初学者
10 分钟

使用AMC131M03和ATmega328同时测量和数字化多个模拟通道的数据

三通道、24位ΔΣ(Delta-Sigma)ADC,具备同时采样功能

ISO ADC 7 Click with Arduino UNO Rev3

已发布 11月 13, 2024

点击板

ISO ADC 7 Click

开发板

Arduino UNO Rev3

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

ATmega328

多通道数据采集,具有强大的5000-VRMS隔离和先进的滤波功能,适用于电力计量器和电池管理系统

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

ISO ADC 7 Click基于德州仪器的AMC131M03,一款具有同步采样能力的三通道24位ΔΣ(delta-sigma)ADC,专为需要精确多通道数据采集的应用而设计,例如电表、电池管理系统、电动汽车充电站和断路器。AMC131M03包含一个基于二氧化硅(SiO2)的电容隔离屏障,提供5000-VRMS隔离(通过UL1577认证),持续1分钟,为工业和高压应用提供出色的磁场免疫能力和增强的安全性。此外,AMC131M03符合低EMI标准(CISPR-11和CISPR-25),确保在严格电磁兼容性要求的环境中可靠运行。AMC131M03的每个通道(AIN0-AIN2)都内置了数字抽取滤波器,该滤波器解调ΔΣ调制器的输出,使每通道的数据速率高达64kSPS,且保持高分辨率。该滤波器显著减少量化噪声,提供广泛的动态范围。此外,通道之间样本的相对相位可以调整,补偿传感器响应中的相位

延迟。此外,调制器的频率来自可选的时钟源,用户可以通过CLK SEL开关进行配置,选择4.096 MHz或8.192 MHz。主时钟通过XEN引脚激活。可编程的时钟分频器提供了在应用中优化调制器频率的灵活性,从而进一步提升设备的性能。因此,数字抽取滤波器通过滤除带外噪声提高了信噪比,提升了精度和效率。AMC131M03还集成了低漂移内部电压基准和高精度可编程增益放大器(PGA),提供高达128的增益。当PGA增益超过4时,其集成的预充电缓冲器确保了高输入阻抗,能够精确测量小幅度信号。ADC还集成了负电荷泵,使绝对输入电压低至1.3V,非常适合测量接近地电平信号的单端电源系统。此Click板™通过标准的SPI接口与主控MCU通信。其他控制引脚包括RST引脚,可用作复位或多台AMC131M03设备的同步引脚,以及RDY引脚,作为数据准备好的中断

信号。这些功能允许灵活和同步的多通道数据采集,确保精确的时间和数据完整性。AMC131M03的一个关键特性是其集成了温度传感器,支持内部和外部温度测量。AIN2输入通道与温度传感器复用,用户可以通过寄存器设置在内部和外部感应模式之间进行选择。Click板™上的AIN2 SEL跳线允许选择外部温度系数(TC)元件类型。在“EXT”位置时,跳线启用外部正温度系数(PTC)或负温度系数(NTC)元件的使用,而“NTC”位置激活板载NTC传感器以进行直接温度测量。此Click板™可以通过VCC SEL跳线选择3.3V或5V逻辑电压水平进行操作。因此,3.3V和5V的MCU都可以正确使用通信线路。此外,此Click板™配备了包含易于使用的函数库和可作为进一步开发参考的示例代码。

ISO ADC 7 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

32

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
Reset / Synchronization / ID SEL
PD2
RST
SPI Select / ID COMM
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
Main Clock Enable
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

ISO ADC 7 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 ISO ADC 7 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • isoadc7_read_voltage - 此函数读取所有三个通道的电压测量值。

  • isoadc7_read_data - 此函数读取状态寄存器和所有三个通道的原始数据。

  • isoadc7_set_gain - 此函数设置所有通道的增益级别。

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 ISO ADC 7 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of ISO ADC 7 Click board by reading and displaying
 * the voltage levels from 3 isolated analog input channels.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the driver and performs the Click default configuration.
 * The full-scale voltage input range is set to +-1.2V for all channels.
 *
 * ## Application Task
 * Reads the voltage levels from all 3 isolated analog input channels and displays
 * the results on the USB UART once per second approximately.
 *
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "isoadc7.h"

static isoadc7_t isoadc7;
static log_t logger;

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    isoadc7_cfg_t isoadc7_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.
    isoadc7_cfg_setup( &isoadc7_cfg );
    ISOADC7_MAP_MIKROBUS( isoadc7_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( SPI_MASTER_ERROR == isoadc7_init( &isoadc7, &isoadc7_cfg ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( ISOADC7_ERROR == isoadc7_default_cfg ( &isoadc7 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }

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

void application_task ( void )
{
    float ch0 = 0;
    float ch1 = 0;
    float ch2 = 0;
    if ( ISOADC7_OK == isoadc7_read_voltage ( &isoadc7, &ch0, &ch1, &ch2 ) )
    {
        log_printf ( &logger, " CH0: %.1f mV\r\n", ch0 );
        log_printf ( &logger, " CH1: %.1f mV\r\n", ch1 );
        log_printf ( &logger, " CH2: %.1f mV\r\n\n", ch2 );
        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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