使用单片机设计一款功率测试仪
毕设介绍
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。
题目要求
使用单片机设计一款功率测试仪，外观不限，要求可显示电压、电流、功率，且输入最大功率100w以上。不得抄袭，不得使用成品模块。
题目分析
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
降压电路
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。
电压电流采样
ina220电源添加一颗去耦电容。a0、a1接地设置地址。
接口部分
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。
快充诱骗
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
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
主控使用stm32g030f6p6，体积小，性能较高。
oled屏
屏幕的原理图直接按照驱动芯片ssd1315的datasheet推荐设计来画。
eeprom
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
pcb使用四层板，四层板拥有更强的抗干扰能力，而且可以降低布线难度。
vbus开窗挂锡以增大载流。
采样电阻布线使用开尔文接法。
oled屏放在另一块板上，与主板通过ffc排线连接。
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。
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。
演示视频
从左往右第一个按键是选择键；第二三个是上、下键；最后一个是附加功能键，在主界面可以临时开/关显示，防止长时间测量造成oled屏幕烧屏，在数据记录界面可以切换电压、电流、功率。
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题目要求
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题目分析
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设计方案
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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。
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接口部分
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。
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快充诱骗
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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
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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
主控使用stm32g030f6p6，体积小，性能较高。
oled屏
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eeprom
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全部代码在附件里，这里仅展示局部。
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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。
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