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實物展示

LCD版

數碼管版

模塊正面

模塊反面

一、引言

在當今智能設備時代，USB充電技術普及，高效的USB充電檢測儀對設備運行和壽命至關重要。本文介紹一款基于CW32L010F8U6芯片的USB充電檢測儀。

該檢測儀設計為數碼管版和LCD版同板，因顯示引腳共用，故實際使用時需二選一。前者具備電壓、電流檢測、功率計算和溫度檢測功能，后者增加電量計算功能。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，提供可靠檢測結果，適用于家庭和辦公環境，確保設備最佳工作狀態。

二、CW32L010單片機特點

內核：ARM? Cortex?-M0+：最高主頻 48MHz

● 工作溫度：-40℃ 至 85℃；工作電壓：1.62V 至 5.5V

● 存儲容量

? 最大 64K 字節 FLASH，數據保持 25 年 @-40℃ ~ +85℃，支持擦寫保護、讀保護和安全運行庫保護功能

? 最大 4K 字節 RAM，支持硬件奇偶校驗

? 22 字節 OTP 存儲器

● CRC 硬件計算單元

● 復位和電源管理

? 低功耗模式（Sleep，DeepSleep）

? 上電和掉電復位（POR/BOR）

? 可編程低電壓檢測器（LVD）

● 時鐘管理

? 4 ~ 32MHz 晶體振蕩器

? 32kHz 低速晶體振蕩器

? 內置 48MHz RC 振蕩器

? 內置 32kHz RC 振蕩器

? 時鐘監測系統

? 允許獨立關斷各外設時鐘

● 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 位模數轉換器

? 最高 2M SPS 轉換速度，各序列通道采樣時間可單獨配置

? 具備 8 個轉換結果寄存器

? 內置 1.2V 電壓基準

? 模擬看門狗功能

? 內置溫度傳感器

● 雙路電壓比較器

● 實時時鐘和日歷

● 定時器

? 16 位高級控制定時器，支持 6 路輸入捕獲，支持 6 對帶死區的互補 PWM 輸出，支持雙點比較，支持PWM 移相

? 一組 16 位通用定時器

? 三組 16 位基本定時器

? 一組 16 位低功耗定時器

? 獨立看門狗定時器

● 通信接口

? 二路低功耗 UART，支持小數波特率，支持低功耗接收數據，支持可配置電平轉換，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，支持可配置電平轉換，支持 SMBUS

? IR 調制器，可編程占空比和極性

● 串行調試接口 (SWD)

● 80 位唯一 ID

三、系統結構框圖

四、參數功能說明

(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：（響應時間≤0.2秒）①數碼管版：獨頁分別顯示電壓，電流，功率，溫度(可切換)；②LCD版：詳情顯示電壓，電流，功率，電量，溫度以及充電時間；(7) 分辨率切換：僅LCD版本會根據參數值切換分辨率以及測量精度。

五、硬件原理圖

5.1 電壓檢測

通過適當的分壓電路，將待測電壓降低到CW32芯片可接受的范圍內，然后接入CW32的ADC（模數轉換器）進行數字化處理。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因此不同的應用場景可以根據采集電壓范圍大小來選擇參考電壓或匹配分壓電阻。當電阻精度越高時，采樣的越精確。所以，需要測量的電壓高于模塊12V的設計電壓時，可以選擇更換分壓電阻或通過修改基準電壓來實現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電流進行采集。具體來說，電流通過采樣電阻時會產生一個壓降，這個壓降被差分放大器放大，并轉換為一個與電流成正比的輸出電壓。通過這種方式，可以實現對電流的精確測量。關鍵參數：(1)增益：INA199A1DCKR的增益倍數由內部電阻R1和R3的比值決定。例如，如果R1=1MΩ，R3=20KΩ，則增益倍數為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。共模電壓是指運放兩個輸入端相對于地的平均電壓。在選擇電流采樣方案時，需要考慮共模電壓范圍，以確保運放不會失真。(3)電源電壓：INA199A1DCKR的電源電壓范圍為2.7V至26V。在這個范圍內，芯片可以正常工作并提供穩定的輸出。(4)準確性：INA199A1DCKR的電流檢測準確性為±1.5%，這意味著在測量過程中會有一定的誤差，但通常這個誤差是可以接受的。具體代碼實現(結合原理圖)：

代碼中Ipiancha為電流偏置，通過ADC11采集；I_Buffer為電流參數，通過ADC12采集。減去偏置后的AD值進行換算處理即可得到。

5.3 溫度檢測

溫度參數采用查表法，參考NTC手冊。NTC型號：KNTC0603/10KF3950；電氣特性表：

R-T表部分參數：

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，可以滿足使用需求范圍，將參數放大1000倍更方便存儲及計算，再通過二分法進行參數區間的換算即可得到溫度。

5.4 數碼管顯示

選取3位數碼管(帶VA)6PIN接口，驅動方式詳見例程代碼。型號：HMD-16508-6L

5.5 LCD顯示

選用0.96寸TFTLCD，，驅動方式詳見例程代碼。相關參數見下圖：

六、產品使用方法

6.1 數碼管版：

此提供了1個按鍵，5個頁面，以及兩個待機跳轉功能，每個頁面由按鍵K1進行切換。頁面一，電流顯示，數碼管右下方會顯示單位安培；頁面二，電壓顯示，數碼管右上方會顯示單位伏特；頁面三，功率顯示，數碼管右方會同時顯示單位伏特以及安培；頁面四，溫度顯示，數碼管右方單位完全熄滅；頁面五，熄屏顯示，數碼管以呼吸燈的方式顯示一個點。待機跳轉功能介紹：若處于充電狀態且未處于熄屏頁面，在間隔一定時間后會跳轉到電流顯示頁面；若處于非充電狀態且未處于熄屏頁面，在間隔一定時間后會跳轉到電壓顯示頁面。

6.2 LCD版：

此提供了1個按鍵，3個頁面，每個頁面由按鍵K1進行切換。頁面一，詳情內容顯示，左側展示充電時間以及溫度的數據，右側展示電壓，電流，功率，電量的數據，只在充電時展示當前累計充電時間和電量的數據，反之數據為零；頁面二，主要內容顯示，以更大字體的方式展示電壓，電流，功率的數據；頁面三，熄屏顯示，LCD屏幕以呼吸燈的方式顯示一個點。