【应用】单片机FM33LC046U集成USB2.0 FS device，可用于动态电流检测装置
随着物联网的迅速发展，各种低功耗物联网产品应用越来越广泛。为了延长电池的使用寿命、降低物联网产品的平均功耗，产品一般都支持在运行态和休眠态之间切换。因此，评估这一类产品的平均工作电流变得越来越重要。
基于FM33LC046U的动态电流检测装置采用高边电流检测电路，支持电流综合分析功能，将采样电阻两端的电压差经过高分辨率电流检测放大器放大后，通过高速ADC芯片采集后计算当前的电流，并将数据显示在屏幕上。
方案由南京信息工程大学的学生团队基于复旦微超低功耗MCU FM33LC046U设计，该方案获得了“复微杯”2020年全国大学生电子设计大赛硬件赛道二等奖。
主控芯片电路
该系统由动态电流检测装置和电流监控上位机软件两部分组成，其中硬件部分使用的主控芯片为复旦微电子超低功耗MCU FM33LC046U。
复旦微FM33LC046U超低功耗MCU基于ARM Cortex-M0内核，最高主频64MHz，支持256KB FLASH程序存储器和24KB RAM，集成LCD驱动、带温补的RTC、SAR ADC、OPA、AES，以及UART、I2C、SPI、7816等通用外设接口。内置硬件USB2.0 FS DEVICE，在该系统中发挥了至关重要的作用。
系统总体功能图
基于FM33LC046U的动态电流检测装置的总体框图如下：
原理分析
该装置使用FM33LC046U MCU作为主控芯片，进行高边电流检测。当负载设备接入检测电路后，电流流过采样电阻产生压降，电阻两端的微弱电压差经过高边电流检测芯片AD8418的20倍增益放大后，输出的电压信号由12位的ADC芯片AD9221进行采样，转换的结果经过单片机进行处理。
单片机检测ADC的电压值，经过电流检测算法后计算电流值，MOS管作为选通开关动态切换采样电阻，使得电流采样区间处于合适的状态。
主程序流程
单片机上电初始化后，对各个外设模块进行初始化操作，主要包括单片机外设GPIO、RTC、SPI、ADC、TIMER、USB以及屏幕、AD9221的初始化操作。根据各功能模块，确定系统的软件设计流程和中断服务程序功能。
单片机通过定时器中断，定时采集ADC的值，经过电流检测算法后计算实时电流值，随后在屏幕上刷新实时电流值。当USB接口与电脑相连后，该设备还可以定时发送数据给上位机软件。
USB驱动程序设计
FM33LC046U集成了USB2.0 FS device，包含片上无晶振PHY和MAC控制器，利用USB CDC类（communications device class）进行设备与电脑上位机之间的通信，减少了外围电路设计工作。
不同于传统的USB转串口芯片，通过一根USB数据线，即可完成设备与电脑端的连接。当电脑端检测到虚拟串口设备后，通过串口助手软件即可与设备进行数据通信。
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