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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充電檢測儀。
該檢測儀設(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、功率計(jì)算和溫度檢測功能，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。這款檢測儀高性能、低功耗，提供可靠檢測結(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)。
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）
● 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)
? 模擬看門狗功能
? 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
● 串行調(diào)試接口 (SWD)
● 80 位唯一 ID
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
參數(shù)功能說明
(1) 電壓測量范圍：0-30V。
(2) 電流測量范圍：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量精度。
硬件原理圖
5.1 電壓檢測
通過適當(dāng)?shù)?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/1459576.html">分壓電路，將待測電壓降低到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)用場景可以根據(jù)采集電壓范圍大小來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修改基準(zhǔn)電壓來實(shí)現(xiàn)更大量程的電壓測量范圍。
5.2 電流檢測
使用芯片INA199A1DCKR是一款由Texas Instruments（德州儀器）生產(chǎn)的電流檢測放大器，廣泛用于電流采集檢測。INA199A1DCKR通過差分電路和采樣電阻對(duì)電流進(jìn)行采集。具體來說，電流通過采樣電阻時(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。通過這種方式，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的精確測量。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的電流檢測準(zhǔn)確性為±1.5%，這意味著在測量過程中會(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ADC11采集；I_Buffer為電流參數(shù)，通過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
溫度參數(shù)采用查表法，參考NTC手冊。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)方式詳見例程代碼。型號(hào)：HMD-16508-6L
5.5 LCD顯示
選用0.96寸TFTLCD，，驅(qū)動(dòng)方式詳見例程代碼。相關(guān)參數(shù)見下圖：
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)頁面，以及兩個(gè)待機(jī)跳轉(zhuǎn)功能，每個(gè)頁面由按鍵K1進(jìn)行切換。頁面一，電流顯示，數(shù)碼管右下方會(huì)顯示單位安培；頁面二，電壓顯示，數(shù)碼管右上方會(huì)顯示單位伏特；頁面三，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；頁面四，溫度顯示，數(shù)碼管右方單位完全熄滅；頁面五，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)且未處于熄屏頁面，在間隔一定時(shí)間后會(huì)跳轉(zhuǎn)到電流顯示頁面；若處于非充電狀態(tài)且未處于熄屏頁面，在間隔一定時(shí)間后會(huì)跳轉(zhuǎn)到電壓顯示頁面。
6.2 LCD版：
此提供了1個(gè)按鍵，3個(gè)頁面，每個(gè)頁面由按鍵K1進(jìn)行切換。頁面一，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)；頁面三，熄屏顯示，LCD屏幕以呼吸燈的方式顯示一個(gè)點(diǎn)。
例程圖紙鏈接：
資料開源鏈接：https://dwi41yhz703.feishu.cn/docx/A3hCd6gBkoi15LxE8NWcy3UknRg
通過網(wǎng)盤分享的文件：CW32充電檢測儀相關(guān)資料鏈接 : https://pan.baidu.com/s/1tSpbmDw-yCTzeDtgIM7-eQ?pwd=CW32 提取碼: CW32
