更小更廉价的USB3.0电流表

基于 PY32 和 INA219 的 USB3.0 电流表

1. 项目简介

PY32F002A 是一款极具性价比的 32 位 MCU, 部分封装仅售 0.3 元起, 适合用于各种低成本的嵌入式应用. 本项目基于 PY32F002A 和 INA219 电流传感器, 实现了一个 USB3.0 电流表, 可以测量 USB3.0 设备的电流, 电压和功率.

2. 功能特性

• 量程：3.3V ~ 20V, 0 ~ 5A
• 在屏幕上显示电流，电压和功率
• 可通过串口输出数据
• 提供 Type-A 和 Type-C 两种版本
• 已接通所有 USB3.0 高速信号线，支持高速传输和快充协议（实测能达到 340 MB/s 传输速度并驱动 4k 60Hz 显示器）

3. 硬件设计

主要使用的芯片如下：

• PY32F002A: 32 位 MCU, 20KB Flash, 4KB RAM, 24MHz 主频
• INA219: 12 位 ADC, 电流传感器, I2C 接口
• LGS5148: 宽电压输入，可调输出的 Buck 降压芯片
• XC6206: 200mA 低压差稳压器
• SSD1306: 128x32 OLED 显示屏
• Type-A 接口使用沉板封装
• Type-C 接口使用 0.8mm 板厚的夹板封装

4. 注意事项

1. 考虑到高速信号的阻抗匹配，两种版本均使用四层板。
   1. Type-A 版本使用 1.6mm 板厚，JLC04161H-3313 阻抗
   2. Type-C 版本使用 0.8mm 板厚，JLC04081H-3313 阻抗 (0.8mm 板厚可用沉金免费券)
2. R1 为 INA219 的采样电阻，建议使用 2mΩ 电阻减少压降，也可使用 10mΩ 电阻或者更大的。使用其他阻值需要修改程序中的电流计算公式。
3. 可以买一个 5W 的 USB 电阻负载来校准读数，修改 main.c 中 CURRENT_CALIBRATION 的值。
4. 立创 EDA 导出的 BOM 是正确的。
5. 串口和 SWD 调试接口已经引出，可以使用兼容 DAPLink 的调试器进行下载和调试。
6. Type-C 版本从母口供电时，示数会包括电流表自身的电流，可自行修改程序减掉这部分电流。

5. 实物图片

固件构建方法

代码仓库，附件提供代码 zip 包。

请注意需要根据实际使用的采样电阻值修改 这里的参数. 最好用一个已知阻值的纯电阻负载校准一下。

确保 Path 中已经安装了 arm-none-eabi-gcc 工具链和 cmake，在 Windows 上可以使用 Scoop 安装。

scoop install gcc-arm-none-eabi
scoop install cmake

另外需要使用 pip 安装 pyocd

pip install pyocd

克隆仓库并构建：

https://github.com/Duanyll/py32-ina219-usb-meter
cd py32-ina219-usb-meter
git submodule update --init
cmake -B build -S .
cmake --build build

烧录固件方法：使用支持 DAPLink 的调试器（如 DAPLink 模式的 WCH-LinkE）连接排母上的 GND，SWD，SWC，3V3 下载固件

cmake --build build --target flash