#第七届立创电赛#USB功率计与QC诱骗可调电源

 

 1、项目功能介绍

 

参加立创训练营的项目。

最大输入20V3A。实现了USB功率、纹波检测。支持USB2.0直通，或者QC3.0诱骗。DC降压限流输出。

电源部分为dcdc转3.3V为系统供电.使用了MT2492,虽然标称耐压12V,但实测19V下仍能正常输出3.3V 。

电压检测为内部12位ADC，电流检测使用INA199对10毫欧电阻差模50倍放大后内部12bitADC。

 

2、项目属性

首次公开，原创

参考了这个的项目。

【开源】高精度QC3.0诱骗器_哔哩哔哩_bilibili

谢鸣使用了这个图形库的画线函数。
单片机图形库开源分享 32 51 oled_哔哩哔哩_bilibili

 

 

3、硬件部分

硬件结构脉络图

 

A.首先是单片的最小系统

 这个比较常规，仿照参考资料就行。值得说一下的是，为了节约成本，未使用参考电源ic，而是直接加滤波后接入ADC参考输入。然后BOOT0启动分区选择和rst仅用0603电阻留着焊点，外接按钮，当程序调试完后可以拆调，提高外观。

B.模块电源部分

 

 使用了MT2492虽然标定是16VMAX，但是实测19V下仍然能正常输出3.3V。原理图的15uH是根据手册计算出来的，但是焊接完并不能正常工作。换了一个10uH功率电感后工作正常。

20V则掉压至0.5V左右。可见对mcu保护非常好。充分宽的耐压，完整适配QC3.0的12V。

 

C.烧录与交互

烧录方面引出了uart串口烧录和SWD,这里推荐用SWD在keil里一键烧录。Uart需要下载国民技术的下载软件。此外uart无法debug 。

人机交互方面，用了4个按钮。这里有更好的方案，参考国民技术的开发板，可以按钮一端接IO一端接地就行。然后为了滤波可以按钮并联一个100nF的电容。

显示用的是0.91的spi的屏。不得不说128x32对比128x64体验真的差了挺多。绘制区小一半了，很多显示都比较凑合。驱动用的购买处的示例工程软spi，然后自己重写了中间的字符绘制等东西。再次谢鸣大佬的图形库，我复制适配了里面的一个画线函数。屏幕硬件实际是接在mcu硬件spi脚的，日后有空再搞。

D.核心采样功能

通过采集输入电压和总线上的电流便可计算功率。

电压是通过电阻分压然后接入ADC引脚。

电流则是通过INA199对10毫欧的采样电阻进行的50倍差模电压放大后进入ADC脚。然后一个设计的小点，MCU系统接入是在低端采样电阻之后，从而避免单片机系统对负载功率采样的影响。

群里挺多人问这个ADC系数。这里粗略的解释一下。

一般我们可能更多会看见左边的电路图模型,而在绘制电路时，我们更多是右边那种形式。

利用万用表的电压档，我们可以测得任意『两点的电压差』，注意是两点的电压差。比如上图，我们会说Uab电压是6.66V,Ubc=3.333V。

在Uxx中，我们把后者电压作为参考，如Uab，其实是Ua-Ub。

那Ua是什么？

其实是对0V而言，a点的电压

而0V定在哪里？一般是锚定为电源的负极。（计做题算时则可以随意设定某点电压为0v然后以此锚点，去计算）。

于是，在这样的电子学体系下，你会发现右图的表达方式是如此自然。

假如你暂时还未能理解，你可以认为，我们始终把万用表的黑笔始终压在电池负极。

而test点的电压可以通过分压计算

Utest= VCC * 5/(10+5)

，如果VCC=10那么Utest=3.33V。（这里是计算思路是串联电阻，电流一定，然后凭这点利用欧姆定律去推导计算）

反过来，如果已知Utest=1V。那么

VCC=Utest ÷[ 5/(10+5) ] =3v

单片机的ADC就是“万用表的黑笔始终压在电池负极”，ADC脚则是红表笔。

然后正式解释那个计算系数。

以我的为例。

如图，ADC实际采样值为679.

而这ADC值意味着什么？

于是这个ADC=679的来源是

ADC=Utest/3.3 *4095= 679

那么我们逆推

Utest=ADC ÷4096*3.3=0.547v

然后结合前面的电阻分压

Vcc= Utest÷[10/(10+82)]=5.03v

再深入一些：

Vcc= Utest÷[10/(10+82)]

Vcc= (ADC ÷4096*3.3) ÷[10/(10+82)]

然后我们把里面的常数化简到一起：

Vcc=ADC* (7.4121X10^-3); Vcc=ADC*0.0074121 (伏特);

如果先前接触过编程，就知道浮点计算是有误差的，于是我们把系数扩大1000倍，使得输出结果单位由伏特变为毫伏。

Vcc=ADC*7.4121；可见与例子中的十分接近了。但为什么还是不一样呢？那是因为MCU的ADC采样时有偏差的。想理解的看[数据手册]的74页（不是用户手册，有2个pdf，重点不同）

。以及善用搜索引擎。

 

然后是电流获取。这里利用了INA199的50倍差模电压放大。「差模」可以理解为万用表表笔是压在电阻两端测得的电压值。

那么知道电阻两端的电压值，由I=U/R，即可计算得到电流，这里不再赘述了。

为了修正偏差，我这里是使用了可调电源进系数矫正。可见是与理论计算相当接近的。（想实现这个，自行搜索excel拟合曲线）

D.QC诱骗与通道切换

左边是一颗USB2.0的模拟开关ic。利用usb3.0的公头，保证系统先进上电进行工作，默认导通USB2.0的输入输出。原理图可见我的正负与ic的对不上，这里是方便实体pcb中的走线。数据手册中写的是轨到轨。所以我才敢这样做。至于QC3.0充电协议，这个部分自行搜索。

4、软件部分

程序结构主体大体是这样：

之后应该会在B站详细讲解

演示视频：

【立创训练营USB功率计-哔哩哔哩】 https://b23.tv/eCdln06

 

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END.作品与立创电赛logo展示