初学者
10 分钟

使用PCAL9714和PIC32MZ2048EFM100扩展系统中的输入/输出(I/O)引脚数量

带有灵活I/O功能的超低电压14位SPI I/O扩展器

Expand 18 Click with Curiosity PIC32 MZ EF

已发布 11月 07, 2024

点击板

Expand 18 Click

开发板

Curiosity PIC32 MZ EF

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

PIC32MZ2048EFM100

通过使用多功能且高速的端口扩展器,提升您的MCU的I/O功能,该扩展器非常适合对电源敏感的应用场景

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Expand 18 Click 基于 NXP 的 PCAL9714,这是一款超低电压转换的 14 位 SPI I/O 扩展器。该板为各种微控制器(MCU)系列提供了 I/O 扩展,能够以最少的连接要求增加额外的 GPIO(通用输入/输出)引脚。它通过 SPI 接口工作,因此与多种 MCU 兼容。其超低电压接口支持与工作电压低至 1.1V 的 MCU 直接通信,同时可与不同电压水平的 I/O 设备进行接口。这种 I/O 扩展解决方案特别适合需要与传感器、按键、键盘等输入设备进行接口的任务,同时确保功耗和引脚使用保持在最低水平。Expand 18 Click 中使用的 PCAL9714 具有集成的电平转换功能,在具有混合电源的系统中提供了极大的灵活性。它需要两个独立的电源:一个用于逻辑侧,另一个用于核心电路。逻辑侧可以通过 VCC SEL 跳线选择由 3.3V 或 5V mikroBUS™ 电源轨供电,而核心电路可以从 3.3V mikroBUS™ 电源轨或连接到 VEXT 引脚的外部电源

供电,支持 1.65V 到 5V 的电压。核心电路电源通过 VDDP SEL 跳线进行调节,以确保针对不同应用需求的最佳电压管理。Expand 18 Click 通过 4 线 SPI 接口与主 MCU 通信,支持最高 5MHz 的时钟频率,确保高效且可靠的数据传输。除了 SPI 接口外,板上还包括一个低电平有效的 RST 引脚,以便在超时或操作问题时重置 PCAL9714。上电复位将寄存器恢复为默认状态并重新初始化 SPI 状态机,而 RST 引脚则允许在不需要完全断电的情况下进行相同的重置过程。PCAL9714 还集成了 Agile I/O 功能,增强了 I/O 的功能。这些功能包括可编程输出驱动强度、可锁定输入、可编程上拉和下拉电阻、可屏蔽中断、中断状态寄存器,以及可配置的开漏或推挽输出。此外,Agile I/O Plus 还提供按电平或边缘指定的中断,并能够单独清除中断而不影响其他事件。当输入状态与相应的输入端口寄存器状态发生变化时,中断(INT)引脚被

触发,提醒主 MCU 该变化。上电时,所有 I/O 都配置为输入。不过,主 MCU 可以轻松地将其重新配置为输入或输出,只需写入相应的 I/O 配置位即可。每个 I/O 的数据存储在相应的输入或输出寄存器中,输入端口寄存器的极性可以通过极性反转寄存器反转,从而无需外部逻辑门。可编程上拉和下拉电阻进一步减少了对离散元件的需求。扩展器输出提供 25mA 的灌电流能力,能够直接驱动 LED,同时保持低功耗。此外,PCAL9714 还具有一个用于 SPI 总线地址编程的硬件引脚,通过 ADDR SEL 跳线访问,最多允许四个设备共享同一个 SPI 总线。该 Click 板™ 可以在 3.3V 或 5V 逻辑电压水平下运行,选择通过 VCC SEL 跳线进行。这使得 3.3V 和 5V 的 MCU 都能正确使用通信线路。此外,该 Click 板™ 还配备了易于使用的函数库和示例代码,可作为进一步开发的参考。

Expand 18 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Curiosity PIC32 MZ EF 开发板是一个完全集成的 32 位开发平台,特点是高性能的 PIC32MZ EF 系列(PIC32MZ2048EFM),该系列具有 2MB Flash、512KB RAM、集成的浮点单元(FPU)、加密加速器和出色的连接选项。它包括一个集成的程序员和调试器,无需额外硬件。用户可以通过 MIKROE 

mikroBUS™ Click™ 适配器板扩展功能,通过 Microchip PHY 女儿板添加以太网连接功能,使用 Microchip 扩展板添加 WiFi 连接能力,并通过 Microchip 音频女儿板添加音频输入和输出功能。这些板完全集成到 PIC32 强大的软件框架 MPLAB Harmony 中,该框架提供了一个灵活且模块化的接口

来应用开发、一套丰富的互操作软件堆栈(TCP-IP、USB)和易于使用的功能。Curiosity PIC32 MZ EF 开发板提供了扩展能力,使其成为连接性、物联网和通用应用中快速原型设计的绝佳选择。

Curiosity PIC32MZ EF double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

PIC32

MCU 内存 (KB)

2048

硅供应商

Microchip

引脚数

100

RAM (字节)

524288

你完善了我!

配件

Wire Jumpers Male to Female (15 cm length, 10pcs) 是一套高质量的跳线,专为简化原型设计和测试而设计。每根跳线长15厘米,一端为公头连接器,另一端为母头连接器,方便在面包板或其他电子项目中轻松连接组件。该套装包含十根不同颜色的跳线,便于电路中的清晰识别和组织。这些跳线非常适合DIY项目、设置和其他电子应用,在需要快速、可靠连接的场合下提供了理想的解决方案。

Expand 18 Click accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
Reset / ID SEL
RA9
RST
SPI Select / ID COMM
RPD4
CS
SPI Clock
RPD1
SCK
SPI Data OUT
RPD14
MISO
SPI Data IN
RPD3
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
Interrupt
RF13
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

Expand 18 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Curiosity PIC32MZ EF front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Curiosity PIC32 MZ EF作为您的开发板开始。

Curiosity PIC32MZ EF front image hardware assembly
GNSS2 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
GNSS2 Click complete accessories setup image hardware assembly
Board mapper by product7 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
Curiosity PIC32 MZ EF 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 Expand 18 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • expand18_set_pin_direction - 此函数设置所选引脚的方向。

  • expand18_set_all_pins_value - 此函数设置所有输出引脚的值。

  • expand18_read_port_value - 此函数读取所选端口输入引脚的值。

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 Expand 18 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of Expand 18 click board by setting and reading 
 * the ports state.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the driver and performs the click default configuration which sets 
 * the port 0 as output and the port 1 as input with pull-down enabled.
 *
 * ## Application Task
 * Sets the pins of the port 0 and then reads the status of both ports and 
 * displays the results on the USB UART approximately once per second.
 *
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "expand18.h"

static expand18_t expand18;
static log_t logger;

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    expand18_cfg_t expand18_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.
    expand18_cfg_setup( &expand18_cfg );
    EXPAND18_MAP_MIKROBUS( expand18_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( SPI_MASTER_ERROR == expand18_init( &expand18, &expand18_cfg ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( EXPAND18_ERROR == expand18_default_cfg ( &expand18 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void )
{
    uint8_t port_value = 0;
    for ( uint16_t pin_num = EXPAND18_PIN_0_MASK; pin_num <= EXPAND18_PIN_7_MASK; pin_num <<= 1 )
    {
        expand18_set_all_pins_value( &expand18, pin_num );
        
        expand18_read_port_value( &expand18, EXPAND18_PORT_0, &port_value );
        log_printf( &logger, " Status port 0 (output): 0x%.2X\r\n", ( uint16_t ) port_value );
        
        expand18_read_port_value( &expand18, EXPAND18_PORT_1, &port_value );
        log_printf( &logger, " Status port 1 (input) : 0x%.2X\r\n\n", ( uint16_t ) port_value );
        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

资源

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