中级
30 分钟

通过使用TLP241A和PIC32MZ2048EFM100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!

Opto 3 Click with Curiosity PIC32 MZ EF

已发布 6月 24, 2024

点击板

Opto 3 Click

开发板

Curiosity PIC32 MZ EF

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

PIC32MZ2048EFM100

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。

A

A

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。

Opto 3 Click top side image
Opto 3 Click bottom side 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

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Relay 1 Output
RPB4
AN
Relay 2 Output
RA9
RST
NC
NC
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Relay 1 Input
RPE8
PWM
Relay 2 Input
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

Opto 3 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

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

额外支持

资源

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