初学者
10 分钟

使用CYPD3178和ATmega328P允许设备从USB Type-C端口获取电源

高度集成的预编程USB Type-C下行端口控制器

USB-C Sink 4 Click with Arduino UNO Rev3

已发布 10月 16, 2024

点击板

USB-C Sink 4 Click

开发板

Arduino UNO Rev3

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

ATmega328P

通过USB Type-C端口为各种可充电设备启用充电功能

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

USB-C Sink 4 Click基于Infineon的CYPD3178,这是一个USB Type-C电源接收控制器,旨在通过更通用且标准化的USB Type-C接口为设备供电,取代传统的圆形电源插头。CYPD3178属于Infineon的Barrel Connector Replacement (BCR)系列,符合最新的USB Type-C规范,支持高达5V、3A的电力传输。CYPD3178的独特之处在于,它能够以最少的附加组件将设备从圆形电源转换为USB Type-C供电,无需额外的固件开发。该集成解决方案包括完整的USB Type-C收发器、带软启动功能的负载开关控制,以及所有必要的终端电阻,确保无缝的USB Type-C端口操作。它还提供系统级的故障保护和静电放电(ESD)防护,确保在各种环境中可靠的性能。该Click板™非常适合为无人机、智能音箱、电动工具和其他可充电设备供电,成为一种多功能且可靠的电源管理解决方案。USB-C Sink 4 Click上的CYPD3178支持多种充电协议。当连接到非PD充电器时,它可以与接收设备支持的任何传统充电协议协商。CHG SEL跳线允许用户配置支持的协议。默认情况下,跳线设置为LGC位

置,支持所有传统充电协议。不过,通过将跳线切换到BC1.2位置,设备的操作将仅限于BC1.2充电协议。板上的VBUS MIN和VBUS MAX跳线决定了CYPD3178将协商的最小和最大电压。默认情况下,VBUS_MIN设置为5V,而五位跳线允许用户配置VBUS_MAX值。根据设备和充电器之间协商的“电力合同”,USB-C标准支持各种电压级别,范围为5V至20V。将VBUS MAX跳线调整到适当的位置可实现所需的电压级别。绿色VBUS LED指示USB-C端口上的电源存在。ISNK FNE和CRS电阻分压器配置与Type-C电源适配器通信的工作电流。工作电流(ISNK)是这些电阻分压器指定的电流总和。USB-C Sink 4 Click具有一个未填充的SAFE 5V引脚,当CYPD3178无法协商更高请求的电源合同时(例如9V或15V),该引脚可以用于驱动备用负载。在这种情况下,CYPD3178协商5V电源,并可以通过该引脚将5V电源提供给系统内的备用电源轨。USB-C Sink 4 Click使用标准的2线I2C接口与主MCU通信,支持最高400kHz的时钟频率。除了I2C引脚外,它还具有一个

低电平有效的INT中断引脚,用于通知MCU重要事件,如电源状态变化。INT和FLT引脚还可以用于调试,通过未填充的DBG引脚访问SWD_DAT(INT)和SWD_CLK(FLT)引脚进行调试。USB-C Sink 4 Click上的红色FLT LED指示灯在满足某些条件时亮起,例如当无法建立电源协商合同时,或者当提供的电压不在VBUS_MIN和VBUS_MAX范围内时。此外,如果负载消耗的电流超过预期的阈值(Sink OCP),LED也会亮起。除了视觉指示外,还可以通过mikroBUS™插座上的FLT引脚数字跟踪此故障信号。USB-C Sink 4 Click包含两个测试点,用于监测关键信号。TP1用于测量和监测VBUS电压,而TP2(FLP)帮助确定USB Type-C电缆的数据模式和方向,特别是USB CC极性是否翻转。默认情况下,TP2信号通过1kΩ电阻上拉,适用于非数据通信应用。此Click板™只能在3.3V逻辑电平下运行。在使用不同逻辑电平的MCU之前,必须进行适当的逻辑电平转换。此外,该Click板™还配备了包含易于使用的函数和示例代码的库,供进一步开发参考。

USB-C Sink 4 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

这是一款两端均为USB Type C公头的USB 3.1线缆。该线缆附带一个USB Type C母头到USB Type A公头的适配器,使其也兼容USB 2.0和USB 3.0主机接口。线缆长度为1.5米,并兼容任何USB Type C开发工具。

USB-C Sink 4 Click accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Fault Indicator
PC0
AN
NC
NC
RST
ID COMM
PB2
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
Interrupt
PC3
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
PC5
SCL
I2C Data
PC4
SDA
NC
NC
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

USB-C Sink 4 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 USB-C Sink 4 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • usbcsink4_get_type_c_status - 此函数通过I2C串行接口读取Type-C端口状态报告。

  • usbcsink4_get_bus_voltage - 此函数通过I2C串行接口读取指定端口的VBUS电源上的实时电压。

  • usbcsink4_get_event_status - 此函数通过I2C串行接口读取事件状态报告,以了解Type-C/PD端口上发生的情况。

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 USB-C Sink 4 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of a USB-C Sink 4 Click board 
 * by setting DC power requests and control for Type-C connector-equipped devices (TCD).
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * The initialization of the I2C module and log UART.
 * After driver initialization, the app sets the default configuration.
 *
 * ## Application Task
 * The demo app displays the reports of the Type-C port, active legacy charging mode status, 
 * and live voltage measurements on the VBUS supply for the specified port.
 *
 * ## Additional Function
 * - static void usbcsink4_display_type_c_status ( void )
 * - static void usbcsink4_display_chrg_mode ( void )
 * - static void usbcsink4_display_bus_voltage ( void )
 *
 * @author Nenad Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "usbcsink4.h"

static usbcsink4_t usbcsink4;
static log_t logger;

/**
 * @brief USB-C Sink 4 display Type-C status.
 * @details This function displays the reports of the status of the Type-C port.
 * @return Nothing.
 */
static void usbcsink4_display_type_c_status ( void );

/**
 * @brief USB-C Sink 4 display charging mode status.
 * @details This function displays the reports of the status 
 * of the active legacy charging mode.
 * @return Nothing.
 */
static void usbcsink4_display_chrg_mode ( void );

/**
 * @brief USB-C Sink 4 display VBUS voltage.
 * @details This function displays the live voltage 
 * on the VBUS supply for the specified port.
 * @return Nothing.
 */
static void usbcsink4_display_bus_voltage ( void );

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    usbcsink4_cfg_t usbcsink4_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.
    usbcsink4_cfg_setup( &usbcsink4_cfg );
    USBCSINK4_MAP_MIKROBUS( usbcsink4_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( I2C_MASTER_ERROR == usbcsink4_init( &usbcsink4, &usbcsink4_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( USBCSINK4_ERROR == usbcsink4_default_cfg ( &usbcsink4 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
    log_printf( &logger, " ------------------------\r\n" );
    Delay_ms( 100 );
}

void application_task ( void ) 
{
    usbcsink4_display_type_c_status( );
    Delay_ms( 100 );

    usbcsink4_display_chrg_mode( );
    Delay_ms( 100 );

    usbcsink4_display_bus_voltage( );
    Delay_ms( 1000 );
}

int main ( void ) 
{
    application_init( );
    
    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }

    return 0;
}

static void usbcsink4_display_type_c_status ( void ) 
{
    usbcsink4_type_c_status_t type_c_status;
    if ( USBCSINK4_OK == usbcsink4_get_type_c_status( &usbcsink4, &type_c_status ) )
    {
        log_printf( &logger, "  >> Port Partner Connection Status:" );
        if ( USBCSINK4_TYPE_C_ST_PORT_DISCONN == type_c_status.port_par_cxn )
        {
            log_printf( &logger, " Port is not connected to partner.\r\n" );
        }
        else
        {
            log_printf( &logger, " Port is connected to partner.\r\n" );
        }
        log_printf( &logger, " >> CC Polarity:" );
        if ( USBCSINK4_TYPE_C_ST_CC_1 == type_c_status.cc_pol )
        {
            log_printf( &logger, " CC1\r\n" );
        }
        else
        {
            log_printf( &logger, " CC2\r\n" );
        }
        log_printf( &logger, " >> Attached device type:" );
        if ( USBCSINK4_TYPE_C_ST_ATT_NTH == type_c_status.att_dev_type )
        {
            log_printf( &logger, " Nothing attached\r\n" );
        }
        else if ( USBCSINK4_TYPE_C_ST_ATT_SRC == type_c_status.att_dev_type )
        {
            log_printf( &logger, " Source attached\r\n" );
        }
        else if ( USBCSINK4_TYPE_C_ST_ATT_DEBUG == type_c_status.att_dev_type )
        {
            log_printf( &logger, " Debug Accessory attached\r\n" );
        }
        else
        {
            log_printf( &logger, " Unknown\r\n" );
        }
        log_printf( &logger, " >> Type-C Current Level:" );
        if ( USBCSINK4_TYPE_C_ST_CURR_0_9A == type_c_status.curr_lvl )
        {
            log_printf( &logger, " 900mA\r\n" );
        }
        else if ( USBCSINK4_TYPE_C_ST_CURR_1A == type_c_status.curr_lvl )
        {
            log_printf( &logger, " 1.5A\r\n" );
        }
        else if ( USBCSINK4_TYPE_C_ST_CURR_3A == type_c_status.curr_lvl )
        {
            log_printf( &logger, " 3A\r\n" );
        }
        else
        {
            log_printf( &logger, " Unknown\r\n" );
        }
    }
}

static void usbcsink4_display_chrg_mode ( void ) 
{
    uint8_t chrg_mode = 0;
    if ( USBCSINK4_OK == usbcsink4_get_chrg_mode( &usbcsink4, &chrg_mode ) )
    {
        log_printf( &logger, " >> Charging Mode Status:" );
        if ( USBCSINK4_CHG_MODE_STATUS_NO_LGC == chrg_mode )
        {
            log_printf( &logger, " No legacy charging mode\r\n" );
        }
        if ( USBCSINK4_CHG_MODE_STATUS_BC1_2DCP_CDC == chrg_mode )
        {
            log_printf( &logger, " BC 1.2 DCP/CDP charging\r\n" );
        }
        if ( USBCSINK4_CHG_MODE_STATUS_QC2_1 == chrg_mode )
        {
            log_printf( &logger, " QC2.0 charging\r\n" );
        }
        if ( USBCSINK4_CHG_MODE_STATUS_AFC == chrg_mode )
        {
            log_printf( &logger, " AFC charging\r\n" );
        }
        if ( USBCSINK4_CHG_MODE_STATUS_APPLE == chrg_mode )
        {
            log_printf( &logger, " Apple charging\r\n" );
        }
    }
}

static void usbcsink4_display_bus_voltage ( void ) 
{
    float vtg = 0;
    if ( USBCSINK4_OK == usbcsink4_get_bus_voltage( &usbcsink4, &vtg ) )
    {
        log_printf( &logger, " >> VBUS Voltage: %.1f V \r\n", vtg );
    }
    log_printf( &logger, " ------------------------\r\n" );
}

// ------------------------------------------------------------------------ END

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