【产品方案】基于CW32L010的低成本USB充电检测仪产品方案-电子发烧友网

实物展示

LCD版

数码管版

模块正面

模块反面

一、引言

在当今智能设备时代，USB充电技术普及，高效的USB充电检测仪对设备运行和寿命至关重要。本文介绍一款基于CW32L010F8U6芯片的USB充电检测仪。

该检测仪设计为数码管版和LCD版同板，因显示引脚共用，故实际使用时需二选一。前者具备电压、电流检测、功率计算和温度检测功能，后者增加电量计算功能。这些功能得益于CW32L010的ADC、SPI等接口功能。这款检测仪高性能、低功耗，提供可靠检测结果，适用于家庭和办公环境，确保设备最佳工作状态。

二、CW32L010单片机特点

内核：ARM® Cortex®-M0+：最高主频 48MHz

● 工作温度：-40℃ 至 85℃；工作电压：1.62V 至 5.5V

● 存储容量

‒ 最大 64K 字节 FLASH，数据保持 25 年 @-40℃ ~ +85℃，支持擦写保护、读保护和安全运行库保护功能

‒ 最大 4K 字节 RAM，支持硬件奇偶校验

‒ 22 字节 OTP 存储器

● CRC 硬件计算单元

● 复位和电源管理

‒ 低功耗模式（Sleep，DeepSleep）

‒ 上电和掉电复位（POR/BOR）

‒ 可编程低电压检测器（LVD）

● 时钟管理

‒ 4 ~ 32MHz 晶体振荡器

‒ 32kHz 低速晶体振荡器

‒ 内置 48MHz RC 振荡器

‒ 内置 32kHz RC 振荡器

‒ 时钟监测系统

‒ 允许独立关断各外设时钟

● 支持最多 16+1 路 I/O 接口

‒ 所有 I/O 口支持具备滤波的中断功能

‒ 所有 I/O 口支持具备滤波的唤醒功能

‒ 所有 I/O 口支持迟滞及上拉输入

‒ 所有 I/O 口支持推挽及开漏输出

● 12 位模数转换器

‒ 最高 2M SPS 转换速度，各序列通道采样时间可单独配置

‒ 具备 8 个转换结果寄存器

‒ 内置 1.2V 电压基准

‒ 模拟看门狗功能

‒ 内置温度传感器

● 双路电压比较器

● 实时时钟和日历

● 定时器

‒ 16 位高级控制定时器，支持 6 路输入捕获，支持 6 对带死区的互补 PWM 输出，支持双点比较，支持PWM 移相

‒ 一组 16 位通用定时器

‒ 三组 16 位基本定时器

‒ 一组 16 位低功耗定时器

‒ 独立看门狗定时器

● 通信接口

‒ 二路低功耗 UART，支持小数波特率，支持低功耗接收数据，支持可配置电平转换，其中一路支持

LIN 通信接口

‒ 一路 SPI 接口 24Mbit/s，支持 4~16bit 位宽

‒ 一路 I2C 接口 1Mbit/s，支持可配置电平转换，支持 SMBUS

‒ IR 调制器，可编程占空比和极性

● 串行调试接口 (SWD)

● 80 位唯一 ID

三、系统结构框图

四、参数功能说明

(1) 电压测量范围：0-30V。(2) 电流测量范围：0-3A。(3) 显示分辨率：①数码管版：电压0.1V，电流0.01A，功率0.1W，温度0.1℃；②LCD版：电压0.01V，电流0.01A，功率0.01W，温度0.1℃，电量0.01Wh。(4) 测量精度：电压±0.04V，电流±0.02A。(5) 工作温度：-40℃~85℃。(6) 显示方式：（响应时间≤0.2秒）①数码管版：独页分别显示电压，电流，功率，温度(可切换)；②LCD版：详情显示电压，电流，功率，电量，温度以及充电时间；(7) 分辨率切换：仅LCD版本会根据参数值切换分辨率以及测量精度。

五、硬件原理图

5.1 电压检测

通过适当的分压电路，将待测电压降低到CW32芯片可接受的范围内，然后接入CW32的ADC（模数转换器）进行数字化处理。在原理图中，可以看到，使用了PB06 作为电压采集通道。分压电阻为82K+10K，因此分压比例为8.2:1。如果使用1.2V作为参考电压，根据R12和R13的阻值配比可以得到最高采样电压为：1.2 / 10 * （82 + 10）= 11.04V如果使用3.3V作为参考电压，根据R12和R13的阻值配比可以得到最高采样电压为：3.3 / 10 * （82 + 10）= 30.36V因此不同的应用场景可以根据采集电压范围大小来选择参考电压或匹配分压电阻。当电阻精度越高时，采样的越精确。所以，需要测量的电压高于模块12V的设计电压时，可以选择更换分压电阻或通过修改基准电压来实现更大量程的电压测量范围。

5.2 电流检测

使用芯片INA199A1DCKR是一款由Texas Instruments（德州仪器）生产的电流检测放大器，广泛用于电流采集检测。INA199A1DCKR通过差分电路和采样电阻对电流进行采集。具体来说，电流通过采样电阻时会产生一个压降，这个压降被差分放大器放大，并转换为一个与电流成正比的输出电压。通过这种方式，可以实现对电流的精确测量。关键参数：(1)增益：INA199A1DCKR的增益倍数由内部电阻R1和R3的比值决定。例如，如果R1=1MΩ，R3=20KΩ，则增益倍数为50V/V。这意味着输出电压是输入电压（即采样电阻上的压降）的50倍。(2)共模电压范围：INA199A1DCKR的共模电压范围为-0.1V至26V。共模电压是指运放两个输入端相对于地的平均电压。在选择电流采样方案时，需要考虑共模电压范围，以确保运放不会失真。(3)电源电压：INA199A1DCKR的电源电压范围为2.7V至26V。在这个范围内，芯片可以正常工作并提供稳定的输出。(4)准确性：INA199A1DCKR的电流检测准确性为±1.5%，这意味着在测量过程中会有一定的误差，但通常这个误差是可以接受的。具体代码实现(结合原理图)：

代码中Ipiancha为电流偏置，通过ADC11采集；I_Buffer为电流参数，通过ADC12采集。减去偏置后的AD值进行换算处理即可得到。

5.3 温度检测

温度参数采用查表法，参考NTC手册。NTC型号：KNTC0603/10KF3950；电气特性表：

R-T表部分参数：

代码部分：仅需传入采集的电压AD值，这里存放了0-100摄氏度参数，可以满足使用需求范围，将参数放大1000倍更方便存储及计算，再通过二分法进行参数区间的换算即可得到温度。

5.4 数码管显示

选取3位数码管(带VA)6PIN接口，驱动方式详见例程代码。型号：HMD-16508-6L

5.5 LCD显示

选用0.96寸TFTLCD，，驱动方式详见例程代码。相关参数见下图：

六、产品使用方法

6.1 数码管版：

此提供了1个按键，5个页面，以及两个待机跳转功能，每个页面由按键K1进行切换。页面一，电流显示，数码管右下方会显示单位安培；页面二，电压显示，数码管右上方会显示单位伏特；页面三，功率显示，数码管右方会同时显示单位伏特以及安培；页面四，温度显示，数码管右方单位完全熄灭；页面五，熄屏显示，数码管以呼吸灯的方式显示一个点。待机跳转功能介绍：若处于充电状态且未处于熄屏页面，在间隔一定时间后会跳转到电流显示页面；若处于非充电状态且未处于熄屏页面，在间隔一定时间后会跳转到电压显示页面。

6.2 LCD版：

此提供了1个按键，3个页面，每个页面由按键K1进行切换。页面一，详情内容显示，左侧展示充电时间以及温度的数据，右侧展示电压，电流，功率，电量的数据，只在充电时展示当前累计充电时间和电量的数据，反之数据为零；页面二，主要内容显示，以更大字体的方式展示电压，电流，功率的数据；页面三，熄屏显示，LCD屏幕以呼吸灯的方式显示一个点。