秀操作：从硬件到软件，一个外包产品的设计过程

时间：2021-03-25 18:24:39

关键字：外包硬件软件

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[导读]二姨的外包平台越来越规范化了，很多小伙伴都希望在工作之余的空闲时间做一些外包项目。

出品 21ic论坛 kk的回忆

网站：bbs.21ic.com

二姨的外包平台越来越规范化了，很多小伙伴都希望在工作之余的空闲时间做一些外包项目。几年前大学时候曾经帮导师做过一款工程样品的小设备，是有关工业电源产品检测OCP,OTP方面的应用，花了差不多两个月的时间完成软硬件的调试。在这里将整个设计流程和小伙伴们一起分享的，可以给论坛小伙伴们接外包项目作为参考的。
这个设备需要对工业电源的输出进行OCP,OVP,OTP检测等相关功能，并对相关测试量的信息实时显示在数码管（由于是几年前的设备，液晶比较贵，只能选择数码管的）。由于客户给出的信息比较宽泛，所以设计起来比较自由，首先完成基本参数的定义，完成原理图和PCB的设计。
一，基本参数
1.额定电压：220V 2.额定频率：50Hz 3.额定功率：20W 4.输入信号：由连接器接到相应的检测负载 CN1：电源负载1温度传感器 CN2：电源负载2温度传感器 CN3：电源负载1电流检测信号 CN4：电源负载2电流检测信号 KEY1：Stop按键 KEY2：Dec按键 KEY3：Inc按键 KEY4：Star按键 5.输出控制： SEG1：温度显示数码管 SEG2：电流显示数码管 CN5：电源负载1 PWM控制信号 CN6：电源负载2 PWM控制信号 CN7：散热风扇PWM控制信号 CN8：水冷泵PWM控制信号 led1：关断指示灯(红色) led2：电源负载1正常工作指示灯（绿色） led3：电源负载2过热指示灯（黄色） led4：电源负载1正常工作指示灯（绿色） led5：电源负载2过热指示灯（黄色）
相关的输出控制单元，比如散热风扇，水冷泵，数码显示管，都是安装在客户工业电源的外观结构上面，用线束和开发的控制板连接到一起，随后和客户定义了这些控制单元的DC电压，开始进行原理如的设，使用AD绘制。根据相关功能的需求，使用STM32F103C8可以满足需求，而且也没有overdesign，基本所有的外设都用上了。

AC-DC电源部分TNY278为电源芯片，输出DC-12V，随后选用LDO输出DC-5V。虽然12V转3V3的压差毕竟大，但经过计算3V3的耗电50mA左右，LDO芯片功耗越过400mW左右，选用TO220的插件封装，再加装散热片可以满足要求。以下是电源部分的电路图

关于layout图纸参考意义就不是很大，由于我们是小样产品，不会有EMC和安规认证方面的要求，所以画的图纸就很粗糙，就不在这里展示了，哈哈。完成了layout后，发到大家都喜欢打板的厂家-嘉立创，五天后就收到了板子，手工焊接完成，由于电源是很成熟的方案，只要元件不焊接错误，基本可以保证一次输出成功。果然测试输出电压12V,5V,3V3，一次过，没有什么问题。客户也不对纹波，动态响应性，环路稳定性有指标性的要求，只要求功能正常就可以。所以对硬件就没有过多的调试，就开始进行软件的编写。
关于软件怎么实现，这就要安装客户的要求详细实现，通过和客户多次讨论，了解到这个控制板需要实现的控制逻辑。
二，控制逻辑
以下是相关外设对软件的定义：
1. 控制芯片：STM32F103C8T6
2. 温度检测：
（1）温度传感器CN1和CN2实时检测功率负载1和功率负载2散热片的温度，通过AD采样转换后，对应R-T表计算温度，将当前较高温度显示在数码管SEG2。
（2）温度传感器CN1和CN2实时检测功率负载1和功率负载2散热片的温度。当采集温度高于设定安全温度（85℃），对应路黄色指示灯亮（led3、led5），对应路PWM输出为0，对应路绿色指示灯灭（负载2、led4），进行过热报警和保护，并将当前较高温度显示在数码管SEG2，数码管SEG2按照亮0.5秒关0.5秒的频率闪烁提示。
（3）当温度降低至安全窗口之下（55℃），取消报警状态，PWM按之前设定输出，数码管和指示灯恢复正常显示。
（4）根据CN1、CN2所检测当前温度，应在CN7、CN8输出适当PWM波，调节散热风扇和水冷泵转速，以维持功率负载1和功率负载2温度在适当范围。
3.电流输出：
（1）按KEY4，CN5、CN6按照设定电流值和“PWM-电流对应表”，输出一定占空比PWM波。
（2）定期（10ms）检测输入CN3、CN4当前电流值。当某路电流和设定电流值有偏差（超过±100mA），将提高或者减少该路（CN5、CN6）输出PWM波占空比，从而保证电源芯片输出恒定电流。
（3）按键KEY2提高功率负载1和功率负载2电流设定值，数码管SEG1以0.5s间隔闪烁显示设定电流值，CN5、CN6输出仍按照之前设定电流进行输出和反馈调节，然后按下KEY4，修改CN5、CN6 PWM输出，同时开始反馈调节。
（4）按键KEY3降低功率负载1和功率负载2电流设定值，数码管SEG1以0.5s间隔闪烁显示设定电流值，CN5、CN6输出仍按照之前设定电流进行输出和反馈调节，然后按下KEY4，修改CN5、CN6 PWM输出，同时开始反馈调节。
（5）KEY2或KEY3最后一次按键后，10秒内不按下按键KEY4，当前按键KEY2和KEY3设定无效，数码管SEG1停止闪烁，显示之前设定值。
（6）按下按键KEY1，停止CN4、CN5输出PWM波，也即无电流输出，负载1点亮，负载2、led4灭，led3、led5仍按照温度检测规则显示。
（7）关闭电流输出后，按下按键KEY4，将按照当前设定值，CN5、CN6再次输出PWM波，同时开始反馈调节。
俗话说工欲善其事必先利其器，完成了软件控制逻辑的定义，就可以具体进行软件代码的编写。
三软件编写
使用STM32的开发工具进行代码的编写，借鉴原子哥的例程，在相关的原子哥的例程上面开发，相信很多人都有这经历，毕竟站在巨人的肩膀上面可以看得更远，哈哈；

在这个产品中，用到ADC采样，PWM调节，数码管控制，按键扫描控制等相关功能，所以以下的子函数需要用到，具体的代码就不在帖子中就一一列出来，随后会作为附件呈现出来的，

对相关子函数进行调试，实现了对应功能后。就开始Main函数的编写，调用子函数实现软件控制逻辑中要求的功能。具体代码如帖子中呈现出来的，由于当时完全是仿照例程写的，所以写的不是很规范，但是最后产品是完整跑起来了，作为送样的产品也达到了要求的，哈哈！
main函数也有些长，贴了三次完整的代码，网页都被卡死了，随便贴两端代码做个示例的，其他code只能作为附件上传的.还有相关的数码管，温度传感器的资料也附上，供有需要的小伙伴使用。