西，因为需要考虑到发射消耗的功率。如果用一些高功耗的无线模块，比如 WiFi6 或者经典的蓝牙，功耗高，互感器感应的能量肯定顶不住。我们稍微算一笔账：测量电路肯定要有一个 MSPM0 系列的低功耗单片机，还得有一个显示屏，加上一堆器件，又要加上一个无线模块，其实功耗控制还是很麻烦的。

抛开这些不谈，绕线圈真是一个麻烦活。我绕了三次，两次失败了，最后终于找到秘诀，4 个小时才绕完：
图 4　绕制完成的互感器线圈

其实匝数并不重要，因为能量毕竟是守恒的，我们只要适量地多绕，保证磁场能尽量被包裹住就行了。匝数太大了，反而会导致互感器阻抗过大，影响原边的电流。我估计是绕了几百匝，多少我也不清楚，反正这个线圈 90% 都被我用副边包裹住了。

互感器特性

不同于大部分解题思路直接把最终的结果呈递给读者，我这里将我的思考过程也放在后续的章节，让大家能理解电路为什么这么设计。

首先，无源电流表，一定要能测电流，一定要能正常工作，这就引出了这道题两个最重要的问题：测量和电源管理。这都是绕不开互感器性质的。本人不是电力电子的科班，对互感器、变压器的认知仅仅停留在高中物理课的水平，所以先给专业能力比较强的读者道个歉。我们需要用比较直觉的、带着实际测量图的方式进行讲解。

高中所学到的变压器，大家只记得两个公式，不考虑漏磁、铁损之类的损耗：n0:n1 = u0:u1，n0×I0 = n1×I1。实际上，这两个公式都是有条件的，首先就是不能磁饱和。这两个公式其实描述的意思是，输入变压器的能量 = 变压器输出的能量。测线圈的过程中，很多同学都干了一件傻事：把副边的输出直接接在示波器上，然后拿着这个波形问，学长学长，这个感应出来的波形怎么这么奇怪呀？如下图：
图 5　副边空载（直接接示波器探头）时的输出波形

输出波形有几十伏的峰峰值。很明显，由于负载太轻，或者说是负载的阻抗太大（示波器探头 10MΩ 13pF），导致负载电流太小，副边电流都流到了励磁线圈，使能量很多流向了磁场，消耗在了铁芯中，这就是常说的铁损、铜损。互感器感应出来的能量释放不出来，线圈里面的磁场能量饱和，最后就会导致这种波形。

这里贴一张互感器副边的简化实际图，让大家理解一下副边的电流流向与能量去向：
图 6　互感器副边简化等效电路

其中，ilm 就是流向励磁线圈的励磁电流。电流源输出的总电流实际上还是满足安匝平衡的，但是由于流向负载的电流太小，剩下的电流都用来励磁了，线圈里面的磁场一大就容易饱和，影响感应效果，这样输出的电压波形就会失真。

虽然互感器能输出的总功率就这么大，但安全问题还是令人担心。于是我要求大家测试互感器的时候，给互感器接一个 200Ω 的负载，让示波器看到的电阻上的电压能够尽量满足安匝平衡，这样能够检查互感器输出正不正常。

下面再贴一张加了 200Ω 负载的输出波形。可以看到电压很小，但是波形很漂亮，接近市电的实际情况。用这种小电压给系统供电显然不现实，但是很适合测量信号：
图 7　副边接 200Ω 负载后的输出波形

没想到，就因为这样的一个提醒，犯了大错------我没有提醒他们什么时候应该拆掉它。这让有的同学直到倒数第二天晚上还没有拆掉这个电阻，以为这个电阻是必须的，更有甚者认为我在坑他们，太让我伤心了💔。

这里就需要注意到互感器两个非常重要的性质了，这两个性质是后续系统设计的基石：

负载接近开路的时候，电压波形失真，但是电压很大；
负载很重、接近短路的时候，很大程度上可以认为流过负载的电流和原边电流满足安匝平衡 n0×I0 = n1×IR（IR 为流过负载的电流）。

测量电路和供电电路设计

如果是分开设计系统供电电路和互感器测量电路，这个问题相当简单，非常简单，超级简单，如下图：

供电电路：全波整流 + Buck 电路降压
图 8　供电电路方案：全波整流 + Buck 降压

测量电路：直接接负载，加运放输给 ADC
图 9　测量电路方案：负载 + 运放 + ADC

但是把两个功能直接拼在一起，就会导致电压太小、电容充不进电，这显然是不可行的：就算把电阻值选大，无论把电阻放在线圈输出的位置，还是整流桥输出的位置，如果电容充电和信号测量无法分开，这两者必然会相互影响。

那么就有同学动歪脑筋了：我直接绕两个副边，一个匝数大，负责供电；一个匝数小，负责测量；两个副边共地，不就合成一个系统了吗？我一开始也是这么想的，但是实际用高中的计算方法算了一下，发现可行性很差。下面是我当时的计算过程：
图 10　双副边方案的手写推导

如果不愿意看，我可以大概地讲讲结论：副边 1 的电流和副边 2 的电流会相互影响，电流越大影响越大，匝数越大影响越大。

后面有一组同学尝试了一下双副边的方法，确实发现，绕了第二个副边以后，供电副边充不进电了（悲，学长也帮不上你们什么忙）。

而且，第二个副边的电压不好控制，因为是有正有负的信号。

当时，为了解决供电和测量的问题，整个实验室都在想办法。提到最多的办法就是 MOS 管，我本身就不太会用 MOS 管，所以我当时摆烂了，让大家自己去想。结果大家想出来的办法千奇百怪，有的甚至比较猎奇，甚至有人发明出了继电器控制（小功耗继电器）。

P.S.：我当时认为这样不可行，功耗太大了，但是实际证明了他们是对的，最后拿了省一。他们很强，我认可。

比赛结束之后，我自己想了一下，没想到很快就想到了一个解决办法（捂脸哭，对不起，相信我的同学们）。

如下图，整流桥输出通过一个单向的二极管给电容充电，在二极管前面加上一个 100Ω 电阻，再经过一个 NMOS 管，用一个 5V 开漏引脚控制通断：
图 11　充电/测量切换电路（初版）

当 PA0 输出低电平（Vgs = 0），MOS 管关闭，电容充电。这个时候由于负载接近无穷大，给电容充电的电压非常大，电容不接负载的情况下，能充到上十伏。我自己拿的一个 1mF、100V 耐压的电容，0.1A 下能充到接近 20V。我们把这个状态命名为充电状态。

当 PA0 输出高电平（Vgs = 5V），MOS 管导通。这个时候，在互感器副边的视角下看，负载是一个整流桥、一个很小的到地的 100Ω 电阻、还有一个二极管到充了很多电的电容。那么基本上，这个负载的阻抗仅仅由 100Ω 的电阻和二极管决定。这个时候，回想一下上节我们提到的互感器副边接小电阻的输出波形，只有 mV 到几伏的大小。如果电容已经有 10V 了，电容的电根本不能通过二极管流回来，那么电容就跟前面的电路断开了！也就是我们想要的测量和供电分开！我们直接测量电阻两边的电压就可以测电流了！

那么就会有细心的读者提出下面的问题：

你用整流桥的输出给电阻，二极管的压降不考虑了？精度怎么办？
怎么做一个合适的启动电路，让电容冲到 10V 电路才正常工作？
100Ω 电阻一端在 Vgs = 0 的时候，电压高达十几伏甚至几十伏，把调理电路烧坏了怎么办？

本节，我们先说明问题 1，这实际上也与互感器的特性息息相关。

我们假设互感器在某一时间，输出的电压小于二极管的导通电压，流过二极管的电流很小。那么此时，励磁电流增大，磁场变强，磁通量变大，使得接下来感应出来的电压/电流更大，直至导通二极管。

用另一种思考方式，主观一点，从互感器性质的视角分析：在互感器看来，二极管没导通的时候，是阻抗非常大的负载。那么根据互感器的特性，对于阻抗大的负载，输出电压很大，所以输出电压会急剧抬高，直至导通二极管。这时，后面的负载对于互感器而言就是阻抗非常小的负载，波形不会急剧增大，按照安匝平衡给负载输出电流。

用一张图表明互感器两边电压与采样电阻两边电压的波形。这个图我没有留存示波器的实测图了，但是我是确实测过的，和我的图一致。这里没有实测图可能有点缺乏真实性，抱歉：
图 12　互感器输出电压与采样电阻电压波形示意

可以注意到，导通电压造成的死区是不会出现在采样电阻两端的，因为互感器直接"跳过"了这一部分。

整体系统设计

充电/测量切换电路

这一节，我们说明包括单片机在内的整个测量系统的设计。

上一节提到的问题 3，实际称不上问题，我们只需要对电路做一个小小改动，就能够完美解决：
图 13　改进后的充电/测量切换电路

直接把 NMOS 管和采样电阻换一个位置，未导通情况下，S 端电压为 0，测量电路不会接触高压；导通之后，采集到小电压。

下面介绍一下设计这个电路的重要参数------采样电阻阻值。如果 Vg 足够大，比如 5V，由于安匝平衡，流过电阻的电流只和原边电流及匝数比有关。我们选择尽可能小的采样电阻阻值，使 Vs 的电压尽可能小一点（注意不要让 Vgs 小于导通电压，否则电压太大、Vgs 不足无法导通，会导致采样电阻两端的波形削顶），这样就能够实现比较稳定的导通。

但是，实际使用上，由于电路存在瞬态响应，波形是存在波动的。我用示波器抓过波形，导通一瞬间，电阻两边的波形会震荡一会儿，然后稳定。如果要解决这个问题，就需要特殊设计这个电路。考虑到低功耗和其他因素，我就直接让单片机休眠 400ms 之后再开始采集电压了。

不过，本人由于是初次设计，一开始并没有用这个电路，而是用了另外一种多余的电路：
图 14　初版冗余电路：多加一个 MOS 管控制采样

多加了一个 MOS 管控制采样的开启，一开始没注意到简单的修改方法，所以用了这种很唐的方法。

需要注意的是，无论是哪种电路，最好都在 OPA/ADC 的输入端接上两个二极管防止烧坏。测试过程中，我发现开关切换的一瞬间，总是出现很高的正尖峰和很低的负尖峰，所以最佳做法是在采样电阻上接一个到 3V3 的二极管和一个到 GND 的二极管，保护电路。

接下来解决第二个问题：怎么确定电路的启动电压。这就不得不请出我心目中的第一 Buck 同步整流器芯片 SY8303 了。一方面，我们用这个芯片完成电容高电压到 5V 稳定电压的转换；另一方面，我们用这个芯片的使能 EN 引脚完成电路的阈值启动。
图 15　SY8303 同步 Buck 模块

我们设计的电路如下（我是拿现成的模块爆改的）：
图 16　基于 SY8303 的供电与阈值启动电路

如图，实测 SY8303 从关断到启动的最小电压是 1.2V 左右，从启动到关断的最大电压是 0.9V 左右。那么我们设置一个分压网络，把分压的电压作为 SY8303 的使能引脚输入。这样在 1.2V 掉到 0.9V 的期间，Buck 电路还是能正常工作的，5V 供电电压不会掉，如果我们能保证电容的电压一直在这个范围，系统就能稳定工作。

有的读者可能会想直接用这个引脚控制充电/测量切换，但是这是不合理的：因为本题需要用无线模块，模块一断电，就要再重启、再连接，因此 Buck 电路需要持续工作，才能保证系统稳定运行。所以我们这里只用这个电路作为系统初次启动的设置，而不是后面的充电/测量切换控制。

那么有的读者可能就会着急了：你弄了这么久，还是没有说明白，到底怎么进行充电/测量切换？因为无论是 MOS 管还是测量，都是需要单片机工作的，单片机功耗一大，电容就会充不进电。OK，到了现在，我们已经做好了所有的铺垫，现在轮到 MSPM0G3507 闪亮登场了。

首先我们需要明确一点：我们的电路里面，电容能不能充进电，影响它的就三个因素：

采样 MOS 管有没有打开------如果打开了，电容只能放电；
MOS 管没打开的时候，电容后面的负载重不重，或者说功耗大不大------如果功耗不大，或者说没有功耗，那么 SY8303 的高效率能保证电容仍然充得进电；
直接用电容电压供电的其他负载的功耗大不大。

假设 MOS 管不开启，我们想让电容充电，同时 Buck 电路还能工作，就只能降低 MCU 和其他电路的功耗。我们刚才用到的 EN 引脚分压网络是 1.12MΩ，基本没有功耗，所以我们接下来从 MCU 入手。

众所周知，TI 的 MSPM0L1306、MSPM0G3507 都是低功耗的翘楚。本人实测：把核心板所有的耗电器件拆掉，只留下 LDO 和 MCU，主频调到 2.25MHz，在 STOP2 和 RUN 模式间切换，用 3V3 供电（也好像是 5V 带 LDO 的情况，我记不清了），电流如下：
图 17　MSPM0 在 STOP2/RUN 切换下的实测电流

这甚至还不是最低的，我用了一次 Standby 模式，5V 供电，电流能降到 0.087uA。这里没有图片留存了，但是这是实测的，实事求是，没有虚假。

这种情况下，单片机基本就跟砖一样，没什么功耗。测试发现，睡眠情况下，用 SY8303 带一个单片机，能从 0.08A 下启动，非常猛！

那么接下来介绍如何用 MCU 控制电路在充电/测量下切换，实现超低电流启动和超高精度测量。

MCU 与外围电路

前面铺垫得很明显了：充电状态当然是单片机和所有外设美美休眠，电容美美充电；测量状态是，打开 MOS 管 400ms，等待波形稳定（忘记为什么要等待 400ms 的读者，回到前面介绍 MOS 管电路那里再看看），然后采样。有效值的计算为了准确，我们当然需要多测几个周期、多测一些点数，我选择了采样 10 个周期，一个周期 40 点，用 ADC + DMA 负责操作。DMA 会消耗 0.2s，期间 MCU 的 CPU 休眠。

我们这里需要考虑到测量的范围 0.1A 到 2A（保证精度的范围），还需要检测到电流过大，所以实际上要测到 2.5A。只考虑保证精度的范围，我们有 20 倍动态范围，对于片上 12bit ADC 是足够的。但是！我们要卷精度，小信号就需要被放大。正好，全波整流之后电压都是正的，所以我们直接用片上的 OPA 简单配置成跟随器和放大器，然后给每个电流设置增益，就能做程控测量了，结果也是非常准确呀！（测哥狂喜）
图 18　片内 OPA 程控增益配置

有的同学可能会灵机一动：可以配两个数据缓冲区，每次唤醒只计算上一次缓冲区的数据，这样在 ADC 采样、等待 DMA 的时候就可以计算，能够省功耗。但实际使用下来，系统的体验感很差，而且电网是会波动的，有时候上一次采样得到的数据和这次实际的数据有细微的差别，影响标定，总之就是标定不方便。

本题需要一个屏幕显示。我手上找了一圈，也没有低功耗的屏幕，比如万用表那样的屏幕，或者墨水屏（看到有华科的队伍用了墨水屏）。没辙，只能和当时的参赛队用一样的条件，弄个 OLED。OLED 的功耗其实不小，为了控制 OLED 不浪费功耗，我直接用一个高驱动引脚给 OLED 供电，不用的时候直接关断；然后用 2.25MHz 的 SPI 和 OLED 快速通信，通信结束之后立马给 SPI 断电，显示 0.5s 之后屏幕关掉，把省电做到极致。这样的操作后面还有很多，我不一一介绍。UART、SPI、TIMER、比较器、ADC、OPA，这些片上的外设我都是用完就直接断电，省功耗。

单片机的休眠唤醒采用 Standby 模式，功耗超低，但是只有少量外设能够唤醒，我用的是 TimerG0 作为唤醒源，周期 4s。

但是 4s 似乎太长了：小电流的情况下刚刚好，大电流的情况下能量充足，没必要这样，于是我开始了操作。

我配置了一个片上的比较器检测电容的电压，如图：
图 19　片内比较器检测电容电压

G3507 的比较器在休眠模式下依然能工作，这里选择它的超低功耗模式。我把定时器调成 1.5s 中断一次，然后在中断里检测比较器输出是否为高电平：如果是高电平就唤醒 MCU，反之继续睡觉。调节之后，单片机显示的数据方便看了许多。同时还有一个好处：我们可以调节负端的 DAC8 输出，切换唤醒电平。这样后续加蓝牙的时候，可以把唤醒电平调高，让电容充更多的电、多运行一会儿，让蓝牙正常发送数据。

哦，还忘了说，我还加了两个调试开关：一个是给电容放电的，开关导通之后 LED 发光直到没电；另一个打开之后 Buck 电路开始接受电容的电压。

不过后面这个不需要，只是我调试用的。

下面我们给出电路 A 的整体框图：
图 20　电路 A 整体框图

实物图如下：
图 21　电路 A 实物图

G3507 低功耗代码

这里单开一节，记录一下用 Driverlib 和 SysConfig 实现低功耗的代码。毕竟这也花了本人大概一下午的时间才研究清楚，因此单开一节，细细说明一下如何做低功耗。

先说明白G3507这个芯片的睡眠/唤醒逻辑,睡眠实际上两句话就能实现

复制代码

DL_SYSCTL_setPowerPolicySTANDBY1();//设置休眠策略
while(0 == gWakeFlag)//等待TimerG0更新中断将标志位置1
    __WFE();//休眠，等待唤醒
gWakeFlag = 0；

前一个函数是设置休眠策略的，而__WFE()函数其实就是进入休眠模式的意思，直到产生能唤醒MCU的事件/中断，才会从__WFE()推出来，回到循环头。

我们再贴一张G3507的功耗策略图
图 27　G3507 功耗策略图

还有一张电源域的图
图 28　G3507 电源域图

这里不过多解释，懂的人自然懂，不懂得可以问问AI。我们只管STANDBY模式下，只有PD0的东西能正常工作，而且只有PD0的中断能够唤醒。

所以我们开一个TIMERG0,连续下降模式，作为唤醒的中断源，1.5s中断一次，检测一下比较器的输出是否是高电平，如果是，就把标志位置1。

sysconfig配置就不放出来了，在进入睡眠的时候，把不要的外设全部关闭

复制代码

void DeepSleep(void){
    DL_SYSCTL_setPowerPolicySTANDBY1();
    DL_GPIO_setPins(LED_PORT,LED_D3_PIN);
    DL_SPI_reset(SPI_0_INST);
    DL_ADC12_reset(ADC_Current_INST);
    DL_OPA_reset(OPA_0_INST);
    DL_TimerG_reset(TIMER_1_INST);
    DL_TimerG_startCounter(TIMER_0_INST);
    while(0 == gWakeFlag)
        __WFE();
    DL_TimerG_stopCounter(TIMER_0_INST);

void TIMER_0_INST_IRQHandler(void)
{
    switch (DL_TimerG_getPendingInterrupt(TIMER_0_INST)) {
        case DL_TIMER_IIDX_ZERO:
            if(DL_COMP_getComparatorOutput(COMP_0_INST))//检查电容的电压状态，如果电压大于阈值，继续开机，反之，继续睡觉
                gWakeFlag = 1;
            break;
        default:
            break;
    }
}

void Peripheral_reset(void){//外设重新启动的函数
	DL_SPI_enablePower(SPI_0_INST);
	DL_ADC12_enablePower(ADC_Current_INST);
	DL_OPA_enablePower(OPA_0_INST);
	DL_TimerG_enablePower(TIMER_1_INST);
	SYSCFG_DL_SPI_0_init();
	SYSCFG_DL_ADC_Current_init();
	SYSCFG_DL_OPA_0_init();
	SYSCFG_DL_DMA_init();
	SYSCFG_DL_TIMER_1_init();
	return;
}

前两个函数配合一下，逻辑就是，睡觉之前，打开定时器，每1.5s单片机醒一下，检测一下电容电足够吗，不够就继续睡，反之就起床，开始工作，关掉定时器。

Peripheral_reset函数其实就是给所有外设初始化的函数，这个内容可以在Sysconfig自动生成的代码里面找到，直接到 SYSCFG_DL_init()函数里面就可以直接抄这些函数了，不需要自己重新配置寄存器

其实有些外设可以不用手动关闭的，但是为保险起见还是都手动关了

代码中偶尔还需要一些小的延迟函数，或者是让CPU等待ADC DMA,UART DMA的函数，这段时间的功耗也要节省下来，所以再开一个定时器TimerG1,计数分辨率是10ms多一点点(时钟周期2.25M分不出来很准的时间了)，作为CPU的休眠计数器

复制代码

void CPU_sleep(uint16_t ms_10){
    DL_SYSCTL_setPowerPolicyRUN0SLEEP0();
    DL_TimerG_setLoadValue(TIMER_1_INST,ms_10);//设置定时器计数值，单位为10ms
    DL_TimerG_startCounter(TIMER_1_INST);
    while(0 == gCPUSleepFlag)
        __WFE();
    gCPUSleepFlag = 0;
}

void TIMER_1_INST_IRQHandler(void)
{
    switch (DL_TimerG_getPendingInterrupt(TIMER_1_INST)) {
        case DL_TIMER_IIDX_ZERO:
            gCPUSleepFlag = 1;
            break;
        default:
            break;
    }
}

这两个函数配合，就能实现CPU的休眠，省一点功耗是一点功耗，该省省，该花花

我们再加上一个OLED的控制函数，在采完样之后，需要显示0.5s的结果，然后熄灭，这个过程其他外设都可以关掉

复制代码

void OLED_Work(double result){
    static char OLED_buf[100] = {};
        /*屏幕显示期间，不用的外设通通关掉*/
    DL_GPIO_setPins(LED_PORT,LED_D3_PIN);
    OLED_On();
    OLED_RES_Set();//RESET的引脚也会给oled供电，所以到现在才开启
    snprintf(OLED_buf,100,"%.5fA",result);//这个位置实际上要放一个延时，等待OLED开机，不过这个函数的时间可以充当延时
    OLED_Init();
    OLED_ShowString(0,0,OLED_buf);
    OLED_Refresh();
    DL_SPI_reset(SPI_0_INST);//SPI用完就关
    CPU_sleep(50);//显示500ms
}

void OLED_Sleep(void){
    OLED_Off();
    OLED_RES_Clr();
    DL_SPI_reset(SPI_0_INST);
}

至于ADC采样，等待，这都是固定套路了

复制代码

void ADC_DMA_Start(void){//开始采样
    DL_ADC12_enableDMA(ADC_Current_INST);
    DL_DMA_setSrcAddr(DMA,DMA_CH0_CHAN_ID,DL_ADC12_getMemResultAddress(ADC_Current_INST,DL_ADC12_MEM_IDX_0));
    DL_DMA_setDestAddr(DMA,DMA_CH0_CHAN_ID,(uint32_t)buf);
    DL_DMA_setTransferSize(DMA,DMA_CH0_CHAN_ID,BUF_SIZE);
    DL_DMA_enableChannel(DMA,DMA_CH0_CHAN_ID);
    DL_ADC12_startConversion(ADC_Current_INST);
}

void ADC_Current_INST_IRQHandler(void){
    switch(DL_ADC12_getPendingInterrupt(ADC_Current_INST)){
        case DL_ADC12_IIDX_DMA_DONE:
            DMA_done = 1;
            DL_GPIO_clearPins(MOS_PORT,MOS_SAMPLE_PIN | MOS_PROTECT_PIN);//采样结束，两个mos管关掉
        break;
        default:
            break;
    }
    return;
}

然后就是计算有效值和运放增益自动切换，这里简单的写了一下

复制代码

double GetRMS(void){
    long long int rms = 0;
    for(uint16_t i = 0;i<BUF_SIZE;i++)//在等待的过程，计算上一次DMA搬完的数据
        rms += buf[i]*buf[i];
    double rms_f64 = sqrt(rms *1.0 / BUF_SIZE)/4096.0*3.3;
    rms_f64 = (0.91817 * rms_f64 + 0.0034012)/gain;
    switch(gain){
        case 1:
            rms_f64 = 0.990359 * rms_f64 + 0.016488;
            break;
        case 2:
            rms_f64 = 1.022102*rms_f64 - 0.012788;
            break;
        case 4:
            rms_f64 = 0.971941*rms_f64 + 0.013603;
            break;
        case 8:
            rms_f64 = 1.021771*rms_f64- 0.000994;
            break;
        case 16:
            rms_f64 = 0.998849*rms_f64 + 0.002479;
            break;
        default:
            rms_f64 = rms_f64 / 0.1;
            break;
    }
    return rms_f64;
}

void OPA_SetGain(OA_Regs *OPA_INST,double result){
    static DL_OPA_Config gOPA_0Config_nselRTOP = {//nsel为RTOP，增益为1
        .pselChannel    = DL_OPA_PSEL_IN0_POS,
        .nselChannel    = DL_OPA_NSEL_RTOP,
        .mselChannel    = DL_OPA_MSEL_GND,
        .gain           = DL_OPA_GAIN_N1_P2,
        .outputPinState = DL_OPA_OUTPUT_PIN_ENABLED,
        .choppingMode   = DL_OPA_CHOPPING_MODE_DISABLE,
    };
    static DL_OPA_Config gOPA_0Config_nselRTAP = {//nsel为RTAP，增益可以配置
        .pselChannel    = DL_OPA_PSEL_IN0_POS,
        .nselChannel    = DL_OPA_NSEL_RTAP,
        .mselChannel    = DL_OPA_MSEL_GND,
        .gain           = DL_OPA_GAIN_N1_P2,
        .outputPinState = DL_OPA_OUTPUT_PIN_ENABLED,
        .choppingMode   = DL_OPA_CHOPPING_MODE_DISABLE,
    };

    if(result > 1){//如果电流大于0.5A，增益改为1
        if(gain != 1)
            gain = 1;
    }
    else if(result >0.5){
        if(gain != 2)
            gain = 2;
    }
    else if(result >0.25){
        if(gain != 4)
            gain = 4;
    }
    else if(result >0.125){
        if(gain != 8)
            gain = 8;
    }
    else{
        if(gain != 16)
            gain = 16;
    }
    if(gain == 1){//进入到这个分支,由于不能直接改nsel，要重新配置，很史 
        DL_OPA_reset(OPA_INST);
        DL_OPA_enablePower(OPA_INST);
        delay_cycles(POWER_STARTUP_DELAY);
        DL_OPA_enableRailToRailInput(OPA_0_INST);
        DL_OPA_init(OPA_INST, &gOPA_0Config_nselRTOP);
        DL_OPA_enable(OPA_0_INST);
    }
    else {
        DL_OPA_reset(OPA_INST);
        DL_OPA_enablePower(OPA_INST);
        delay_cycles(POWER_STARTUP_DELAY);
        DL_OPA_enableRailToRailInput(OPA_0_INST);
        DL_OPA_init(OPA_INST, &gOPA_0Config_nselRTAP);
        DL_OPA_enable(OPA_0_INST);
        switch(gain){
            case 2:
                DL_OPA_setGain(OPA_INST,DL_OPA_GAIN_N1_P2);
                break;
            case 4:
                DL_OPA_setGain(OPA_INST,DL_OPA_GAIN_N3_P4);
                break;
            case 8:
                DL_OPA_setGain(OPA_INST,DL_OPA_GAIN_N7_P8);
                break;
            case 16:
                DL_OPA_setGain(OPA_INST,DL_OPA_GAIN_N15_P16);
                break;
            case 32:
                DL_OPA_setGain(OPA_INST,DL_OPA_GAIN_N31_P32);
                break;
            default:
                DL_OPA_setGain(OPA_INST,DL_OPA_GAIN_N1_P2);
                break;
        }
    }
    return;
}

片载运放的框图可以在Sysconfig里面找到
图 29　片内 OPA 框图

如果负端选择RTOP，就会变成跟随器，负端选择RTAP，就会变成同相放大器，不过切换这个配置需要重新配置，很史

最后把所有的这些小函数都超级拼装一下，凑出来一个main函数

复制代码

int main(void){

    SYSCFG_DL_init();		
    double result = 0;

    NVIC_EnableIRQ(ADC_Current_INST_INT_IRQN);
    NVIC_EnableIRQ(TIMER_0_INST_INT_IRQN);
    NVIC_EnableIRQ(TIMER_1_INST_INT_IRQN);
    /*第一次开机，先测一轮，显示一回，以提高启动时间的指标*/
    DL_GPIO_clearPins(LED_PORT,LED_D3_PIN);//第一次开机开灯，指示现在正在工作
    DL_GPIO_setPins(MOS_PORT,MOS_SAMPLE_PIN | MOS_PROTECT_PIN);//打开采样用的两个mos管
    CPU_sleep(60);//前600ms还不太稳定，先等待一会
    ADC_DMA_Start();//采一次样
    while(DMA_done == 0)//等待DMA完成
        ;
    DL_GPIO_clearPins(MOS_PORT,MOS_SAMPLE_PIN | MOS_PROTECT_PIN);//采样结束，两个mos管关掉
    DL_ADC12_reset(ADC_Current_INST);//ADC OPA关掉
    DL_OPA_reset(OPA_0_INST);

    result = GetRMS();//计算电流有效值
    DMA_done = 0;
    OLED_Work(result);
    OLED_Sleep();

    while (1){
        DeepSleep();
        gWakeFlag = 0;

        Peripheral_reset();//外设上电

        DL_GPIO_clearPins(LED_PORT,LED_D3_PIN);//开灯，指示现在正在工作
        DL_GPIO_setPins(MOS_PORT,MOS_SAMPLE_PIN | MOS_PROTECT_PIN);//打开采样用的两个mos管
        OPA_SetGain(OPA_0_INST,result);//OPA增益自动设置
        CPU_sleep(60);//前600ms还不太稳定，先等待一会
        ADC_DMA_Start();//采一次样
        DL_SYSCTL_setPowerPolicyRUN0SLEEP0();
        while(!DMA_done)//等待DMA完成
            __WFE();//等待的过程中，让CPU睡一会
        DL_GPIO_clearPins(MOS_PORT,MOS_SAMPLE_PIN | MOS_PROTECT_PIN);//采样结束，两个mos管关掉
        DL_ADC12_reset(ADC_Current_INST);//ADC OPA关掉
        DL_OPA_reset(OPA_0_INST);
        
        result = GetRMS();//计算电流有效值
        DMA_done = 0;
        OLED_Work(result);
        OLED_Sleep();
    }
}