「自制」USB测试仪（100w以上）基于单片机

注意事项

第一次使用STM32G0芯片要谨防变砖！！

因为G0的启动方式默认不是由boot0引脚决定 的，而是由内部nboot0 bit寄存器决定的。

其默认值是1，如果到手直接往里烧一段程序就没法从System memory启动 了。

要先使用STM32CubeProgrammer将Option bytes-User Configuration中nBOOT_SEL的勾去掉 。

这有点类似AVR单片机的配置熔丝。

除功率检测和快充诱骗，还提供了 屏幕亮度调整和简单的电压、电流曲线记录的功能。

项目介绍（毕设题目介绍）

USB功率测试器，可测试目前几乎所有协议的快充 ，短时最高功率160W，长时间最大功率120W。

使用单片机设计一款功率测试仪，可显示电压、电流、功率 ，且输入最大功率100W 以上。

项目分析

题目要求设计一款功率测试仪，我选择设计一款使用USB接口的可测试手机快充的功率计，具有一定便携性。

设计方案

原理图设计说明

降压部分为MCU、INA220、OLED屏等提供3.3V电源，由于整个系统消耗的电流最大不会超过 60mA，低负载下普通的DC-DC变换器效率较低，所以最好选择带burst、skip、pfm等轻载节能 功能的芯片。

这里用的是立创商城买的RY9320AT6，上/下管内阻100/50mΩ，频率500k，正常工作是PSM模式，轻载进入PFM模式。

实测5V供电时只需要从VUBS获取9mA电流，而在大部分快充的9-12V区间只需要4mA左右电流，大大降低了测量误差 。

INA220电源添加一颗去耦电容。A0、A1接地设置地址 。

A口使用5PIN定制接口，用于测试小米、OPPO的快充以及QC等使用普通A口的快充，Type-C接口主要用于测试PD快充。

这种A口实际上是把USB3.0的GND脚复用成了私有协议的识别脚，并且VBUS和GND加宽。

理论上直接用USB3.0接口也能识别，但USB3.0接口过不了太大电流有风险。

Type-C直接立创商城找个大电流的就行，注意不要用只有6PIN的那种“大电流”，因为少一对VBUS和GND。

本设计带有简单的QC快充诱骗功能，可以当简易调压电源用。

QC2.0、QC3.0协议需要0、0.6V、3.3V三个电压 ，可以直接使用IO口模拟实现。

QC2.0支持5V、9V、12V、20V四个档位，其中20V档位只有极少数支持QC2.0 ClassB的充电头才支持，这也是后面演示视频中无法诱骗QC2.0 20V的原因。

QC3.0支持以200mV为步长进行连续调压，可输出4.4-20V。

大部分30W以上的小米的快充头QC3.0都能支持到20V，这是为了给自家无线充电器供电。

串口下载使用CH340K，使用RTS与DTR实现一键下载 。

其实CH340K不要也行，调试的时候从板子上飞三根线下来接到CH340模块上，调试完再把飞线移除 。

主控使用stm32g030f6p6，体积小，性能较高 。

屏幕的原理图直接按照驱动芯片ssd1315的datasheet推荐设计来画。

用于存储记录到的电压电流、曲线，用不到这个功能可以不加 。

PCB设计说明

3D外壳已经打印，奈何疫情原因，快递无法派送，导致后续实物展示里没有外壳。

软件说明

IDE使用STM32CubeIDE,固件库使用HAL库，初始化代码使用STM32CubeMX生成。

全部代码在附件里，这里仅展示局部。

多级菜单

实物展示说明

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BL0939芯片：测量交流电的电压、电流和功率方案

工程师在开发一些交流电供电的项目时，可能会遇到一个电路设计问题，就是如何测量交流电的电压、电流和功率这三个参数。

比如交流电机，怎么测量通过交流电机的电流和它消耗的功率呢？

BL0939芯片，在芯片哥看来，或许就是其中的一个电路解决方案。

BL0939芯片引脚功能

芯片的IP1与IN1引脚，是测量交流电的电流信号；与IP2和IN2引脚的功能是类似的。

芯片的VP引脚，是测量交流电的电压信号；

通过这几个引脚，工程师就可以测量交流电路中的电压、电流和功率。测量的电压、电流和功率，是通过芯片的UART/SPI通信方式发送到单片机，被单片机读取。

既然能测量功率，就自然可以测量它消耗的电能。只是测量的电能，是通过芯片的CF引脚，以脉冲个数的形式发送到单片机，被单片机的中断引脚读取。

除了这些，BL0939芯片还能测量电路中的有功功率和相位角。这两个参数，单片机只需要读取芯片内部相应的寄存器数值就可以得到。

芯片的VT引脚，是连接温度传感器，直接可以测量当前的环境温度；ZX引脚，是芯片检测交流电过零的输出引脚。

过零检测波形

交流电在正半轴时，ZX引脚输出低电平；交流电在负半轴时，ZX引脚输出高电平；也就是ZX引脚高低电平切换的时候，就是交流电过零的时刻。

只是中间有个延时，大约为570us。也就是交流电在过零的时刻，芯片经过570us时间处理后，ZX引脚的高低电平才会变化。

现在来看一下BL9039芯片的应用电路

应用电路

电阻R8是交流电机的电流采样电阻，阻值为1mΩ，它两端的电压直接通过电阻R7和R9，输入到BL0939芯片的电流测量引脚IP1和IN1；

电阻R1 ~ R6，是电压测量的取样电阻，分压之后，输入到芯片的VP引脚。

单片机就可以通过SPI方式，读取需要测量的参数。

请持续关注芯片哥，后面会定期更新有关于电子元器件和芯片，包括一些电子产品项目开发案例的相关内容。

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