初学者
10 分钟

使用ADS1015L和STM32L073RZ将模拟信号精确转换为数字值

具有I2C兼容接口的ΔΣ(Delta-Sigma)12位模数转换器

ADC 26 Click with Nucleo-64 with STM32L073RZ MCU

已发布 12月 18, 2024

点击板

ADC 26 Click

开发板

Nucleo-64 with STM32L073RZ MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32L073RZ

低功耗 12 位模数转换器,用于系统监控和电流感应中的实时性能

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

ADC 26 Click 基于德州仪器 (Texas Instruments) 的 ADS1015L,这是一款带有 I2C 兼容接口的低功耗 12 位模数转换器 (ADC)。它集成了多个关键组件,包括 ΔΣ ADC 核心、内部电压参考、时钟振荡器、可编程增益放大器 (PGA) 和可编程数字比较器。通过这一组合,ADC 能以高达 3300 次每秒 (SPS) 的速率完成转换,非常适用于既需高速又需低噪声的应用场景。ADS1015L 的 ADC 核心可对模拟输入通道 (IN0-IN3) 接收的差分信号进行测量,其全量程输入电压范围广泛,从 ±0.256V 到 ±6.144V。如此宽的范围使得 ADS1015L 能够高精度地处理大小不一的信号,非常适合电源电压跟踪、电流检测和温度测量等常规系统监控任务。这些特点也使其适用于可穿戴设备和个人电子产品的应用。该 IC 的架构包括一个差分开关电容 ΔΣ 调制器和一个数字滤波器,确保出色的共模信号衰

减和高抗噪性。输入信号与内部电压参考进行比较,而调制器则生成高速比特流。此比特流经由数字滤波器处理后,生成与测量电压成正比的数字输出码。ADS1015L 支持两种操作模式,可根据应用需求优化功耗和性能。在单次转换模式下,ADC 在接收到请求后执行一次测量,将结果存储在内部寄存器中,并进入掉电状态。此模式非常适合需要周期性测量或在两次转换之间有较长空闲期的系统。在连续转换模式下,ADC 在完成一次测量后立即开始新的测量,保持与配置数据速率一致的转换速率。此模式非常适合实时监控应用,因为数据寄存器始终包含最新的测量结果。此 Click 板™ 采用支持 MIKROE 新推出的 “Click Snap” 功能的独特格式。与标准版 Click 板不同,该功能允许通过断开 PCB 使主要 IC 区域变为可移动状态,从而为实现多种新功能提供可能性。得益于 

Snap 功能,ADS1015L 可以通过访问标有 1-8 的引脚直接独立运行。此外,Snap 部分包含一个指定的固定螺丝孔位置,方便用户将 Snap 板固定在所需位置。ADC 26 Click 使用支持高达 400kHz 时钟速度的 I2C 接口,确保与主 MCU 的快速高效通信。I2C 地址可以通过位于 Snap 板部分的板载 ADDR SEL 跳线轻松配置,从而允许多个设备在同一总线上共存。此外,该板具有一个警报中断 (AR) 引脚,该引脚会在转换数据超出设置的上下限阈值寄存器值时触发,或者可用作转换就绪引脚。此 Click 板™ 仅支持 3.3V 逻辑电压运行。在使用不同逻辑电平的 MCU 之前,必须进行适当的逻辑电压电平转换。它还配备了包含功能和示例代码的库,可作为进一步开发的参考。

ADC 26 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64搭载STM32L073RZ MCU提供了一个经济实惠且灵活的平台,供开发人员探索新的想法并原型化其设计。该板利用了STM32微控制器的多功能性,使用户能够为其项目选择性能和功耗之间的最佳平衡。它采用LQFP64封装的STM32微控制器,并包括一些必要的组件,例如用户LED,可以同时作为ARDUINO®信号使用,以及用户和复位按钮,以及用于精准定时操作的32.768kHz晶体振荡器。设计时考虑了扩展性和灵活性,Nucleo-64板具有ARDUINO® 

Uno V3扩展连接器和ST morpho扩展引脚标头,为全面项目集成提供了对STM32 I/O的完全访问权限。电源选项具有适应性,支持ST-LINK USB VBUS或外部电源,确保在各种开发环境中的适应性。该板还配备了一个内置的ST-LINK调试器/编程器,具有USB重新枚举功能,简化了编程和调试过程。此外,该板还设计了外部SMPS,以实现有效的Vcore逻辑供电,支持USB设备全速或USB SNK/UFP全速,以及内置的加密功能,增强了项目的功耗效率和安全性。通过专用

连接器提供了额外的连接性,用于外部SMPS实验、ST-LINK的USB连接器和MIPI®调试连接器,扩展了硬件接口和实验的可能性。开发人员将通过STM32Cube MCU软件包中全面的免费软件库和示例得到广泛的支持。这与与各种集成开发环境(IDE)的兼容性相结合,包括IAR Embedded Workbench®、MDK-ARM和STM32CubeIDE,确保了平稳高效的开发体验,使用户能够充分发挥Nucleo-64板在其项目中的功能。

Nucleo 64 with STM32L073RZ MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M0

MCU 内存 (KB)

192

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

20480

你完善了我!

配件

Click Shield for Nucleo-64 配备了两个专有的 mikroBUS™ 插座,使得所有的 Click board™ 设备都可以轻松地与 STM32 Nucleo-64 开发板连接。这样,Mikroe 允许其用户从不断增长的 Click boards™ 范围中添加任何功能,如 WiFi、GSM、GPS、蓝牙、ZigBee、环境传感器、LED、语音识别、电机控制、运动传感器等。您可以使用超过 1537 个 Click boards™,这些 Click boards™ 可以堆叠和集成。STM32 Nucleo-64 开发板基于 64 引脚封装的微控制器,采用 32 位 MCU,配备 ARM Cortex M4 处理器,运行速度为 84MHz,具有 512Kb Flash 和 96KB SRAM,分为两个区域,顶部区域代表 ST-Link/V2 调试器和编程器,而底部区域是一个实际的开发板。通过 USB 连接方便地控制和供电这些板子,以便直接对 Nucleo-64 开发板进行编程和高效调试,其中还需要额外的 USB 线连接到板子上的 USB 迷你接口。大多数 STM32 微控制器引脚都连接到了板子左右边缘的 IO 引脚上,然后连接到两个现有的 mikroBUS™ 插座上。该 Click Shield 还有几个开关,用于选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平和 mikroBUS™ 插座本身的逻辑电压电平。此外,用户还可以通过现有的双向电平转换器,使用任何 Click board™,无论 Click board™ 是否在 3.3V 或 5V 逻辑电压电平下运行。一旦将 STM32 Nucleo-64 开发板与我们的 Click Shield for Nucleo-64 连接,您就可以访问数百个工作于 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的 Click boards™。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
NC
NC
RST
ID COMM
PB12
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
Comparator Output / Conversion Ready
PC14
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
PB8
SCL
I2C Data
PB9
SDA
NC
NC
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

ADC 26 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Nucleo-64 with STM32L073RZ MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32F401RE MCU front image hardware assembly
LTE IoT 5 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
LTE IoT 5 Click complete accessories setup image hardware assembly
Nucleo-64 with STM32XXX MCU Access MB 1 Mini B Conn - upright/background hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
Necto image step 5 hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Clicker 4 for STM32F4 HA MCU Step hardware assembly
Necto No Display image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Debug Image Necto Step hardware assembly

实时跟踪您的结果

应用程序输出

1. 应用程序输出 - 在调试模式下,“应用程序输出”窗口支持实时数据监控,直接提供执行结果的可视化。请按照提供的教程正确配置环境,以确保数据正确显示。

2. UART 终端 - 使用UART Terminal通过USB to UART converter监视数据传输,实现Click board™与开发系统之间的直接通信。请根据项目需求配置波特率和其他串行设置,以确保正常运行。有关分步设置说明,请参考提供的教程

3. Plot 输出 - Plot功能提供了一种强大的方式来可视化实时传感器数据,使趋势分析、调试和多个数据点的对比变得更加直观。要正确设置,请按照提供的教程,其中包含使用Plot功能显示Click board™读数的分步示例。在代码中使用Plot功能时,请使用以下函数:plot(insert_graph_name, variable_name);。这是一个通用格式,用户需要将“insert_graph_name”替换为实际图表名称,并将“variable_name”替换为要显示的参数。

软件支持

库描述

该库包含 ADC 26 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • adc26_start_conversion - 此函数启动所选MUX通道和增益级别(满量程范围)的单次转换。

  • adc26_get_alert_pin - 此函数返回ALERT(数据准备就绪)引脚的逻辑状态。

  • adc26_read_voltage - 此函数读取原始ADC测量值并将其转换为电压水平。

开源

代码示例

完整的应用程序代码和一个现成的项目可以通过NECTO Studio包管理器直接安装到NECTO Studio 应用程序代码也可以在MIKROE的GitHub账户中找到。

/*!
 * @file main.c
 * @brief ADC 26 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of ADC 26 click board by reading and
 * displaying the voltage levels from IN0-IN1 differential and IN2-IN3
 * single-ended analog input channels.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the driver and performs the click default configuration.
 *
 * ## Application Task
 * Reads the voltage levels from IN0-IN1 differential (+/- 2.048V) and
 * IN2-IN3 single-ended (+/- 4.096V) analog input channels and displays
 * the results on the USB UART once per second approximately.
 *
 * @note
 * Do not apply more than VCC + 0.3 V to the analog inputs of the device.
 *
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "adc26.h"

static adc26_t adc26;
static log_t logger;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    adc26_cfg_t adc26_cfg;  /**< Click config object. */

    /** 
     * Logger initialization.
     * Default baud rate: 115200
     * Default log level: LOG_LEVEL_DEBUG
     * @note If USB_UART_RX and USB_UART_TX 
     * are defined as HAL_PIN_NC, you will 
     * need to define them manually for log to work. 
     * See @b LOG_MAP_USB_UART macro definition for detailed explanation.
     */
    LOG_MAP_USB_UART( log_cfg );
    log_init( &logger, &log_cfg );
    log_info( &logger, " Application Init " );

    // Click initialization.
    adc26_cfg_setup( &adc26_cfg );
    ADC26_MAP_MIKROBUS( adc26_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( I2C_MASTER_ERROR == adc26_init( &adc26, &adc26_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( ADC26_ERROR == adc26_default_cfg ( &adc26 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    float voltage = 0;
    if ( ADC26_OK == adc26_start_conversion ( &adc26, ADC26_MUX_P_AIN0_N_AIN1, ADC26_PGA_2_048V ) )
    {
        while ( adc26_get_alert_pin ( &adc26 ) ); // Waits for a data ready indication
        
        if ( ADC26_OK == adc26_read_voltage ( &adc26, &voltage ) )
        {
            log_printf ( &logger, " Voltage between IN0[P] and IN1[N]: %.3f V\r\n", voltage );
        }
    }
    if ( ADC26_OK == adc26_start_conversion ( &adc26, ADC26_MUX_P_AIN2_N_GND, ADC26_PGA_4_096V ) )
    {
        while ( adc26_get_alert_pin ( &adc26 ) ); // Waits for a data ready indication
        
        if ( ADC26_OK == adc26_read_voltage ( &adc26, &voltage ) )
        {
            log_printf ( &logger, " Voltage between IN2 and GND: %.3f V\r\n", voltage );
        }
    }
    if ( ADC26_OK == adc26_start_conversion ( &adc26, ADC26_MUX_P_AIN3_N_GND, ADC26_PGA_4_096V ) )
    {
        while ( adc26_get_alert_pin ( &adc26 ) ); // Waits for a data ready indication
        
        if ( ADC26_OK == adc26_read_voltage ( &adc26, &voltage ) )
        {
            log_printf ( &logger, " Voltage between IN3 and GND: %.3f V\r\n\n", voltage );
        }
    }
    Delay_ms ( 1000 );
}

int main ( void ) 
{
    /* Do not remove this line or clock might not be set correctly. */
    #ifdef PREINIT_SUPPORTED
    preinit();
    #endif
    
    application_init( );
    
    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }

    return 0;
}

// ------------------------------------------------------------------------ END

额外支持

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