#第七届立创电赛#双路usb功率计

1、项目功能介绍

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使用国民技术N32G430C8L7芯片和采集电路制作一款双路USB功率计，可以显示当前USB的使用功率，以及支持手机快充的功率检测。

2、项目属性

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此项目参考立创开源平台的USB功率计进行修改增加功能，未在其他比赛中获奖。 

3、开源协议

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使用GPL3.0开源协议；参考工程来源链接： https://oshwhub.com/limengmeng12345/ji-chu-ying-usb-dian-ya-biao

 

4、硬件部分

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主控

使用国民技术N32G430C8L7芯片 作为主控芯片，需注意的是芯片的每个电源的引脚都需要额外接一个100nF的外接的滤波电容，芯片的1脚需要额外接4.7uf的滤波电容。

复位电路、BOOT电路

复位电路和BOOT电路做了按键的设计。

烧录接口

芯片支持多种烧录方式，如市面常见的ST-Link、USB-TTL、Jlink等烧录器。对应的接口已使用2.54间距的排针引出作为烧录使用。

电压转换

本次案例使用的MCU虽然支持最大电压是5V，但考虑到了可能USB的电压或其他电压上有着不稳定的电压因素，所以使用了一个最高18V转3.3V的LDO（所以支持快充的电压）给芯片供电使用，就算在供电不稳定的情况下，MCU也能正常工作。需要注意的是，LDO输入和输出必须接上22uF和100nF的电容（建议电容等元器件选择耐压25V以上的）。

电流采样、USB输入/输出

USB输入/输出

USB输入端使用的是一个Type-A的公头，USB输出端使用的是一个4P沉板的母座。

电流采样

电流采样部分的是INA199B1DCKR电流感应放大器，（也称为电流传感放大器）常用于过流保护、针对系统优化的精密电流测量或闭环反馈电路。该系列器件可在独立于电源电压的–0.3V至 26V共模电压下感应分流电阻器上的电压降。共有三种固定增益可供选择：50V/V、100V/V和 200V/V。该系列器件采用零漂移架构，偏移较低，因此在进行电流感测时能够将分流电阻器两端的最大压降保持在最低10mV的满量程。参数如下：

· 共模范围：–0.3V至26V

· 偏移电压：±150μV（最大值）

· 支持 10mV 满量程分流压降

· 静态电流：100μA（最大值）

采样电阻选择

在电流路径中以串联的方式插入一个低阻值的检测电阻会形成一个小的电压降，该压降可被放大从而被当作一个正比于电流的信号。然而，根据具体应用环境和检测电阻的位置，这种技术将对检测放大器造成不同的挑战。一般采样电阻的电阻值在1欧姆以下，属于毫欧级无感应电阻，但有些电阻，有采样电压等要求，必须选择大电阻值电阻，但电阻基数大，误差大。在这种情况下，需要选择高精度的无感应电阻(可达到0.01%精度，即万分之一精度)，使取样数据非常可靠。贴片的超低电阻值电阻(0.0005欧姆、2毫欧、3毫欧、10毫欧等)、贴片合金电阻、大功率电阻(20W、30W、35W、50W、100W)等产品，温度系数为正负5PPM。

采样方式

· 此采样使用的是低边采样的方式，也就是采样电阻接在GND的回路上，此设计可以在差分信号送入运放的时候，运算完整的差分、跟随、放大、输出。如果使用高边采样，也就是采样电阻放置在电源和负载之间的高位，虽然这种放置方式不仅消除了低边检测方案中产生的地线干扰，还能检测到电池到系统地的意外短路，但是高边检测要求检测放大器处理接近电源电压的共模电压。这种共模电压值范围很宽，从监视处理器内核电压要求的电平(约1V)到在工业、汽车和电信应用常见的数百伏电压不等。应用案例包括典型笔记本电脑的电池电压(17到20V)，汽车应用中的12V、24V或48V电池，48V电信应用，高压电机控制应用，用于雪崩二极管和PIN二极管的电流检测以及高压LED背光灯等。因此，高边电流检测的一个重要优势，那就是检测放大器具备处理较大共模电压的能力。
 所以，采样电阻加运放的电流采样方法，最好是在低端进行。虽然，低端采样，由于共地干扰的原因会影响信号的纹波情况。但是相对高端来说，方案简单易行，成本低，可靠度高。

电压采样

电压采样部分由两颗电阻构成的分压电路组成，其原理就是电阻串联分压的知识。

显示部分

显示部分的是使用的是0.96寸4P的蓝色OELD屏幕模块，采用IIC通信，显示效果清晰。

5、软件部分

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编译参数

· 编译器：ARM Compiler version 5 (-O0)

· MDK版本：5.31

· 调试器：ST-Link V2 

6、BOM清单

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工程内查看或者见下方表格。

7、注意事项

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1.因为是其中一个USB口支持快充，所以，在使用USB1进行快充的时候，USB2不要接入其它设备，否则可能造成损坏。可以在USB1使用非快充设备时，两个USB输出口同时使用。

2.晶振部分（X1,C12,C13），可以选择不装，空着。如果跟着装的话，需要更改程序的内容。

3.目前没有为这个硬件设计外壳，有需要可自行设计。

8、图片欣赏