中级
20 分钟

使用 DRV81004-Q1 和 STM32F302VC 强化工业 PLC 应用

面向汽车与工业系统的稳健且多功能电磁阀/阀门控制解决方案

Solenoid Driver Click with CLICKER 4 for STM32F302VCT6

已发布 7月 22, 2025

点击板

Solenoid Driver Click

开发板

CLICKER 4 for STM32F302VCT6

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F302VC

通过四通道低端开关驱动电磁阀和阀门,实现汽车与工业应用中的可靠控制

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Solenoid Driver Click 基于德州仪器(Texas Instruments)的 DRV81004-Q1,这是一款四通道低端开关芯片,专为驱动电磁阀和阀门等感性负载而设计,广泛应用于汽车与工业领域。该车规级芯片集成四个 N 沟道功率 MOSFET 低端开关,每个通道的典型导通电阻为 700mΩ,在所有通道同时工作的情况下,每个输出(O0–O3)最大支持 470mA 电流(42VDS)。该器件通过 VM 端子外部供电,支持 3V 至 40V 的宽工作电压范围,可为多种低压控制应用提供强大而灵活的驱动能力,适用于区域控制模块(ZCM)、车身控制模块(BCM)、暖通空调(HVAC)系统、汽车照明、发动机系统、车辆控制

单元(VCU)及工业可编程逻辑控制器(PLC)等。DRV81004-Q1 通过 16 位 SPI 接口进行通信与诊断,最高支持 5MHz 时钟频率,并支持菊花链配置,可在混合 8 位与 16 位数据环境中将多个设备连接至同一 SPI 总线。此外,芯片还提供两个输入引脚(IN0 和 IN1),可直接实现输出通道的 PWM 控制。通过输入映射功能,用户可以将不同输出分配至同一个输入信号,或使用单一引脚控制多个通道,实现高度灵活的控制逻辑。在 Limp Home 模式下,输入引脚可直接控制 O2 和 O3 输出,即使在数字供电不可用的情况下仍可工作,为关键系统提供冗余支持。芯片集成多项保护机制,包括过流保护(当检测

到过电流时,受影响通道会自动关闭,可通过 SPI 重新激活),以及基于各通道独立温度传感器的过温保护。设备还支持关断状态下的开路检测诊断(Open Load Diagnostics),可通过 SPI 配置的内部电流源进行,提升故障检测能力与系统可靠性。为应对感性负载关断时的反向电压,芯片每个输出通道都集成了能量箝位电路,用于安全释放储能,保护系统安全。本 Click board™ 支持 3.3V 与 5V 逻辑电压工作,可通过 VCC SEL 跳线进行选择,从而兼容不同电压等级的 MCU 通信接口。此外,该板附带开发库,包含易于调用的函数与示例代码,方便用户进行快速开发与集成。

Solenoid Driver Click hardware overview image

功能概述

开发板

Clicker 4 for STM32F3 是一款紧凑型开发板,作为完整的解决方案而设计,可帮助用户快速构建具备独特功能的定制设备。该板搭载 STMicroelectronics 的 STM32F302VCT6 微控制器,配备四个 mikroBUS™ 插槽用于连接 Click boards™、完善的电源管理功能以及其他实用资源,是快速开发各类应用的理想平台。其核心 MCU STM32F302VCT6 基于高性能 

Arm® Cortex®-M4 32 位处理器,运行频率高达 168MHz,处理能力强大,能够满足各种高复杂度任务的需求,使 Clicker 4 能灵活适应多种应用场景。除了两个 1x20 引脚排针外,板载最显著的连接特性是四个增强型 mikroBUS™ 插槽,支持接入数量庞大的 Click boards™ 生态系统,该生态每日持续扩展。Clicker 4 各功能区域标识清晰,界面直观简洁,极大

提升使用便捷性和开发效率。Clicker 4 的价值不仅在于加速原型开发与应用构建阶段,更在于其作为独立完整方案可直接集成至实际项目中,无需额外硬件修改。四角各设有直径 4.2mm(0.165")的安装孔,便于通过螺丝轻松固定。对于多数应用,只需配套一个外壳,即可将 Clicker 4 开发板转化为完整、实用且外观精美的定制系统。

CLICKER 4 for STM32F302VCT6 double image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

STM32F302VC Image

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

256

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

100

RAM (字节)

40960

你完善了我!

配件

HS-1564B 是一款高性能直流电磁铁,专为各类自动化应用中的可靠直线运动而设计。其工作电压为 12V,额定电流为 3A,能够在 20mm 行程范围内输出高达 60N 的强劲推拉力,提供高效的执行操作。该产品采用开放式框架设计,便于集成,并确保稳定的运行性能,非常适用于售货机制、门禁系统以及工业自动化场景中的驱动需求。

Solenoid Driver Click accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Output Control
PC4
AN
Sleep Mode / ID SEL
PC15
RST
SPI Select / ID COMM
PA4
CS
SPI Clock
PA5
SCK
SPI Data OUT
PA6
MISO
SPI Data IN
PA7
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Output Control
PE9
PWM
NC
NC
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Solenoid Driver Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

PIC32MZ MXS Data Capture Board front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以CLICKER 4 for STM32F302VCT6作为您的开发板开始。

PIC32MZ MXS Data Capture Board front image hardware assembly
Thermo 21 Click front image hardware assembly
Thermo 21 Click complete accessories setup image hardware assembly
Board mapper by product6 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
PIC32MZ MXS Data Capture Board NECTO MCU Selection Step hardware assembly
Necto No Display image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Necto image step 11 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

Solenoid Driver Click 演示应用程序使用 NECTO Studio开发,确保与 mikroSDK 的开源库和工具兼容。该演示设计为即插即用,可与所有具有 mikroBUS™ 插座的 开发板、入门板和 mikromedia 板完全兼容,用于快速实现和测试。

示例描述
本示例演示了如何使用 Solenoid Driver Click 板,通过轮询方式依次启用每个输出通道,并在每次更新后解析诊断状态信息。诊断内容包括欠压检测、输出故障状态以及当前工作模式。

关键功能:

  • solenoiddriver_cfg_setup - 初始化 Click 配置结构体为默认值。

  • solenoiddriver_init - 初始化 Click 板所需的所有引脚和外设。

  • solenoiddriver_default_cfg - 应用 Solenoid Driver Click 板的默认配置。

  • solenoiddriver_set_output - 设置输出控制寄存器的目标输出配置。

  • solenoiddriver_clear_latch - 通过寄存器写入清除所有锁存的输出状态。

应用初始化
初始化日志记录器与 Click 板驱动,并应用默认配置以确保设备准备就绪。

应用任务
依次启用每个输出通道,每次间隔 1 秒,读取诊断寄存器,记录工作状态日志,并清除锁存寄存器状态,为下一次输出切换做好准备。

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 Solenoid Driver Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of the Solenoid Driver Click board by 
 * enabling output channels one by one in a round-robin fashion and parsing 
 * the diagnostic status after each update. The diagnosis includes 
 * undervoltage detection, output fault status, and operation mode.
 *
 * The demo application is composed of two sections:
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the logger and the Click board driver, and applies the default configuration.
 *
 * ## Application Task
 * Sequentially enables each output channel with a 1-second delay, 
 * checks the diagnostic register, logs operation status, and clears the latch register.
 *
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "solenoiddriver.h"

static solenoiddriver_t solenoiddriver;
static log_t logger;

/**
 * @brief Solenoid Driver parse diagnosis function.
 * @details This function parses the content of the diagnosis register and logs status 
 * messages based on the diagnosis flags from the Solenoid Driver Click board.
 * @param[in] ctx : Click context object.
 * See #solenoiddriver_t object definition for detailed explanation.
 * @return None.
 * @note None.
 */
static void solenoiddriver_parse_diag ( solenoiddriver_t *ctx );

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    solenoiddriver_cfg_t solenoiddriver_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.
    solenoiddriver_cfg_setup( &solenoiddriver_cfg );
    SOLENOIDDRIVER_MAP_MIKROBUS( solenoiddriver_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( SPI_MASTER_ERROR == solenoiddriver_init( &solenoiddriver, &solenoiddriver_cfg ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( SOLENOIDDRIVER_ERROR == solenoiddriver_default_cfg ( &solenoiddriver ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void )
{
    static uint8_t out_en = SOLENOIDDRIVER_OUT_CTRL_EN0;
    if ( SOLENOIDDRIVER_OK == solenoiddriver_set_output ( &solenoiddriver, out_en ) )
    {
        solenoiddriver_parse_diag ( &solenoiddriver );
        log_printf ( &logger, " OUT0: %u\r\n", ( uint16_t ) 
                    ( SOLENOIDDRIVER_OUT_CTRL_EN0 == ( out_en & SOLENOIDDRIVER_OUT_CTRL_EN0 ) ) );
        log_printf ( &logger, " OUT1: %u\r\n", ( uint16_t ) 
                    ( SOLENOIDDRIVER_OUT_CTRL_EN1 == ( out_en & SOLENOIDDRIVER_OUT_CTRL_EN1 ) ) );
        log_printf ( &logger, " OUT2: %u\r\n", ( uint16_t ) 
                    ( SOLENOIDDRIVER_OUT_CTRL_EN2 == ( out_en & SOLENOIDDRIVER_OUT_CTRL_EN2 ) ) );
        log_printf ( &logger, " OUT3: %u\r\n\n", ( uint16_t ) 
                    ( SOLENOIDDRIVER_OUT_CTRL_EN3 == ( out_en & SOLENOIDDRIVER_OUT_CTRL_EN3 ) ) );
        out_en <<= 1;
        if ( out_en > SOLENOIDDRIVER_OUT_CTRL_EN3 )
        {
            out_en = SOLENOIDDRIVER_OUT_CTRL_EN0;
        }
        solenoiddriver_clear_latch ( &solenoiddriver );
    }
    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;
}

static void solenoiddriver_parse_diag ( solenoiddriver_t *ctx )
{
    if ( ctx->diagnosis & SOLENOIDDRIVER_DIAG_UVRVM )
    {
        log_printf ( &logger, " VM Undervoltage condition since last Standard Diagnosis readout\r\n" );
    }
    switch ( ctx->diagnosis & SOLENOIDDRIVER_DIAG_MODE_MASK )
    {
        case SOLENOIDDRIVER_DIAG_MODE_LIMP_HOME:
        {
            log_printf ( &logger, " Operation mode: Limp Home\r\n" );
            break;
        }
        case SOLENOIDDRIVER_DIAG_MODE_ACTIVE:
        {
            log_printf ( &logger, " Operation mode: Active\r\n" );
            break;
        }
        case SOLENOIDDRIVER_DIAG_MODE_IDLE:
        {
            log_printf ( &logger, " Operation mode: Idle\r\n" );
            break;
        }
        default:
        {
            log_printf ( &logger, " Operation mode: Reserved\r\n" );
            break;
        }
    }
    if ( ctx->diagnosis & SOLENOIDDRIVER_DIAG_TER )
    {
        log_printf ( &logger, " Previous transmission failed or first frame after reset\r\n" );
    }
    if ( ctx->diagnosis & SOLENOIDDRIVER_DIAG_OLOFF )
    {
        log_printf ( &logger, " At least one channel in OFF state (with IOLx bit set to 1b)\r\n" );
    }
    if ( ctx->diagnosis & SOLENOIDDRIVER_DIAG_ERR_OUT3 )
    {
        log_printf ( &logger, " Over temperature or overload detected on OUT3\r\n" );
    }
    if ( ctx->diagnosis & SOLENOIDDRIVER_DIAG_ERR_OUT2 )
    {
        log_printf ( &logger, " Over temperature or overload detected on OUT2\r\n" );
    }
    if ( ctx->diagnosis & SOLENOIDDRIVER_DIAG_ERR_OUT1 )
    {
        log_printf ( &logger, " Over temperature or overload detected on OUT1\r\n" );
    }
    if ( ctx->diagnosis & SOLENOIDDRIVER_DIAG_ERR_OUT0 )
    {
        log_printf ( &logger, " Over temperature or overload detected on OUT0\r\n" );
    }
}

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

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