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体验我们使用DAC161S997和ATmega328P的4-20mA电流环解决方案的高效性

提升您的过程自动化

4-20mA T 2 Click with Arduino UNO Rev3

已发布 6月 24, 2024

点击板

4-20mA T 2 Click

开发板

Arduino UNO Rev3

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

ATmega328P

体验我们先进的模拟电流环路发射器带来的精确信号传输,实现与各种工业应用的无缝连接和兼容性。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

4-20mA T 2 Click 基于 DAC161S997,这是一款来自德州仪器的低功耗 16 位 ΣΔ 数模转换器 (DAC),实现为 ΣΔ 调制器。除了 ΣΔ DAC,DAC161S997 还包含一个内部超低功耗电压参考和一个内部振荡器,以减少紧凑环路供电应用中的功耗和组件数量。这种架构中,DAC 的输出电流代表过滤调制器输出的放大副本,确保了出色的线性性能,同时最大限度地降低了设备的功耗。除了通过 LOOP 端子的工业标准 4-20 mA 电流环路,DAC161S997 还可以通过板载 HART TX 端

子简单地接口到高速寻址远程传感器 (HART) 调制器。这允许将 FSK 调制的数字数据注入 4-20mA 电流环路。此 Click board™ 使用 4 线 SPI 串行接口与 MCU 通信,最大频率为 10MHz,用于数据传输和 DAC 功能配置。DAC161S997 支持 SPI 协议的模式 0 和模式 3。4-20mA T 2 Click 具有附加功能,作为中断,可通过 mikroBUS™ 插座的 ERR 引脚提供环路错误检测/报告功能。默认情况下,DAC161S997 检测并报告几种类型的错误:环路错误、SPI 超时错误(通道错误)、帧错

误和报警电流。如果发生故障情况或在初始启动序列期间,DAC161S997 将在上部或下部错误电流带中输出电流。通过板载跳线 ERRL SEL 的适当位置,用户可以选择错误电流带,而错误电流值通过 SPI 接口可编程。此 Click board™ 只能在 3.3V 逻辑电压水平下运行。在使用具有不同逻辑电平的 MCU 之前,板必须进行适当的逻辑电压电平转换。此外,该 Click board™ 配备了包含易于使用的函数和示例代码的库,可作为进一步开发的参考。

4-20mA T 2 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Arduino UNO 是围绕 ATmega328P 芯片构建的多功能微控制器板。它为各种项目提供了广泛的连接选项,具有 14 个数字输入/输出引脚,其中六个支持 PWM 输出,以及六个模拟输入。其核心组件包括一个 16MHz 的陶瓷谐振器、一个 USB 连接器、一个电

源插孔、一个 ICSP 头和一个复位按钮,提供了为板 子供电和编程所需的一切。UNO 可以通过 USB 连接到计算机,也可以通过 AC-to-DC 适配器或电池供电。作为第一个 USB Arduino 板,它成为 Arduino 平台的基准,"Uno" 符号化其作为系列首款产品的地

位。这个名称选择,意为意大利语中的 "一",是为了 纪念 Arduino Software(IDE)1.0 的推出。最初与 Arduino Software(IDE)版本1.0 同时推出,Uno 自此成为后续 Arduino 发布的基础模型,体现了该平台的演进。

Arduino UNO Rev3 double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

AVR

MCU 内存 (KB)

32

硅供应商

Microchip

引脚数

28

RAM (字节)

2048

你完善了我!

配件

Click Shield for Arduino UNO 具有两个专有的 mikroBUS™ 插座,使所有 Click board™ 设备能够轻松与 Arduino UNO 板进行接口连接。Arduino UNO 是一款基于 ATmega328P 的微控制器开发板,为用户提供了一种经济实惠且灵活的方式来测试新概念并构建基于 ATmega328P 微控制器的原型系统,结合了性能、功耗和功能的多种配置选择。Arduino UNO 具有 14 个数字输入/输出引脚(其中 6 个可用作 PWM 输出)、6 个模拟输入、16 MHz 陶瓷谐振器(CSTCE16M0V53-R0)、USB 接口、电源插座、ICSP 头和复位按钮。大多数 ATmega328P 微控制器的引脚都连接到开发板左右两侧的 IO 引脚,然后再连接到两个 mikroBUS™ 插座。这款 Click Shield 还配备了多个开关,可执行各种功能,例如选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平,以及选择 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电压转换器使用任何 Click board™,无论 Click board™ 运行在 3.3V 还是 5V 逻辑电压电平。一旦将 Arduino UNO 板与 Click Shield for Arduino UNO 连接,用户即可访问数百种 Click board™,并兼容 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的设备。

Click Shield for Arduino UNO accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
NC
NC
RST
SPI Chip Select
PB2
CS
SPI Clock
PB5
SCK
SPI Data OUT
PB4
MISO
SPI Data IN
PB3
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
Loop-Error Interrupt
PC3
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

4-20mA T 2 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Arduino UNO front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Arduino UNO Rev3作为您的开发板开始。

Click Shield for Arduino UNO front image hardware assembly
Arduino UNO Rev3 front image hardware assembly
Charger 27 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
Charger 27 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
Arduino UNO 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 4-20mA T 2 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • c420mat2_set_output_current - 4-20mA T 2 设置输出电流功能

  • c420mat2_get_status - 4-20mA T 2 获取状态功能

  • c420mat2_set_lower_limit - 4-20mA T 2 设置下限功能

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 main.c
 * @brief 4-20mA T 2 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of 4-20mA T 2 Click board™.
 * This driver provides functions to configure 
 * analog output current transfer over an industry standard 4-20mA current loop.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initialization of SPI module and log UART.
 * After driver initialization, default settings turn on the device.
 *
 * ## Application Task
 * This example demonstrates the use of the 4-20mA T 2 Click board™.
 * This example periodically changes the analog output current transfer 
 * from 4mA to 20mA and display status every 5 seconds.
 * Results are being sent to the UART Terminal, where you can track their changes.
 *
 * @author Nenad Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "c420mat2.h"

static c420mat2_t c420mat2;
static log_t logger;
static c420mat2_status_t status;

void display_status ( void )
{
    log_printf( &logger, " Status: \r\n" );
    if ( C420MAT2_STATUS_ERROR == status.ferr_sts )
    {
        log_printf( &logger, " - A frame error has occurred.\r\n" );
    }
    else
    {
        log_printf( &logger, " - No frame error occurred.\r\n" );
    }

    if ( C420MAT2_STATUS_ERROR == status.spi_timeout_err )
    {
        log_printf( &logger, " - The SPI interface has not received a valid command.\r\n" );
    }
    else
    {
        log_printf( &logger, " - The SPI interface has received a valid command.\r\n" );
    }

    if ( C420MAT2_STATUS_ERROR == status.loop_sts )
    {
        log_printf( &logger, " - A status loop error has occurred.\r\n" );
    }
    else
    {
        log_printf( &logger, " - No status loop error has occurred.\r\n" );
    }

    if ( C420MAT2_STATUS_ERROR == status.curr_loop_sts )
    {
        log_printf( &logger, " - A current loop error is occurring.\r\n" );
    }
    else
    {
        log_printf( &logger, " - No current loop error is occurring.\r\n" );
    }
    log_printf( &logger, " ----------------------------\r\n" );
}

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    c420mat2_cfg_t c420mat2_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.
    c420mat2_cfg_setup( &c420mat2_cfg );
    C420MAT2_MAP_MIKROBUS( c420mat2_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( SPI_MASTER_ERROR == c420mat2_init( &c420mat2, &c420mat2_cfg ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }

    if ( C420MAT2_ERROR == c420mat2_default_cfg ( &c420mat2 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }

    log_info( &logger, " Application Task " );
    log_printf( &logger, " -----------------------------\r\n" );
    Delay_ms ( 100 );
}

void application_task ( void )
{
    if ( C420MAT2_OK == c420mat2_set_output_current( &c420mat2, 4.0 ) )
    {
        log_printf( &logger, " Loop Current:  4.0 mA \r\n" );
        log_printf( &logger, " - - - - - - - - - - - - - - -\r\n" );
        if ( C420MAT2_OK == c420mat2_get_status ( &c420mat2, &status ) )
        {
            display_status( );    
        }
        Delay_ms ( 1000 );
        Delay_ms ( 1000 );
        Delay_ms ( 1000 );
        Delay_ms ( 1000 );
        Delay_ms ( 1000 );
    }

    if ( C420MAT2_OK == c420mat2_set_output_current( &c420mat2, 10.0 ) )
    {
        log_printf( &logger, " Loop Current: 10.0 mA \r\n" );
        log_printf( &logger, " - - - - - - - - - - - - - - -\r\n" );
        if ( C420MAT2_OK == c420mat2_get_status ( &c420mat2, &status ) )
        {
            display_status( );    
        }
        Delay_ms ( 1000 );
        Delay_ms ( 1000 );
        Delay_ms ( 1000 );
        Delay_ms ( 1000 );
        Delay_ms ( 1000 );
    }

    if ( C420MAT2_OK == c420mat2_set_output_current( &c420mat2, 15.0 ) )
    {
        log_printf( &logger, " Loop Current: 15.0 mA \r\n" );
        log_printf( &logger, " - - - - - - - - - - - - - - -\r\n" );
        if ( C420MAT2_OK == c420mat2_get_status ( &c420mat2, &status ) )
        {
            display_status( );    
        }
        Delay_ms ( 1000 );
        Delay_ms ( 1000 );
        Delay_ms ( 1000 );
        Delay_ms ( 1000 );
        Delay_ms ( 1000 );
    }

    if ( C420MAT2_OK == c420mat2_set_output_current( &c420mat2, 20.0 ) )
    {
        log_printf( &logger, " Loop Current: 20.0 mA \r\n" );
        log_printf( &logger, " - - - - - - - - - - - - - - -\r\n" );
        if ( C420MAT2_OK == c420mat2_get_status ( &c420mat2, &status ) )
        {
            display_status( );    
        }
        Delay_ms ( 1000 );
        Delay_ms ( 1000 );
        Delay_ms ( 1000 );
        Delay_ms ( 1000 );
        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

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