初学者
10 分钟

使用MAX4208和PIC32MZ1024EFH064体验卓越的电阻测量

通过惠斯通电桥掌握电阻测量的魔力

Wheatstone Click with PIC32MZ clicker

已发布 6月 25, 2024

点击板

Wheatstone Click

开发板

PIC32MZ clicker

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

PIC32MZ1024EFH064

发现精密电阻测量的终极工具——我们的惠斯通电桥电路解决方案在这里,为您实现准确可靠的数据测量提供支持。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Wheatstone Click 基于 Analog Devices 的 MAX4208,这是一款超低偏移/漂移的精密仪表放大器。惠斯通电桥是一种用于通过平衡电桥电路的两个分支来测量未知电阻的电路,其中一个分支包括未知组件。该电路的主要优点是能够提供极其精确的测量,与简单的分压器相比。R2、R3 和 R4 是已知电阻(1kΩ)的电阻,而电阻 R1 连接到端子块,因此是可变的。当没有电阻连接到端子块时,Click 板上的电桥处于平衡状态。此时,两个中点(IN- 和 IN+)之间的电压将为零。因此,已知分支中的两个电阻(R1 

和 R3)的比率等于未知分支中的两个电阻(R2 和 R4)的比率。如果外部电阻连接到端子块,电桥将失衡,中点上的电压与外部电阻值成正比。Wheatstone Click 基于 MAX4208 IC,该 IC 连接到板载惠斯通电桥电路,以精确测量外部元件的电阻。所述 IC 使用扩频自校准技术,不断测量和校正输入偏移,消除随时间和温度的漂移以及 1/f 噪声的影响。该技术实现了小于 20μV 的偏移电压,允许接地感应能力,提供超低 CMOS 输入偏置电流和增强的共模抑制性能。它还提供高阻抗输入,优化用于小信号差分电压

(±100mV),这使其非常适合于惠斯通电桥失衡测量等应用。此 Click 板还具有板载的 TPL0501 - 256 级、单通道、带 SPI 接口的数字电位器,来自德州仪器。它连接到 MAX4208,以便代替两个外部电阻进行增益调整。逻辑部分的电源电压选择通过将标有 VCC SEL 的 SMD 跳线移动到所需位置来完成:选择左位置以选择 3.3V,选择右位置以选择 5V。这样可以使 3.3V 和 5V 的 MCU 直接与 Click 板接口。

Wheatstone Click hardware overview image

功能概述

开发板

PIC32MZ Clicker 是一款紧凑型入门开发板,它将 Click 板™的灵活性带给您喜爱的微控制器,使其成为实现您想法的完美入门套件。它配备了一款板载 32 位带有浮点单元的 Microchip PIC32MZ 微控制器,一个 USB 连接器,LED 指示灯,按钮,一个 mikroProg 连接器,以及一个用于与外部电子设备接口的头部。得益于其紧凑的设计和清晰易识别的丝网标记,它提供了流畅且沉浸式的工作体验,允许在任

何情况下、任何地方都能访问。PIC32MZ Clicker 开 发套件的每个部分都包含了使同一板块运行最高效的必要组件。除了可以选择 PIC32MZ Clicker 的编程方式,使用 USB HID mikroBootloader 或通过外部 mikroProg 连接器为 PIC,dsPIC 或 PIC32 编程外,Clicker 板还包括一个干净且调节过的开发套件电源供应模块。USB Micro-B 连接可以提供多达 500mA 的电流,这足以操作所有板载和附加模块。所有 

mikroBUS™ 本身支持的通信方法都在这块板上,包 括已经建立良好的 mikroBUS™ 插槽、重置按钮以及若干按钮和 LED 指示灯。PIC32MZ Clicker 是 Mikroe 生态系统的一个组成部分,允许您在几分钟内创建新的应用程序。它由 Mikroe 软件工具原生支持,得益于大量不同的 Click 板™(超过一千块板),其数量每天都在增长,它涵盖了原型制作的许多方面。

PIC32MZ clicker double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

PIC32

MCU 内存 (KB)

1024

硅供应商

Microchip

引脚数

64

RAM (字节)

524288

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Analog Output
RE4
AN
NC
NC
RST
SPI Chip Select
RG9
CS
SPI Clock
RG6
SCK
NC
NC
MISO
SPI Data IN
RG8
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
NC
NC
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
NC
NC
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Wheatstone Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

PIC32MZ clicker front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以PIC32MZ clicker作为您的开发板开始。

PIC32MZ clicker front image hardware assembly
GNSS2 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
GNSS2 Click complete accessories setup image hardware assembly
Micro B Connector Clicker Access - 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
Flip&Click PIC32MZ 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 Wheatstone Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • wheatstone_set_potentiometer - 设置电位器(0 - 100k)

  • wheatstone_read_an_pin_voltage - 此功能读取 AN 引脚的 AD 转换结果,并将其转换为相应的电压水平。

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 
 * \brief Wheatstone Click example
 * 
 * # Description
 * This example demonstrates the use of Wheatstone click board by measuring the input
 * resistance.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Initializes the driver and logger and sets the default potentiometer (gain) level.
 * 
 * ## Application Task  
 * Reads the AN pin voltage and calculates the input resistance from it.
 * All data are being displayed on the USB UART where you can track their changes.
 * 
 * @note
 * The following formulas you may find useful:
 * AN_PIN(V) = ( ( 1kOhm + R_INPUT(kOhm) ) / ( 1kOhm + 2*R_INPUT(kOhm) ) - 1/2 ) * VCC(V) * GAIN
 * VOUT(V) = AN_PIN(V) / GAIN
 * R_INPUT(kOhm) = ( VCC(V) * GAIN - 2*AN_PIN(V) ) / ( 4*AN_PIN(V) )
 * R_INPUT(kOhm) = ( VCC(V) - 2*VOUT(V) ) / ( 4*VOUT(V) )
 * 
 * \author MikroE Team
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "wheatstone.h"

// ------------------------------------------------------------------ VARIABLES

static wheatstone_t wheatstone;
static log_t logger;

// ------------------------------------------------------ APPLICATION FUNCTIONS

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    wheatstone_cfg_t cfg;

    /** 
     * 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.
    wheatstone_cfg_setup( &cfg );
    WHEATSTONE_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
    wheatstone_init( &wheatstone, &cfg );

    wheatstone_set_potentiometer ( &wheatstone, WHEATSTONE_POT_MAX );

    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void )
{
    float an_pin_v = 0;
    float vout = 0;
    float r_kohm = 0;
    if ( WHEATSTONE_OK == wheatstone_read_an_pin_voltage ( &wheatstone, &an_pin_v ) ) 
    {
        vout = an_pin_v / wheatstone.gain;
        if ( 0 != vout )
        {
            r_kohm = ( WHEATSTONE_VCC_5V - 2 * vout ) / ( 4 * vout );
        }
        log_printf( &logger, " VCC     : %.3f V\r\n", WHEATSTONE_VCC_5V );
        log_printf( &logger, " GAIN    : %.3f\r\n", wheatstone.gain );
        log_printf( &logger, " AN_PIN  : %.3f V\r\n", an_pin_v );
        log_printf( &logger, " VOUT    : %.3f V\r\n", vout );
        log_printf( &logger, " R_INPUT : %.3f kOhm\r\n\n", r_kohm );
        Delay_ms( 1000 );
    }
}

void main ( void )
{
    application_init( );

    for ( ; ; )
    {
        application_task( );
    }
}

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

额外支持

资源

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