以下文章來(lái)源于CW32生態(tài)社區(qū) ,作者CW32
實(shí)物展示
LCD版
模塊正面
模塊反面
一 引言
在當(dāng)今智能設(shè)備時(shí)代,USB充電技術(shù)普及,高效的USB充電檢測(cè)儀對(duì)設(shè)備運(yùn)行和壽命至關(guān)重要。本文介紹一款基于CW32L010F8U6芯片的USB充電檢測(cè)儀。
該檢測(cè)儀設(shè)計(jì)為數(shù)碼管版和LCD版同板,因顯示引腳共用,故實(shí)際使用時(shí)需二選一。前者具備電壓、電流檢測(cè)、功率計(jì)算和溫度檢測(cè)功能,后者增加電量計(jì)算功能。這些功能得益于CW32L010的ADC、SPI等接口功能。這款檢測(cè)儀高性能、低功耗,提供可靠檢測(cè)結(jié)果,適用于家庭和辦公環(huán)境,確保設(shè)備最佳工作狀態(tài)。
二CW32L010單片機(jī)特點(diǎn)
內(nèi)核:ARM Cortex-M0+: 最高主頻 48MHz
● 工作溫度:-40℃ 至 85℃;工作電壓:1.62V 至 5.5V
● 存儲(chǔ)容量
? 最大 64K 字節(jié) FLASH,數(shù)據(jù)保持 25 年 @-40℃ ~ +85℃,支持擦寫保護(hù)、讀保護(hù)和安全運(yùn)行庫(kù)保護(hù)功能
? 最大 4K 字節(jié) RAM,支持硬件奇偶校驗(yàn)
? 22 字節(jié) OTP 存儲(chǔ)器
● CRC 硬件計(jì)算單元
● 復(fù)位和電源管理
? 低功耗模式(Sleep,DeepSleep)
? 上電和掉電復(fù)位(POR/BOR)
? 可編程低電壓檢測(cè)器(LVD)
● 時(shí)鐘管理
? 4 ~ 32MHz 晶體振蕩器
? 32kHz 低速晶體振蕩器
? 內(nèi)置 48MHz RC 振蕩器
? 內(nèi)置 32kHz RC 振蕩器
? 時(shí)鐘監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
? 允許獨(dú)立關(guān)斷各外設(shè)時(shí)鐘
● 支持最多 16+1 路 I/O 接口
? 所有 I/O 口支持具備濾波的中斷功能
? 所有 I/O 口支持具備濾波的喚醒功能
? 所有 I/O 口支持遲滯及上拉輸入
? 所有 I/O 口支持推挽及開(kāi)漏輸出
● 12 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器
? 最高 2M SPS 轉(zhuǎn)換速度,各序列通道采樣時(shí)間可單獨(dú)配置
? 具備 8 個(gè)轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器
? 內(nèi)置 1.2V 電壓基準(zhǔn)
? 內(nèi)置溫度傳感器
● 雙路電壓比較器
● 實(shí)時(shí)時(shí)鐘和日歷
● 定時(shí)器
? 16 位高級(jí)控制定時(shí)器,支持 6 路輸入捕獲,支持 6 對(duì)帶死區(qū)的互補(bǔ) PWM 輸出,支持雙點(diǎn)比較,支持PWM 移相
? 一組 16 位通用定時(shí)器
? 三組 16 位基本定時(shí)器
? 一組 16 位低功耗定時(shí)器
? 獨(dú)立看門狗定時(shí)器
● 通信接口
? 二路低功耗 UART,支持小數(shù)波特率,支持低功耗接收數(shù)據(jù),支持可配置電平轉(zhuǎn)換,其中一路支持
LIN 通信接口
? 一路 SPI 接口 24Mbit/s,支持 4~16bit 位寬
? 一路 I2C 接口 1Mbit/s,支持可配置電平轉(zhuǎn)換,支持 SMBUS
? IR 調(diào)制器,可編程占空比和極性
● 串行調(diào)試接口 (SWD)
● 80 位唯一 ID
三系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
四參數(shù)功能說(shuō)明
(1) 電壓測(cè)量范圍:0-30V。
(2) 電流測(cè)量范圍:0-3A。
(3) 顯示分辨率:
①數(shù)碼管版:電壓0.1V,電流0.01A,功率0.1W,溫度0.1℃;
②LCD版:電壓0.01V,電流0.01A,功率0.01W,溫度0.1℃,電量0.01Wh。
(4) 測(cè)量精度:電壓±0.04V,電流±0.02A。
(5) 工作溫度:-40℃~85℃。
(6) 顯示方式:(響應(yīng)時(shí)間≤0.2秒)
①數(shù)碼管版:獨(dú)頁(yè)分別顯示電壓,電流,功率,溫度(可切換);
②LCD版:詳情顯示電壓,電流,功率,電量,溫度以及充電時(shí)間;
(7) 分辨率切換:僅LCD版本會(huì)根據(jù)參數(shù)值切換分辨率以及測(cè)量精度。
五硬件原理圖
5.1 電壓檢測(cè)
通過(guò)適當(dāng)?shù)姆謮弘娐?,將待測(cè)電壓降低到CW32芯片可接受的范圍內(nèi),然后接入CW32的ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)進(jìn)行數(shù)字化處理。在原理圖中,可以看到,使用了PB06 作為電壓采集通道。分壓電阻為82K+10K,因此分壓比例為8.2:1。
如果使用1.2V作為參考電壓,根據(jù)R12和R13的阻值配比可以得到最高采樣電壓為:
1.2 / 10 * (82 + 10)= 11.04V
如果使用3.3V作為參考電壓,根據(jù)R12和R13的阻值配比可以得到最高采樣電壓為:
3.3 / 10 * (82 + 10)= 30.36V
因此不同的應(yīng)用場(chǎng)景可以根據(jù)采集電壓范圍大小來(lái)選擇參考電壓或匹配分壓電阻。當(dāng)電阻精度越高時(shí),采樣的越精確。
所以,需要測(cè)量的電壓高于模塊12V的設(shè)計(jì)電壓時(shí),可以選擇更換分壓電阻或通過(guò)修改基準(zhǔn)電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)更大量程的電壓測(cè)量范圍。
5.2電流檢測(cè)
使用芯片INA199A1DCKR是一款由Texas Instruments(德州儀器)生產(chǎn)的電流檢測(cè)放大器,廣泛用于電流采集檢測(cè)。INA199A1DCKR通過(guò)差分電路和采樣電阻對(duì)電流進(jìn)行采集。具體來(lái)說(shuō),電流通過(guò)采樣電阻時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)壓降,這個(gè)壓降被差分放大器放大,并轉(zhuǎn)換為一個(gè)與電流成正比的輸出電壓。通過(guò)這種方式,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的精確測(cè)量。
關(guān)鍵參數(shù):
(1)增益:INA199A1DCKR的增益倍數(shù)由內(nèi)部電阻R1和R3的比值決定。例如,如果R1=1MΩ,R3=20KΩ,則增益倍數(shù)為50V/V。這意味著輸出電壓是輸入電壓(即采樣電阻上的壓降)的50倍。
(2)共模電壓范圍:INA199A1DCKR的共模電壓范圍為-0.1V至26V。共模電壓是指運(yùn)放兩個(gè)輸入端相對(duì)于地的平均電壓。在選擇電流采樣方案時(shí),需要考慮共模電壓范圍,以確保運(yùn)放不會(huì)失真。
(3)電源電壓:INA199A1DCKR的電源電壓范圍為2.7V至26V。在這個(gè)范圍內(nèi),芯片可以正常工作并提供穩(wěn)定的輸出。
(4)準(zhǔn)確性:INA199A1DCKR的電流檢測(cè)準(zhǔn)確性為±1.5%,這意味著在測(cè)量過(guò)程中會(huì)有一定的誤差,但通常這個(gè)誤差是可以接受的。
具體代碼實(shí)現(xiàn)(結(jié)合原理圖):
代碼中Ipiancha為電流偏置,通過(guò)ADC11采集;I_Buffer為電流參數(shù),通過(guò)ADC12采集。減去偏置后的AD值進(jìn)行換算處理即可得到。
5.3 溫度檢測(cè)
溫度參數(shù)采用查表法,參考NTC手冊(cè)。
NTC型號(hào):KNTC0603/10KF3950;
電氣特性表:
R-T表部分參數(shù):
代碼部分:僅需傳入采集的電壓AD值,這里存放了0-100攝氏度參數(shù),可以滿足使用需求范圍,將參數(shù)放大1000倍更方便存儲(chǔ)及計(jì)算,再通過(guò)二分法進(jìn)行參數(shù)區(qū)間的換算即可得到溫度。
5.4數(shù)碼管顯示
選取3位數(shù)碼管(帶VA)6PIN接口,驅(qū)動(dòng)方式詳見(jiàn)例程代碼。
型號(hào):HMD-16508-6L
5.5LCD顯示
選用0.96寸TFTLCD,,驅(qū)動(dòng)方式詳見(jiàn)例程代碼。
相關(guān)參數(shù)見(jiàn)下圖:
六產(chǎn)品使用方法
6.1數(shù)碼管版:
此提供了1個(gè)按鍵,5個(gè)頁(yè)面,以及兩個(gè)待機(jī)跳轉(zhuǎn)功能,每個(gè)頁(yè)面由按鍵K1進(jìn)行切換。
頁(yè)面一,電流顯示,數(shù)碼管右下方會(huì)顯示單位安培;
頁(yè)面二,電壓顯示,數(shù)碼管右上方會(huì)顯示單位伏特;
頁(yè)面三,功率顯示,數(shù)碼管右方會(huì)同時(shí)顯示單位伏特以及安培;
頁(yè)面四,溫度顯示,數(shù)碼管右方單位完全熄滅;
頁(yè)面五,熄屏顯示,數(shù)碼管以呼吸燈的方式顯示一個(gè)點(diǎn)。
待機(jī)跳轉(zhuǎn)功能介紹:
若處于充電狀態(tài)且未處于熄屏頁(yè)面,在間隔一定時(shí)間后會(huì)跳轉(zhuǎn)到電流顯示頁(yè)面;
若處于非充電狀態(tài)且未處于熄屏頁(yè)面,在間隔一定時(shí)間后會(huì)跳轉(zhuǎn)到電壓顯示頁(yè)面。
6.2LCD版:
此提供了1個(gè)按鍵,3個(gè)頁(yè)面,每個(gè)頁(yè)面由按鍵K1進(jìn)行切換。
頁(yè)面一,詳情內(nèi)容顯示,左側(cè)展示充電時(shí)間以及溫度的數(shù)據(jù),右側(cè)展示電壓,電流,功率,電量的數(shù)據(jù),只在充電時(shí)展示當(dāng)前累計(jì)充電時(shí)間和電量的數(shù)據(jù),反之?dāng)?shù)據(jù)為零;
頁(yè)面二,主要內(nèi)容顯示,以更大字體的方式展示電壓,電流,功率的數(shù)據(jù);
頁(yè)面三,熄屏顯示,LCD屏幕以呼吸燈的方式顯示一個(gè)點(diǎn)。
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原文標(biāo)題:【產(chǎn)品方案】基于CW32L010的低成本USB充電檢測(cè)儀產(chǎn)品方案
文章出處:【微信號(hào):武漢芯源半導(dǎo)體,微信公眾號(hào):武漢芯源半導(dǎo)體】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。
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