中级
20 分钟

使用 VN9D5D20FN 和 STM32F446RE 实现电阻性与感性高端负载的开关控制

面向汽车与工业负载的智能、安全且多功能的高端开关解决方案

SolidSwitch 9 Click with Nucleo 64 with STM32F446RE MCU

已发布 7月 30, 2025

点击板

SolidSwitch 9 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F446RE MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F446RE

实现智能高端开关控制,支持四路独立通道的诊断、PWM 调制与电流感应功能

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

SolidSwitch 9 Click 采用 STMicroelectronics 的 VN9D5D20FN 四通道高端驱动器,基于先进的 VIPower 技术并通过 AEC-Q100 车规认证,可满足汽车和工业环境对高可靠性开关的需求。该 Click 板符合欧盟 2002/95/EC 环保指令,能够对直接接地的阻性和感性负载进行高端驱动控制。核心 24 位 SPI 接口用于编程、诊断与实时控制,为每个通道提供 0.1% 满量程精度的数字电流检测反馈,依赖内置 10 位 ADC 并可通过微调位进一步细化参考电流。VN9D5D20FN 提供四个独立输出通道(O0–O3),既可通过 SPI 控制,也可使用两路可分配直通输入

(DI0、DI1)在无 SPI 场景下实现灵活操控;每一路输出均配有 LED 指示(LD3–LD6),便于即时查看通道状态。为了增强系统安全性,器件集成多项诊断与保护功能:包括关断状态下的断载检测、通过 SPI 可读取的开路、输出短接 VCC、过温、通信错误、功率限制与闭锁等故障标志;同时具有限流与动态热管理机制,并可按设定选择锁存关闭或定时自动重启。板上 VBAT 指示 LED 可直观显示系统电源状态,支持最高 28 V 输入。器件支持 Reset、Fail-safe、Normal、Standby、Sleep 1、Sleep 2 及电池欠压模式,其中 Reset、Fail-safe 与 Sleep 1 合称为跛行

(limp-home)模式,可在无 SPI 的情况下通过 VBAT 与 DIx 信号进行模式切换与输出控制。默认配置下,DI0 控制 O0 与 O1,DI1 控制 O2 与 O3。VN9D5D20FN 还集成强大的 PWM 引擎,可为每通道生成相移 PWM 信号,支持从 1/512 到 1/4096 的四档分频比,便于精细的负载调制或电机控制。SolidSwitch 9 Click 通过 VCC SEL 跳帽选择 3.3 V 或 5 V 逻辑电平,兼容不同电压等级的 MCU。MIKROE 为该板提供易于使用的软件库和示例代码,方便用户进行进一步开发。

SolidSwitch 9 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32F446RE MCU 提供了一种经济高效且灵活的平台,供开发者探索新想法并原型设计他们的项目。该板利用 STM32 微控制器的多功能性,使用户能够为他们的项目选择最佳的性能与功耗平衡。它配备了 LQFP64 封装的 STM32 微控制器,并包含了如用户 LED(同时作为 ARDUINO® 信号)、用户和复位按钮,以及 32.768kHz 晶体振荡器用于精确的计时操作等基本组件。Nucleo-64 板设计考虑到扩展性和灵活性,它特有的 ARDUINO® Uno

V3 扩展连接器和 ST morpho 扩展引脚头,提供了对 STM32 I/O 的完全访问,以实现全面的项目整合。电源供应选项灵活,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。该板还配备了一个具有 USB 重枚举功能的板载 ST-LINK 调试器/编程器,简化了编程和调试过程。此外,该板设计旨在简化高级开发,它的外部 SMPS 为 Vcore 逻辑供电提供高效支持,支持 USB 设备全速或 USB SNK/UFP 全速,并内置加密功能,提升了项目的功效

和安全性。通过外部 SMPS 实验的专用连接器、 用于 ST-LINK 的 USB 连接器以及 MIPI® 调试连接器,提供了更多的硬件接口和实验可能性。开发者将通过 STM32Cube MCU Package 提供的全面免费软件库和示例得到广泛支持。这些,加上与多种集成开发环境(IDE)的兼容性,包括 IAR Embedded Workbench®、MDK-ARM 和 STM32CubeIDE,确保了流畅且高效的开发体验,使用户能够充分利用 Nucleo-64 板在他们的项目中的能力。

Nucleo 64 with STM32F446RE MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

512

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

131072

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

Output Channel Control
PC0
AN
ID SEL
PC12
RST
SPI Select / ID COMM
PB12
CS
SPI Clock
PB3
SCK
SPI Data OUT
PB4
MISO
SPI Data IN
PB5
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
PWM Signal
PC8
PWM
Output Channel Control
PC14
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

SolidSwitch 9 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 STM32F446RE 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
Board mapper by product8 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

软件支持

库描述

SolidSwitch 9 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 SolidSwitch 9 Click 板,依次对每个输出通道的占空比进行递增与递减控制。每次占空比更新后,启用相应通道输出并清除诊断状态。

关键功能:

  • solidswitch9_cfg_setup - 初始化 Click 配置结构体为默认值。

  • solidswitch9_init - 初始化使用该 Click 板所需的所有引脚与外设。

  • solidswitch9_default_cfg - 执行 SolidSwitch 9 Click 的默认配置流程。

  • solidswitch9_set_out_duty - 设置指定输出通道的 PWM 占空比。

  • solidswitch9_enable_out - 启用指定的输出通道。

  • solidswitch9_clear_all_status - 清除所有诊断状态寄存器。

应用初始化
初始化日志记录器和 Click 板驱动,并应用默认配置。

应用任务
依次为每个通道调整 PWM 占空比,从 0% 增加至 100%,再回降至 0%,每次更新后清除诊断状态,并通过 USB UART 日志输出当前活动通道编号。

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 SolidSwitch 9 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of the SolidSwitch 9 Click board by 
 * gradually increasing and decreasing the output duty cycle of each output channel one by one. 
 * After each update, the output is enabled and the diagnostic status is cleared.
 *
 * 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
 * Adjusts the output duty cycle from 0% to 100% and back to 0% for each channel sequentially 
 * and clears the diagnostic status after each duty cycle update. The currently active output
 * channel number is logged on the USB UART.
 *
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "solidswitch9.h"

static solidswitch9_t solidswitch9;
static log_t logger;

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    solidswitch9_cfg_t solidswitch9_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.
    solidswitch9_cfg_setup( &solidswitch9_cfg );
    SOLIDSWITCH9_MAP_MIKROBUS( solidswitch9_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( SPI_MASTER_ERROR == solidswitch9_init( &solidswitch9, &solidswitch9_cfg ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( SOLIDSWITCH9_ERROR == solidswitch9_default_cfg ( &solidswitch9 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void )
{
    static uint8_t out_ch_old = SOLIDSWITCH9_OUT_MASK;
    static uint8_t out_ch = SOLIDSWITCH9_OUT1;
    static int16_t duty = SOLIDSWITCH9_OUT_DUTY_0_PCT;
    static int8_t duty_inc = 1;
    if ( out_ch_old != out_ch )
    {
        log_printf ( &logger, "\r\n Active channel: " );
        if ( SOLIDSWITCH9_OUT3 == out_ch )
        {
            log_printf ( &logger, "3\r\n" );
        }
        else
        {
            log_printf ( &logger, "%u\r\n", ( uint16_t ) ( out_ch >> 1 ) );
        }
        out_ch_old = out_ch;
    }
    solidswitch9_set_out_duty ( &solidswitch9, out_ch, duty );
    solidswitch9_enable_out ( &solidswitch9, out_ch );
    solidswitch9_clear_all_status ( &solidswitch9 );
    duty += duty_inc;
    if ( ( duty > SOLIDSWITCH9_OUT_DUTY_100_PCT ) || ( duty < SOLIDSWITCH9_OUT_DUTY_0_PCT ) )
    {
        if ( duty < SOLIDSWITCH9_OUT_DUTY_0_PCT )
        {
            out_ch <<= 1;
            if ( out_ch > SOLIDSWITCH9_OUT3 )
            {
                out_ch = SOLIDSWITCH9_OUT0;
            }
        }
        duty_inc *= -1;
        duty += duty_inc;
    }
}

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

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