本次大赛提供的全是芯片，所以需要设计PCB用来测试。我本次设计的总体原理如下框图。
本设计是一款面向机器人伺服驱动、BMS电池管理、电源测试场景的高精度电流监测设备，整体采用信号输入- 电流 传感-主控处理-交互输出 的四层模块化架构，以STM32单片机为控制核心，搭配MPS MCS1805霍尔电流传感器，实现±5A范围内双向电流的高精度检测。系统支持「独立端子电流测试」「USB接口电压电流表」两种工作模式，同时预留ESP32备用方案，兼顾测量精度、电气安全与功能扩展性。
一、信号输入单元：双路输入适配多场景
框图包含两路独立输入通道，分别对应两种工作模式的信号接入，覆盖不同测试场景：
端子输入 作为被测大电流回路的主接入通道，采用接线端子形式，可直接串入机器人关节、电机驱动、电池回路等被测电路。被测电流直接流入MCS1805的一次侧主回路，实现独立电流检测功能，对应方案中「单独测试电流功能」。
Type-C输入 兼具供电输入 与电压采样 双重作用：一方面为整个系统提供5V工作电源；另一方面通过分压电路引出电压采样信号，送入STM32的ADC通道。配合后端的Type-C/USB-A输出接口，可将监测仪串入USB供电链路，同时测量回路的电压与电流，实现USB电压电流表功能。
二、核心传感单元：MCS1805电流传感器
MCS1805是系统的核心感知器件，基于霍尔效应实现电气隔离式电流检测，是本设计「高精度、高隔离」特性的核心支撑：
电气隔离原理 芯片内部一次侧（被测电流回路，IP+/IP-引脚）与二次侧（信号输出回路，VOUT/VCC引脚）完全电气隔离，具备3kVRMS隔离耐压、580VRMS持续工作电压的隔离能力；本设计中为了兼容USB电压电流表模式，前后级做了共地连接，没有全部用上该芯片的隔离功能，但是也能避免高压侧故障损坏后端单片机等精密器件，大幅提升系统安全性，尤其适配机器人高压电池包、电机驱动等场景。
双向电流感知 支持±5A双向直流/交流电流检测，输出电压与被测电流呈线性正比关系，完美适配电机正反转、电池充放电等双向电流场景。芯片原生内阻低至mΩ级，插入损耗极小，大电流下自身发热可忽略，不会影响被测电路的工作效率。
功能与外围设计 集成快速过流检测（OCD）功能，响应时间可达1μs，过流阈值可配置，对应原理图中MCS_OCD信号直接接入STM32的IO引脚，可实现硬件级过流告警与保护。输出端搭配RC滤波电路对模拟信号降噪后送入ADC，保障采样精度；传感器带宽达120kHz，可捕捉电机启停冲击电流等快速动态信号。
三、主控处理单元：STM32（STM32L433VCT6）
STM32作为系统的控制与数据处理核心，承接前端模拟信号采集、数据运算校准、外设控制与通讯交互的全流程处理：
双路ADC采集 内置12位高精度ADC，支持硬件过采样扩展至16位精度，最高采样速率5Msps。框图中标注的「ADC*2」分别对应两路采样：
电流采样通道：采集MCS1805输出的电流线性模拟电压信号
电压采样通道：采集Type-C输入的分压电压信号 软件层面采用过采样+数字滤波算法（如卡尔曼滤波），进一步抑制高频噪声、提升信噪比，为高精度测量提供硬件基础。
数据处理与校准 对ADC原始数据进行标度变换，转换为实际电流、电压值，同时计算峰值、有效值等统计量。通过软件算法实现零点自动校准、温度漂移补偿，抵消霍尔传感器温漂与零点漂移误差，将整体测量误差控制在±1.5%以内。
系统控制 统筹驱动OLED显示、LED状态显示、管理USB通讯、响应过流告警信号等全系统逻辑；配套晶振电路、复位电路、SWD下载电路、启动选择电路等最小系统，保障单片机稳定运行与程序调试。
四、人机交互与通讯输出单元
实现本地可视化操作、上位机数据交互，同时提供功率输出通路：
OLED本地显示 作为本地人机交互界面，实时刷新电流/电压数值、简易趋势波形；还可以计算实时功率并显示，无需上位机即可独立使用。
Type-C USB串口 通过USB转串口芯片实现「供电+通讯」二合一，连接PC后可作为虚拟串口工作，支持自定义波特率。配合上位机软件可实现数据实时记录、动态波形绘制，便于分析电机启动冲击、负载动态变化等瞬态过程。
输出接口 包含Type-C输出与USB-A输出两路接口，在USB电压电流表模式下，作为功率输出端连接待测设备，使被测电流完整流经MCS1805检测回路，实现串入式功耗测量。
五、电源管理单元
采用分级电源架构，保障系统稳定工作与高精度特性：
主电源从Type-C输入取5V VBUS电压，经SY8201ABC同步降压DCDC芯片进行一级降压，再经线性LDO稳压输出低纹波的3.3V，为STM32、OLED、传感器等控制回路供电。SY8201具备4.5~27V宽输入范围、1A输出能力与高效率特性，适配PD、QC等协议下宽范围输入电压，同时降低电源损耗。
六、备用方案：ESP32显示板
框图中预留ESP32-S3 FRONT TFT FEATHER开发板作为备用方案，可替代STM32主控的显示与通讯功能，可拓展WiFi、蓝牙无线数据传输能力，实现远程电流监测；同时提供更灵活的开发选项，适配不同二次开发需求，提升方案扩展性。
整体工作流程总结
被测电流通过端子或USB接口流入MCS1805一次侧，传感器通过霍尔效应将电流信号转换为隔离的模拟电压信号；STM32通过ADC采集该电压信号与电压采样信号，经滤波、校准、标度换算后得到精准的电流、电压数值；最终数据一方面在OLED屏本地显示，另一方面通过USB串口上传至上位机，同时系统实时监测过流状态，保障被测电路安全。
