单片机如何采样电流？

单片机工程师在面试的过程中，经常会碰到一些相同的问题，笔者总结了十个提问率较高的问题，供大家参考。现在我们来分析单片机工程师常遇面试问题之三：单片机如何采样电流？

单片机的AD模块转换原理我这里就不做讲解了，有兴趣的小伙伴可以找度娘了解，百度都有很详细的介绍。需要注意的是，想要通过AD口来检测信号，必须先要把这个信号转换成电压信号，这样单片机才能识别。

我们来看一下单片机采样电压电路图（1），AIN_Vbat接单片机AD检测口，需要检测的电压Vbat经过电阻R31和R37分压，分压得到的电压送给单片机AD口来检测，分压是是因为需要把Vbat映射到单片机AD口采样范围内，比如Vbat最高电压为90V，单片机AD模块参考电压为3.3V，那么我们就需要把0-90V映射到0-3.3V。因为这是直接检测电压信号，所以不需要转换直接送到单片机AD口即可，图种R31和R37用来分压，C30和R32用来滤波防干扰。

图（1）电压采样

言归正传，单片机如何采样电流呢？如之前所说，单片机AD模块识别的是电压信号，那么要采样电流就需要先把电流信号转换成电压。一般的做法是在负载端增加一颗电流采样电阻，比如选择一个0.05Ω的电阻，当电流为2A的时候，那么该电阻两端的压差就是V=I*R=0.05*2=0.1V;这样就可以把这个电压信号传送给单片机AD口进行检测。但是这个电压只有0.1V，单片机AD口资源得不到充分利用，检测误差会很大，所以我们要把这个电压进行放大。

能不能增大采样电阻呢？显然是不行的，因为增大采样电阻会增加电路损耗。比如增加采样电阻为1Ω，那么当电流为2A的时候，电阻上消耗的功率为P=I2*R=2*2*1=4W。这样的损耗是不允许的。所以我们只能加放大器来对这个小电压信号进行放大。图（2）是一个电流采样电路，R100为电流采样电阻，阻值0.05欧姆。该电路放大倍数为N=120K/5.1K=23.5倍。电路中使R29=R30,R24=R35,放大倍数即为N=R24/R29=R30/R35。具体原理作者将在后续文章为您分解。

图（2）电流采样

如果文章对你有帮助，欢迎关注作者，后面作者将为你推送更有价值的文章，谢谢！图（3）是作者做的电流电压自动excel自动计算表格，如小伙伴需要，请关注作者并在评论区留言即可，作者会把地址发给你。

图（3）excel计算表格

单片机IIC通讯实例讲解

IIC通讯在单片机开发中是比较常见的一种通讯协议，也有很多网友对其进行了详细分析，但是作者发现网友大多是对IIC进行理论上的讲解，很少有具体分析通讯内容，现在作者将以数字电位器（CAT5140）为实例为你讲解单片机如何通过IIC进行通讯。（数字电位器可以理解位一个滑动变阻器，RH为滑动变阻器上端,RL为滑动变阻器下端，RW为滑动端）。

第一步我们当然要读CAT5140的数据手册，对于IIC通讯的器件，我们重点关注如下信息：首先，自然是要看器件支持的通讯速度以及VCC电压范围，如图（1）我们就可以知道CAT5140最大支持400KHz的通讯速率，供电范围在2.5-5.5V。

图（1）器件资料1

然后我们就要获取器件地址了，如图（2）我们就可以知道器件地址为0x50+读写位。

图（2）器件地址

获取器件地址后，我们便要根据器件的脚位描述来画线路图了，图（3）为器件脚位描述。

图（3）器件脚位描述

根据描述，可以得出如下线路图，SCL和SDA接单片机IIC通讯口即可。

图（4）器件连接图

画出线路图后，我们就要进行最后一步了，那就是驱动该器件。下面我们来看往CAT5140的寄存器地址（0x00）写数据的操作过程。可以看出整个过程复位9个步骤（有些器件是直接给时序图）。

可以大致描述为：开始信号-写器件地址（0x50）-从机应答-写寄存器地址（0x00）-从机应答-写数据（0x1a）-从机应答-如需要重复写数据则重复6和7两个步骤即可-主机发送停止信号。

按照这个步骤我们就可以实现器件的驱动，如果出现问题，我们可以通过示波器或者逻辑分析仪抓取信号波形，如下图，只要逐步对比，就可以看出是哪个步骤出错了。

图（5）时序图

通过分析SDA和SCL的波形，与数据手册给出的步骤吻合，所以这个器件我们驱动成功。如有些器件给出的是时序图，那我们就直接对比时序图就好。

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//附上参考程序

//addr 器件地址

//RegAddr 寄存器地址

//dat 写入寄存器的数据

void IIC_SendOneByte(u8 addr,u8 RegAddr,u8 dat)

{

u8 i = 0;

IIC_Init();

IIC_Start();

for(i=0;i<8;i++)

{

if(addr & 0x80)

SDA = 1;

else

SDA = 0;

NOP(2);

SCL = 1;

NOP(4);

SCL = 0;

addr <<= 1;

}

IIC_WateACK(); //等待从机应答

NOP(8);

for(i=0;i<8;i++)

{

if(RegAddr & 0x80)

SDA = 1;

else

SDA = 0;

NOP(2);

SCL = 1;

NOP(8);

SCL = 0;

RegAddr <<= 1;

}

IIC_WateACK(); //等待从机应答

NOP(16);

SCL = 0;

NOP(16);

//SDAM = 0;

for(i=0;i<8;i++)

{

if(dat & 0x80)

SDA = 1;

else

SDA = 0;

NOP(4);

SCL = 1;

NOP(8);

SCL = 0;

NOP(4);

dat <<= 1;

}

IIC_WateACK();//等待从机应答

IIC_Stop(); //主机发送停止信号

}

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