一、简介

1、外观

基于CW32F030C8T6地文星开发板的体积小巧的电压电流表，长2100mil(53.34mm)，宽900mil(22.86mm)，厚度约2cm（不算boot0排针）

2、功能

• 无需独立给开发板供电即可亮屏（使用MP2456GJ-Z），也可单独给开发板供电
• 以10次每秒的频率采样当前的电流电压值，并计算功率，由于功率总是不太准，就没有统计电能
• 支持屏幕亮度调节，电压电流的标定，采样率没有太大必要改，固定了
• 电压电流的标定共选取5个点，首（0）尾（65535/电流电压最大值）及中间的三个点，依次调节至目标值后确认，保存到FLASH中

3、按键

中键（-）：非调节模式，长按切换主界面和设置界面，短按进入调节模式；调节模式，长按取消操作，短按确定或下一步

左键（↑）右键（↓）：非调节模式，长按切换设置页面，短按主界面电压换挡；调节模式，长按短按均为调节，调节内容不同

二、硬件部分

1、双Type-C母座输入输出

• 同时使用FFC连接线连接D+、D-、CC1、CC2六个引脚，使支持快充

2、SSP9451 DC-DC降压电路（推荐使用MP2456GJ-Z）

• 4.2-40V输入，3.3V输出，给CW32开发板供电，原理图参考MP2451数据手册绘制
• 反馈电压0.794V，由电阻分压可得输出电压为0.794/R1*(R1+R2)，取R1=40.2k，R2=124k，得输出电压3.243V≈3.3V
• D2防止独立供电时电压漏到VBUS（参考iDKMeter02C）

3、电压采样电路

• 使用单刀三掷开关进行换挡，三档可调节，量程、12位分辨率如图，D5稳压二极管保护芯片引脚

4、电流采样电路

• 使用4mΩ采样电阻，两端连接INA138高侧测量电流分流监视器
• INA138共模电压最大36V，可检测单向电流大小（双向的型号太贵），反向接入不会造成损伤，增益通过R10+R11配置，公式如图，本电路增益50V/V
• INA138 5号引脚V+ 可接 2.7 ~ 36 V，这里独立3V3供电

5、纹波测量电路(参考iDKMeter02C)

• C8与R14构成高通滤波器，截止频率≈319Hz，R12与R13提供0.794V偏置电压

6、SPI TFT屏幕&SPI FLASH电路

7、按键电路

• 使用100nF电容进行硬件消抖

8、开发板引脚分配

• 先将上述电路在PCB上大致分配好位置，然后参考CW32数据手册（P26-27）分配合适的引脚
• 硬件SPI：PB03、PB04、PB05（SPI1）
• SPI片选及屏幕DC/RES：PA15、PB06、PA10、PA11
• PWM输出（BLK屏幕背光）：PA09（GTIM3）
• ADC：PA00（IN0）、PA07（IN7）、PB01（IN9）
• 按键：PB07、PB08、PB09

9、PCB绘制

• 尽量小体积，板框与CW32板大小一致，容阻尽量使用0402封装，部分排母剪断
• Type-C母座一正一反，FFC连接D+D-CC1CC2，降低拉线难度
• 保证VBUS和GND的线宽足够（以前GND都铺铜的，这次没铺，画忘了，后来飞了跟铜线）

10、焊接&组装

• 焊接还是有点难度的，先焊屏幕背面的Type-C，四个固定脚不要焊，再焊两个FFC连接座，然后点锡浆，元件贴片，加热台加热，由于屏幕面有彩色丝印，所以只能烤一次，且时间要短，背面焊完后焊正面Type-C，加固Type-C四个固定脚，然后焊按键及旁边电容，屏幕部分电路的nmos和限流电阻
• CW32开发板正常焊接排针，调试接口排针可不焊，电压电流表板滑动开关侧排母需连塑料壳剪断，对侧排母只需剪断引脚
• 最后焊接屏幕，铁框屏幕需要使用透明胶包住，防短路，背面使用胶粘到OCB上
• 购买5cm长的FFC连接线，两头剪短，插入连接器扣紧，CW32开发板电源输入与电压电流表输入Type-C位于同一侧，排针排母对上即可
• (地线太细，飞一根粗点的铜线)

三、软件部分

1、环境配置

采用CLion开发CW32，CLion界面美观，功能强大，先参考配置CLion用于STM32开发【优雅の嵌入式开发】-- 稚晖君配置出一个STM32的开发环境，CW32F030x8的模板工程放到附件，也可跟随以下步骤配置（步骤会跳步的，细节可百度，也可以对照模板工程的内容理解）

 

1、按上面贴的链接配置好环境后创建一个STM32工程，进入项目目录，备份.idea文件夹内内容，再在工程把中芯片改为STM32G030C8T6（规格功能类似的芯片），再进入项目目录，还原.idea文件夹，并且删除大部分文件，只保留 [.\.idea\] [.\Core\Startup\] [.\Drivers\CMSIS\Core\] 这三个文件夹中的文件和 [CMakeLists.txt]  [STM32xxx_FLASH.ld] 文件

 

2、然后去CW32官网，下载CW32F030固件库，把其中的 【Libraries】 文件夹里的内容复制到 [.\Drivers\CMSIS\CW32F030_standard_peripheral\] 文件夹中（文件夹名称随意） ，把 【Examples\Template\USER\】 里的内容复制到 [.\Core\] 文件夹 ，把【IdeSupport\MDK\WHXY.CW32F030_DFE.1.0.4.pack】和 【IdeSupport\EWARM\arm\config\debugger\CW\CW32F030.svd】文件复制到工程目录

 

3、找到 [.\Core\Startup\]中的.s文件，将其改名为startup_cw32f030.s然后打开，对照固件库中的【IdeSupport\MDK\startup_cw32f030.s】进行修改，对比两个文件，修改那些带_Handler的字符串，除了注释为Top of Stack的那一行，其他的按照固件库中的.s文件一一对应

 

4、找到 [.\STM32xxxx_FLASH.ld]文件，将其改名为CW32F030x8_FLASH.ld然后打开，参考数据手册(P28)，修改RAM起始地址0x20000000，长度8K，FLASH起始地址0x00000000，长度64K

5、打开 [.\CMakeLists.txt] 文件，找到 include_directories(xxx) 把STM32库的地址改成CW32的，使前面步骤添加的.h文件都包含在内；下一行是 add_definitions(-DDEBUG xxxx)，添加#号将该行注释掉；下一行 file(xxx) 同样修改路径，将前面步骤添加的.c文件都包含在内；下一行set(LINER_SCRIPT xxx)将后面的ld文件名称修改为前面步骤4的名称；下一行在add_link_options后添加一行 add_link_options(--specs=nosys.specs)

 

6、项目栏右键，重新加载Cmake项目，再点构建，无报错则编译部分成功，下面是下载及调试

 

7、有miniconda可新建一个python环境，下载pyocd，没有的话也不想折腾可直接下一个python3.7，进行安装

 

8、在Clion运行/调试配置中，添加 原生应用程序，可执行文件选择pyocd.exe，实参为（可适当修改） flash --target CW32F030C8 --pack=$ProjectFileDir$\WHXY.CW32F030_DFP.1.0.4.pack $ProjectFileDir$\cmake-build-debug\$ProjectName$.hex 

 

9、添加嵌入式GDB服务器，targer remote 为（可适当修改） localhost:65533，GDB服务器为pyocd.exe，GDB服务器实参为 gdbserver -p 65533 --pack=$ProjectFileDir$\WHXY.CW32F030_DFP.1.0.4.pack --target CW32F030C8 -f 10M

 

10、使用下载或调试功能（需连接下载器），无报错则成功，调试可在外设栏中选择前面步骤的 [CW32F030.svd] 文件（但是看不到寄存器的值，暂时不知道为啥）

2、程序

写程序时，需要参考 CW32F030数据手册，CW32F030用户手册，CW32F030固件库中的例程，各种器件的数据手册，以及问搜索引擎和AI

固件库用起来似乎不如对着手册操作寄存器¿写的时间不同我用的也不一样，代码比较乱

Memory region         Used Size  Region Size  %age Used
             RAM:        4440 B         8 KB     54.20%
           FLASH:       60792 B        64 KB     92.76%

1、RCC

• 配置PLL为系统时钟，PLL输入参考时钟为HSE(8Mhz)，8倍频到64Mhz ,PCLK、HCLK不分频
• 参考用户手册P61，系统时钟切换时需要同步配置FLASH控制寄存器FLASH_CR2.WAIT读等待周期参数：系统时钟频率不大于
  24MHz 则应设置FLASH控制寄存器FLASH_CR2.WAIT为0；系统时钟频率大于24MHz 则应设置FLASH
  控制寄存器FLASH_CR2.WAIT为1；系统时钟频率大于48MHz 则应设置FLASH控制寄存器FLASH_CR2.
   WAIT 为2。

2、ADC

• 参考用户手册(P435-P437)，CW32F030的ADC精度为12位，ADC采样 5/6/8/10 个ADCCLK周期，本项目配置为10，逐次比较阶段19 个ADCCLK周期，一次完整转换需要10+19=29个 ADCCLK周期，ADCCLK最大频率在内部1.5V参考电压，3.3V VDDA电压下为4Mhz，设置为最大即PCLK 16分频
• 参考用户手册(P438)，CW32F030有多种ADC工作模式，其中单通道多次转换模式可以实现过采样到16位精度，虽然实际达不到，就当作均值滤波了
• 参考用户手册(P441和P458)，配置好后启动转换，多次转换成成功后ADC_ISR.EOA自动变为1，可在ADC中断读取累加值，清除累加值，切换通道后可开启下一次转换，为了达到16位，需要采样256次，并将结果除16，计算下来单通道完整转换频率最大可达4Mhz/29/256=538.8Hz，采电压电流则对半，对于本电压电流表来说，应该足够了，代码过长不贴了（工程里还有纹波的采样，但是频率太低了感觉也没太大作用，也不想改代码了就留着了）

3、TIMER

• 总共用到了3个定时器，BTIM1用以外部触发ADC采样，周期100ms，BTIM2用以按键检测，周期10ms，GTIM3用以PWM输出，调节屏幕背光亮度

4、FLASH

• 原本计划使用SPI FLASH，但是似乎能读不能写，不知道哪里出了问题，于是使用CW32的FLASH存储参数
• 参考用户手册(P111-)及数据手册，使用Page127 (0x0000FE00-0x0000FFFF 512Byte)  来存储参数，支持8、16、32bit访问，为了方便直接获取参数结构体的起始地址，每次写32bit，读取参数更简单

5、SPI

• SPI配置不多说了过于简单，由于SPI FLASH没用上，屏幕的CS引脚保持下拉，FLASH的CS引脚保持上拉
• ST7735S屏幕驱动十分简单，基本就是把商家提供的驱动代码改改，可能需要关注一下的命令就是0x36，可以看到这个命令控制了屏幕的显示方向，刷新顺序以及色彩RGB还是BGR

• 基本的显示先使用 Address_Set函数 发送0x2a和0x2b命令 确定显示的区域（，此区域对于不同厂家生产的屏幕可能会有偏移，可以通过加减调节），再发送0x2c储存器写，然后只需要将16位的颜色代码依次发送出去即可按照0x36命令规定的顺序色彩来显示

6、标定功能

• 由4个数组，两个记录ADC转换的值，两个记录对应的电流电压，每个数组有5个元素，首尾是0和65535/电流电压最大值，获取到ADC转换值后进行换算，value小于第一个元素的都为0

7、按键和UI

• 全都是各种if switch 一堆标志变量实现的，乱的不行，好歹是能用

四、问题

1、地线太细、且拉的也有点抽象

2、SSP9451启动电压有点高？不知道是不是设计问题，IN脚4.73V就不能输出3.3V了

3、INA138偏移电压 ±0.2-1mV，小于50mA（大概，没有东西去测量）测不出来

4、电阻设计完全按照1.5V内部参考电压设计的，ADCCLK频率上不去

5、电压测量分三档没太大必要，用不上，分档的话，应该存三组标定数据

6、SPI FLASH写入失败

7、纹波没空写了

8、标定功能，0起始点应多采样一点取最大值

五、项目属性

首次公开，原创，未获奖，未参加过答辩

开源协议：GPL3.0

六、更新

[v1.0]-20240822

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