第二章 硬件选型与原理图设计：主控芯片选型（STM32/ESP32）、电池充电管理芯片（TP4056/MAX17320）、电压电流采样电路

各位同学，欢迎来到第二章。这一章我们聊聊硬件选型。

说实话，很多初学者一上来就画原理图，结果画到一半发现芯片买不到，或者功能根本实现不了。我当年也吃过这个亏——选了个冷门芯片，等了两周货，项目差点黄了。所以，选型这一步，咱们得认真对待。

2.1 主控芯片选型：STM32 vs ESP32

万用表的核心是主控。它负责读取数据、处理逻辑、控制显示。目前主流方案就两个：STM32 和 ESP32。怎么选？我直接说结论。

为什么这么分？我一个个讲。

2.1.1 STM32 方案

STM32 是意法半导体的王牌。我个人习惯用 STM32F103C8T6，也就是大家常说的「蓝 pill」核心板。这芯片便宜、稳定、资料多。

优点：

• 12位 ADC，精度够用。配合外部基准，能到 0.1% 精度。
• 低功耗模式做得好。电池供电时，待机电流能到微安级。
• 生态成熟。你遇到的所有问题，网上基本都有答案。

缺点：

• 没有 WiFi/BLE。想联网得外挂模块。
• Flash 和 RAM 偏小。复杂 UI 会吃力。

我在项目中遇到过一个问题：用 STM32 做万用表，ADC 采样时总跳变。查了半天，发现是电源纹波太大。后来加了 LC 滤波，问题解决。嗯，这里要注意——STM32 的 ADC 对电源质量很敏感。

2.1.2 ESP32 方案

ESP32 是乐鑫的明星产品。它自带 WiFi 和蓝牙，价格还比 STM32 便宜。你想想看，这性价比有多高。

优点：

• 双核处理器，主频 240MHz。跑 FreeRTOS 很轻松。
• 内置 WiFi/BLE。数据直接上传手机 App。
• 12位 SAR ADC，采样率能到 200ksps。

缺点：

• ADC 线性度一般。做高精度测量需要校准。
• 功耗偏高。WiFi 开启时电流能到 80mA。

我曾经用 ESP32 做过一个远程监控万用表。客户要求电池续航 30 天。我一开始没注意功耗，结果 3 天就没电了。后来加了深度睡眠模式，WiFi 定时唤醒，才勉强达标。避坑指南：用 ESP32 做电池设备，一定要算好功耗预算。

对比项	STM32F103C8T6	ESP32
价格（批量）	约 8 元	约 12 元
ADC 精度	优秀（需外部基准）	一般（需校准）
功耗	低（待机 2μA）	高（WiFi 开启 80mA）
联网能力	无（需外挂）	内置 WiFi/BLE
开发难度	中等	中等

2.2 电池充电管理芯片：TP4056 vs MAX17320

万用表用锂电池供电，充电管理芯片是必须的。选型时主要看三点：充电电流、安全保护、电量监测。

2.2.1 TP4056——入门首选

TP4056 是国产芯片，价格便宜到离谱——几毛钱一片。它支持 1A 充电电流，带恒流恒压功能。

优点：

• 外围电路简单。只需要几个电阻电容。
• 充电状态指示。CHRG 和 STDBY 引脚直接接 LED。
• 价格低。批量采购不到 0.5 元。

缺点：

• 没有电量监测功能。你不知道电池还剩多少电。
• 没有过放保护。需要外接 DW01 保护板。
• 充电电流固定。不能动态调整。

我记得第一次用 TP4056 时，觉得它太简单了。结果忘了加保护板，电池过放了一次，直接报废。避坑指南：用 TP4056 一定要配 DW01 保护板，否则电池寿命会缩短。

2.2.2 MAX17320——高端方案

MAX17320 是美信（Maxim）的旗舰级芯片。它集成了充电管理、电量计、保护电路于一体。

优点：

• 内置 ModelGauge m5 电量计。精度能到 1%。
• 支持 1-4 节电池串联。
• 带过压、过流、过温保护。
• I2C 接口。主控可以直接读取电量。

缺点：

• 价格贵。一片要 20 多元。
• 配置复杂。需要烧录配置文件。
• 封装小。手工焊接有难度。

说实话，MAX17320 是好东西，但课程项目用有点浪费。我建议：

2.3 电压电流采样电路

采样电路是万用表的核心。精度好不好，全看这里。

2.3.1 电压采样

电压采样用电阻分压。原理很简单：

Vout = Vin * R2 / (R1 + R2)

但实际设计时要注意几点：

• 分压电阻要用高精度（0.1% 或更好）。
• 输入阻抗要高。否则会拉低被测电压。
• 加 TVS 管保护。防止过压烧坏 ADC。

我习惯用 10MΩ + 1MΩ 的分压网络。这样输入阻抗 11MΩ，对被测电路影响很小。分压比是 1:11，最大测量电压 33V（3.3V * 11）。

2.3.2 电流采样

电流采样有两种方式：

• 低端采样：采样电阻放在负载和 GND 之间。简单，但会引入地回路。
• 高端采样：采样电阻放在电源和负载之间。需要差分运放，但精度更高。

我推荐用高端采样。虽然电路复杂一点，但精度好很多。具体电路：

采样电阻 Rs = 0.1Ω
差分运放 INA180
增益 = 20
输出电压 Vout = I * Rs * 20
例如：1A 电流 -> Vout = 1 * 0.1 * 20 = 2V

我曾经用低端采样做过一个项目。结果发现地线有 0.5V 压降，导致测量误差很大。后来换成高端采样，问题解决。嗯，这里要注意——地回路问题很容易被忽略。

2.3.3 采样电路保护

万用表经常要测高压、大电流。保护电路不能省。

• 输入端加 PTC 自恢复保险丝。过流时自动断开。
• 加 TVS 管。钳位电压选 5V 或 3.3V。
• 运放输入端加限流电阻。防止浪涌电流。

2.4 本章小结

这一章我们聊了三个核心选型：

• 主控：STM32 适合纯万用表，ESP32 适合 IoT 万用表。
• 充电管理：TP4056 入门，MAX17320 高端。
• 采样电路：电压用分压，电流用高端采样。

下一章我们开始画原理图。我会带着大家一步步把电路搭起来。到时候见。