通过使用TLP241A和MK64FN1M0VDC12实现强大的电气隔离，提高系统可靠性

提升信号完整性：OptoLink隔离效果最佳！

已发布 6月 24, 2024

点击板

Opto 3 Click

开发板

Clicker 2 for Kinetis

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

MK64FN1M0VDC12

提供完全的电气隔离，确保您的敏感信号不受外部干扰的影响。

硬件概览

它是如何工作的？

Opto 3 Click基于Toshiba Semiconductor的两对常开高质量固态继电器TLP241A。TLP241A是一种光隔离固态继电器（SSR），具有集成的IR LED和两个输出MOSFET。输出级与输入级没有任何电气接触，通过集成的IR LED产生的红外光激活。这实现了输入级和输出级之间的增强电隔离。输出级在关闭时可承受高达40V的电压。当激活时，由于集成的MOSFET的非常低的RDSON，它可以传导高达2A的电流。TLP241A能够有效替代传统使用的机械继电器，带来了全套继承的优点：由于没有运动部件，循环次数几乎无限制；输出触点上没有抖动效应；对机械冲击和环境影响有高抵抗力；激活所需的电流低；由于触点上不会积聚碳和锈蚀，电阻恒定；操作时不会产生火花或电弧；尺寸紧凑；隔离电压更高，等等。然而，与为低电流和电压设计的光耦合器（类似设备）不同，SSR并非设计用于作为信号线隔离器。SSR通常具有较慢的信号

传播时间。但它可以用于使用较低数据速率的各种通信协议，包括UART/RS232、1-Wire等。其中一对SSR由主控MCU驱动。这对SSR可以用于激活外部电路，充分利用TLP241A SSR的潜力。一个或两个SSR可以用作继电器，允许主控MCU控制较重的负载，如直流电机、一些在较高电位上操作的其他电路、LED灯带、LED阵列等。mikroBUS™引脚AN或RST上分别标记为OU1和OU2的高电平逻辑将激活集成的IR LED。它将打开SSR中的MOSFET，允许电流通过外部电路流动。两个红色LED，分别标记为OUT1和OUT 2，连接到每个MCU输出引脚。这些LED提供关于SSR状态的视觉反馈：如果亮起，则相应的SSR处于导通状态。SSR输出被路由到标记为OUT1和OUT2的两个螺钉端子，允许安全地连接外部电路。另一对SSR用于为外部信号提供光隔离，从而保护敏感的MCU引脚。在SSR未激活时，mikroBUS™的PWM和INT引脚分别标

记为IN1和IN2，由电阻拉至高电平逻辑。输入端的信号将激活相应的SSR，将IN1（IN2）引脚拉至低电平逻辑。由于电气隔离，输入端的信号可以与主控MCU处于不同的电位，防止两个GND之间的任何杂散电流流动。这也将保护主控MCU免受可能发生的静电放电（ESD）的影响。正确连接输入信号很重要。因此，两个输入端子明确标有+和-符号。串联的肖特基二极管为输入IR LED提供一些保护，但应注意不要超过TLP241A数据表中的规格。输入侧SSR上的上拉电阻连接到mikroBUS™的电源，在SSR未激活时提供高电平逻辑。在这种情况下，电源电压直接决定了施加到IN1和IN2引脚的电压水平。因此，Click板™上提供了一个标记为VCC SEL的SMD跳线，允许用户根据所使用的MCU及其能力在3.3V和5V之间选择逻辑电压水平。

功能概述

开发板

Clicker 2 for Kinetis 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 ARM Cortex-M4F 微控制器，NXP 半导体公司的 MK64FN1M0VDC12，两个 mikroBUS™ 插槽用于 Click 板™连接，一个 USB 连接器，LED 指示灯，按钮，一个 JTAG 程序员连接器以及两个 26 针头用于与外部电子设备的接口。其紧凑的设计和清晰、易识别的丝网标记让您能够迅速构建具有独特功能和特性

的小工具。Clicker 2 for Kinetis 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 Clicker 2 for Kinetis 的编程方式，使用 USB HID mikroBootloader 或外部 mikroProg 连接器进行 Kinetis 编程外，Clicker 2 板还包括一个干净且调节过的开发套件电源供应模块。它提供了两种供电方式；通过 USB Micro-B 电缆，其中板载电压调节器为板上每个组件提供适当的电压水平，或使用锂聚合物电池通过板载电池连接器供电。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、重置按钮和几个用户可配置的按钮及 LED 指示灯。Clicker 2 for Kinetis 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。

微控制器概述

MCU卡片 / MCU

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

1024

硅供应商

NXP

引脚数

121

RAM (字节)

262144

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Relay 1 Output

PB2

Relay 2 Output

PB11

RST

SCK

MISO

MOSI

Power Supply

3.3V

Ground

GND

Relay 1 Input

PA10

PWM

Relay 2 Input

PB13

INT

SCL

SDA

Power Supply

Ground

GND

“仔细看看！”

Click board™ 原理图

一步一步来

项目组装

Clicker 2 for PIC32MZ front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Clicker 2 for Kinetis作为您的开发板开始。

GNSS2 Click front image hardware assembly

GNSS2 Click complete accessories setup image hardware assembly

Micro B Connector Clicker 2 Access - upright/background hardware assembly

Flip&Click PIC32MZ MCU step hardware assembly

Necto No Display image step 8 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

该库包含用于Opto 3 Click驱动程序的API。

关键功能:

opto3_get_in1 - 获取输入1引脚状态的功能
opto3_get_in2 - 获取输入2引脚状态的功能
opto3_set_out1 - 设置输出1引脚状态的功能

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 Opto 3 Click example
 * 
 * # Description
 * Opto 3 click to be used in applications that require reinforced galvanic 
 * isolation for both their input and output stages.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Initializes GPIO interface.
 * 
 * ## Application Task 
 * Reads the input pins state and sets their respective output pins to the same logic state.
 * The output pins state will be displayed on the USB UART where you can track their changes.
 * 
 * \author MikroE Team
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "opto3.h"

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

static opto3_t opto3;
static log_t logger;

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

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    opto3_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.
    opto3_cfg_setup( &cfg );
    OPTO3_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
    opto3_init( &opto3, &cfg );

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

void application_task ( void )
{
    static uint8_t out1_state = 0;
    static uint8_t out2_state = 0;
    uint8_t in1_state = 0;
    uint8_t in2_state = 0;

    in1_state = opto3_get_in1( &opto3 );
    in2_state = opto3_get_in2( &opto3 );
    
    if ( in1_state != out1_state )
    {
        out1_state = in1_state;
        opto3_set_out1( &opto3, out1_state );
        log_printf( &logger, " OUT1 state: %u\r\n", ( uint16_t ) out1_state );
    }
    
    if ( in2_state != out2_state )
    {
        out2_state = in2_state;
        opto3_set_out2( &opto3, out2_state );
        log_printf( &logger, " OUT2 state: %u\r\n", ( uint16_t ) out2_state );
    }
}

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

/*!
 * \file 
 * \brief Opto 3 Click example
 * 
 * # Description
 * Opto 3 click to be used in applications that require reinforced galvanic 
 * isolation for both their input and output stages.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Initializes GPIO interface.
 * 
 * ## Application Task 
 * Reads the input pins state and sets their respective output pins to the same logic state.
 * The output pins state will be displayed on the USB UART where you can track their changes.
 * 
 * \author MikroE Team
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "opto3.h"

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

static opto3_t opto3;
static log_t logger;

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

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    opto3_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.
    opto3_cfg_setup( &cfg );
    OPTO3_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
    opto3_init( &opto3, &cfg );

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

void application_task ( void )
{
    static uint8_t out1_state = 0;
    static uint8_t out2_state = 0;
    uint8_t in1_state = 0;
    uint8_t in2_state = 0;

    in1_state = opto3_get_in1( &opto3 );
    in2_state = opto3_get_in2( &opto3 );
    
    if ( in1_state != out1_state )
    {
        out1_state = in1_state;
        opto3_set_out1( &opto3, out1_state );
        log_printf( &logger, " OUT1 state: %u\r\n", ( uint16_t ) out1_state );
    }
    
    if ( in2_state != out2_state )
    {
        out2_state = in2_state;
        opto3_set_out2( &opto3, out2_state );
        log_printf( &logger, " OUT2 state: %u\r\n", ( uint16_t ) out2_state );
    }
}

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