中级
30 分钟

使用AD74413R和ATmega328P实现同时的ADC和DAC功能

解锁精确性和多功能性

AD-SWIO 2 Click with Arduino UNO Rev3

已发布 6月 25, 2024

点击板

AD-SWIO 2 Click

开发板

Arduino UNO Rev3

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

ATmega328P

提升您的设计能力,使用终极ADC-DAC组合解决方案。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

AD-SWIO 2 Click基于Analog Devices的AD74413R,这是一款16位模数转换器(ADC)和13位数模转换器(DAC)。AD74413R具有多种模式,包括电压输出、电流输出、电压输入、外部供电电流输入、回路供电电流输入、外部RTD测量、数字输入逻辑和回路供电数字输入模式。ADC可以测量100Ω RSENSE上的电压或每个通道的I/OP_x螺钉端子上的电压。在高阻抗模式下,ADC默认测量螺钉端子上的电压(I/OP_x到I/ON_x),范围为0V到10V。ADC还提供用户可选择输入的诊断信息,例如电源、内部芯片温度、参考和调节器。AD74413R可以使用外部或内部参考电压。参考输入需要2.5V才能使AD74413R正常工作。参考电压在应用到DAC和ADC之前在内部缓冲。AD-SWIO 2 Click包含一个用于选择参考电压的跳线;左侧位置(默认)

选择外部参考电压。Analog Devices的ADR4525提供外部参考电压。ADR4525BRZ是一款高精度、低噪声电压参考,具有±0.02%的最大初始误差。通过将Vref跳线切换到右侧位置,AD74413R使用内部参考电压。如果AD-SWIO 2 Click使用内部参考电压,REFIN引脚必须连接到REFOUT引脚。AD-SWIO 2 Click有四个GPO-x引脚,每个通道一个(GPO-A、GPO-B、GPO-C、GPO-D)。每个通道的GPO-x引脚可以配置为数字输入功能的逻辑输出或逻辑高或低输出。GPO-x引脚可以通过GPO_CONFIGx寄存器中的GPO_SELECT位设置。该Click板™还包含一个LVIN(低电压输入)引脚,该引脚的测量电压范围为0V至2.5V。AD74413R包含四个13位DAC,每个通道一个。每个DAC核心是一个13位串DAC。架构结构由一串

电阻组成,每个电阻值为R。加载到DAC_CODEx寄存器中的数字输入代码确定从哪个串节点获取电压并馈入输出放大器。此架构本质上是单调和线性的。AD74413R在电压输出模式下具有可编程的短路限制,按通道编程。该电路在AVDD电源升压或用例配置更改时最小化I/OP_x螺钉端子的毛刺。可以通过AVDD引脚上的正模拟电源调节短路限制,AD-SWIO 2 Click上的输出电压限制为+20V。AD-SWIO 2 Click配备了Analog Devices的ADP1613升压DC-DC开关转换器,具有集成电源开关,能够提供高达20V的输出电压。该Click板™只能在3.3V逻辑电压水平下工作。在使用具有不同逻辑电平的MCU之前,必须进行适当的逻辑电压电平转换。然而,该Click板™配备了一个包含功能和示例代码的库,可作为进一步开发的参考。

AD-SWIO 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

Arduino Mega 的 Click Shield 配备了四个 mikroBUS™ 插槽,其中两个是 Shuttle 连接器,允许所有的 Click board™ 设备与 Arduino Mega 板轻松连接。Arduino Mega 板采用了AVR 8位微控制器,具有先进的RISC架构,54个数字 I/O 引脚,并且兼容 Arduino™,为原型设计和创建多样化应用提供了无限的可能性。该板通过 USB 连接方便地进行控制和供电,以便在开箱即用时高效地对 Arduino Mega 板进行编程和调试,另外还需要将额外的 USB 电缆连接到板上的 USB B 端口。通过集成的 ATmega16U2 程序器简化项目开发,并利用丰富的 I/O 选项和扩展功能释放创造力。有八个开关,您可以将其用作输入,并有八个 LED,可用作 MEGA2560 的输出。此外,该 shield 还具有来自 Microchip 的高精度缓冲电压参考 MCP1501。该参考电压默认通过板底部的 EXT REF 跳线选择。您可以像通常在 Arduino Mega 板上那样选择外部参考电压。还有一个用于测试目的的 GND 钩子。另外,还有四个额外的 LED,分别是 PWR、LED(标准引脚 D13)、RX 和 TX LED,连接到 UART1(mikroBUS™ 1 插槽)。此 Click Shield 还具有几个开关,执行诸如选择 mikroBUS™ 插槽上模拟信号的逻辑电平以及选择 mikroBUS™ 插槽本身的逻辑电压级别等功能。此外,用户还可以使用现有的双向电平转换器,无论 Click board™ 是否以3.3V或5V逻辑电压级别运行,都可以使用任何 Click board™。一旦您将 Arduino Mega 板与 Click Shield for Arduino Mega 连接,就可以访问数百个使用3.3V或5V逻辑电压级别工作的 Click board™。

Click Shield for Arduino UNO accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
Reset
PD2
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
Alert Status
PD6
PWM
Data Ready
PC3
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

AD-SWIO 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
Arduino UNO Rev3 Access MB 1 - 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
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 AD-SWIO 2 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • adswio2_get_conv_results - 此功能允许用户获取选定通道的转换结果。

  • adswio2_status_pin_ready - 此功能检查ready引脚的状态。

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 AdSwio2 Click example
 * 
 * # Description
 * This Click is a quad-channel software configurable input/output solution for building 
 * and process control application. The AD-SWIO 2 Click contains four 13-bit DACs, one 
 * per chanal, and 16-bit Σ-∆ ADC. These options give a lot of flexibility in choosing 
 * functionality for analog output, analog input, digital input, resistance temperature 
 * detector (RTD), and thermocouple measurements integrated into a single chip solution 
 * with a serial peripheral interface (SPI).
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Performs a hardware reset of the click board and
 * executes a default configuration that enables channel A and sets it to measure voltage
 * input in the range from 0V to 10V, with 4800 SPS.
 * 
 * ## Application Task  
 * Waits for the data ready and then reads the results of ADC conversion from channel A
 * and if response is ok, then prints the results on the uart console.
 *  
 * ## Additional Functions
 *
 * - void application_default_handler ( uint8_t *err_msg ) - Sends an error report messages from click
 * driver to initialized console module. It must be set using adswio2_set_handler function.
 * 
 * \author MikroE Team
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "adswio2.h"

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

static adswio2_t adswio2;
static log_t logger;

static uint8_t adswio2_rdy;
static adswio2_err_t adswio2_err;
static uint16_t adswio2_ch_a;
static uint16_t timeout;
static float adswio2_res;

const uint16_t ADSWIO2_RANGE_VOLT_MV = 10000;
const uint32_t ADSWIO2_RANGE_RESOLUTION = 65536;

// ------------------------------------------------------- ADDITIONAL FUNCTIONS

void application_default_handler ( uint8_t *err_msg )
{
    char *err_ptr = err_msg;

    log_printf( &logger, "\r\n" );
    log_printf( &logger, "[ERROR] : %s", err_ptr );
    log_printf( &logger, "\r\n" );
}

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

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    adswio2_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.

    adswio2_cfg_setup( &cfg );
    ADSWIO2_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
    adswio2_init( &adswio2, &cfg );
    Delay_ms ( 100 );
    
    adswio2_default_cfg( &adswio2 );
    Delay_ms ( 1000 );

    adswio2_rdy  = DUMMY;
    adswio2_ch_a = DUMMY;
    adswio2_res  = DUMMY;
    adswio2_err  = ADSWIO2_ERR_STATUS_OK;
    log_printf( &logger, " AD-SWIO 2 click initialization done \r\n");
    log_printf( &logger, "************************************\r\n");
}

void application_task ( void )
{
    timeout = 0;
    do
    {
        Delay_1ms( );
        timeout++;
        adswio2_rdy = adswio2_status_pin_ready( &adswio2 );
        if ( timeout > 3000 ) 
        {
            timeout = 0;
            log_printf( &logger, " Reinitializing...");
            adswio2_default_cfg( &adswio2 );
            log_printf( &logger, "Done\r\n");
        }
    }
    while ( adswio2_rdy != 0 );
    
    adswio2_err = adswio2_get_conv_results( &adswio2, ADSWIO2_SETUP_CONV_EN_CHA, &adswio2_ch_a );
    
    if ( adswio2_err == ADSWIO2_ERR_STATUS_OK )
    {
        adswio2_res = adswio2_ch_a;
        adswio2_res /= ADSWIO2_RANGE_RESOLUTION;
        adswio2_res *= ADSWIO2_RANGE_VOLT_MV;
        adswio2_ch_a = adswio2_res;

        log_printf( &logger, " Voltage from channel A: %d mV\r\n", adswio2_ch_a );
        
        log_printf( &logger, "-----------------------------------\r\n\r\n" );
        Delay_ms ( 200 );
    }
}

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 AdSwio2 Click example
 * 
 * # Description
 * This Click is a quad-channel software configurable input/output solution for building 
 * and process control application. The AD-SWIO 2 Click contains four 13-bit DACs, one 
 * per chanal, and 16-bit Σ-∆ ADC. These options give a lot of flexibility in choosing 
 * functionality for analog output, analog input, digital input, resistance temperature 
 * detector (RTD), and thermocouple measurements integrated into a single chip solution 
 * with a serial peripheral interface (SPI).
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Performs a hardware reset of the click board and
 * executes a default configuration that enables channel A and sets it to measure voltage
 * input in the range from 0V to 10V, with 4800 SPS.
 * 
 * ## Application Task  
 * Waits for the data ready and then reads the results of ADC conversion from channel A
 * and if response is ok, then prints the results on the uart console.
 *  
 * ## Additional Functions
 *
 * - void application_default_handler ( uint8_t *err_msg ) - Sends an error report messages from click
 * driver to initialized console module. It must be set using adswio2_set_handler function.
 * 
 * \author MikroE Team
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "adswio2.h"

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

static adswio2_t adswio2;
static log_t logger;

static uint8_t adswio2_rdy;
static adswio2_err_t adswio2_err;
static uint16_t adswio2_ch_a;
static uint16_t timeout;
static float adswio2_res;

const uint16_t ADSWIO2_RANGE_VOLT_MV = 10000;
const uint32_t ADSWIO2_RANGE_RESOLUTION = 65536;

// ------------------------------------------------------- ADDITIONAL FUNCTIONS

void application_default_handler ( uint8_t *err_msg )
{
    char *err_ptr = err_msg;

    log_printf( &logger, "\r\n" );
    log_printf( &logger, "[ERROR] : %s", err_ptr );
    log_printf( &logger, "\r\n" );
}

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

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    adswio2_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.

    adswio2_cfg_setup( &cfg );
    ADSWIO2_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
    adswio2_init( &adswio2, &cfg );
    Delay_ms ( 100 );
    
    adswio2_default_cfg( &adswio2 );
    Delay_ms ( 1000 );

    adswio2_rdy  = DUMMY;
    adswio2_ch_a = DUMMY;
    adswio2_res  = DUMMY;
    adswio2_err  = ADSWIO2_ERR_STATUS_OK;
    log_printf( &logger, " AD-SWIO 2 click initialization done \r\n");
    log_printf( &logger, "************************************\r\n");
}

void application_task ( void )
{
    timeout = 0;
    do
    {
        Delay_1ms( );
        timeout++;
        adswio2_rdy = adswio2_status_pin_ready( &adswio2 );
        if ( timeout > 3000 ) 
        {
            timeout = 0;
            log_printf( &logger, " Reinitializing...");
            adswio2_default_cfg( &adswio2 );
            log_printf( &logger, "Done\r\n");
        }
    }
    while ( adswio2_rdy != 0 );
    
    adswio2_err = adswio2_get_conv_results( &adswio2, ADSWIO2_SETUP_CONV_EN_CHA, &adswio2_ch_a );
    
    if ( adswio2_err == ADSWIO2_ERR_STATUS_OK )
    {
        adswio2_res = adswio2_ch_a;
        adswio2_res /= ADSWIO2_RANGE_RESOLUTION;
        adswio2_res *= ADSWIO2_RANGE_VOLT_MV;
        adswio2_ch_a = adswio2_res;

        log_printf( &logger, " Voltage from channel A: %d mV\r\n", adswio2_ch_a );
        
        log_printf( &logger, "-----------------------------------\r\n\r\n" );
        Delay_ms ( 200 );
    }
}

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

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