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30 分钟

使用LTC4332和ATmega328P轻松实现长距离数据传输

SPI跨越更远距离:为工业成功延伸通信

SPI Extend Click with Arduino UNO Rev3

已发布 6月 25, 2024

点击板

SPI Extend Click

开发板

Arduino UNO Rev3

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

ATmega328P

揭示我们 SPI 扩展解决方案的简单性和高效性,提供了一种可访问且有效的方式来实现长距离数据传输,彻底改变您的连接和通信方式。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

SPI Extend Click 基于 LTC4332,这是一款为高噪声工业环境设计的 2MHz 点对点 SPI 总线扩展器,由 Analog Devices 提供。SPI 总线通过±60V 故障保护差分收发器延伸到两对双绞线。LTC4332 扩展的 25V 共模电压范围使其能够跨越不同的接地电位桥接。此 Click board™ 具有三个扩展从选择 (SS1, SS2, SS3),具有独立的可编程 SPI 模式,并支持链路上的外部隔离。SS1 从选择输出引脚在 SPI 通信中用作标准 CS 引脚,而另外两个引脚 SS2 和 SS3 在本地侧作为 mikroBUS 标准的 GPIO 输出引脚。为了实现此 Click board™ 的完整功能,有必要使用带 RJ45 连接器的交叉双绞线电缆,这些电缆与以太网设备使用的电

缆相同。除了扩展功能外,此 Click board™ 还支持本地到远程控制和中断功能。通过集成的高性能差分收发器进行链路通信,本地 SPI 主机可以使用差分对类型电缆访问远程从设备,最远可达 1200 米。由于 SPI Extend Click 的双重功能,用户需要设置 Click board™ 的工作模式,通过将板载 MODE SEL 开关设置为适当位置来调整(设置为低以用于本地 SPI 从模式或设置为高以用于 SPI 主模式)。SPI Extend Click 使用 SPI 串行接口与 MCU 通信,仅支持 SPI 模式(0,0)和(1,1),最大 SPI 频率为 2 MHz。LTC4332 提供单独的从选择引脚 SSC,允许用户访问内部控制接口进行配置和监控。它还具有一个中

断引脚 (INT),在本地模式下作为开漏输出,在远程模式下作为输入。在远程侧,INT 是一个输入引脚,可以连接到远程 SPI 设备,而在本地侧,INT 作为开漏输出,可以连接到共享的本地中断线上。除了模式选择外,SPEED SEL 跳线用于选择链路波特率和远程 SCK 时序参数,链路状态 LED 指示灯在设备成功建立本地和远程侧之间的链路通信时激活。此 Click board™ 可以在 3.3V 或 5V 逻辑电压水平下工作,通过 VCC SEL 跳线选择。这样,3.3V 和 5V 的 MCU 都可以正确使用通信线。此外,该 Click board™ 配备了一个包含易于使用的功能和示例代码的库,可以用作进一步开发的参考。

SPI Extend 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

Slave Select 3
PC0
AN
Slave Select 2
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
Control Interface Select
PD6
PWM
Interrupt
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

SPI Extend 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 SPI Extend Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • spiextend_get_config - 获取 LTC4332 SPI 扩展器在 SPI Extend Click 上的坚固差分链路配置的功能

  • spiextend_set_config - 设置 LTC4332 SPI 扩展器在 SPI Extend Click 上的坚固差分链路配置的功能

  • spiextend_get_status - 获取 LTC4332 SPI 扩展器在 SPI Extend Click 上的坚固差分链路状态的功能

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 main.c
 * @brief SPIExtend Click example
 *
 * # Description
 *  In this example, if the connection is established, we read Accel axis of the connected
 * Accel 14 Click boards to the SPI Extend Click ( Remote Mode ) which is connected by a LAN cable to 
 * SPI Extend Click ( Local Mode ) placed in the mikroBUS 1. Results are being sent to the Usart Terminal where you can track their
 * changes. All data logs write on USB uart changes for every 1 sec.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes SPI, sets INT pin as input and AN, RST, CS nad PWM pins as outputs and begins to write log.
 * Also, initialization driver enables - SPI, set default configuration of the Accel 14 Click
 * connected to the SPI Extend Click ( Remote Mode ).
 *
 * ## Application Task
 * If the click is connected properly then the status becomes active and the X-axis coordinate is printed first on the UART terminal, 
 * then Y and finally Z. After 1s the process is repeated. 
 * In case an error has occurred, printed "LINK is not established" on UART Terminal.
 * 
 * Additional Functions :
 *  - void spiextend_accel14_get_axis ( uint8_t axis_out_reg ) - SPI Extend reading axis function.
 *  - void spiextend_display_status ( uint8_t check_status ) - SPI Extend check display status function.
 *
 * @author Jelena Milosavljevic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "spiextend.h"

static spiextend_t spiextend;
static log_t logger;

static int16_t axis;
spiextend_status_data_t spiextend_status;

/**
 * @brief SPI Extend reading axis function.
 * @details This function is used for reading axis.
 * @param[in] axis_out_reg : Data from the register.
 * @return Nothing. 
 */
void spiextend_accel14_get_axis ( uint8_t axis_out_reg );

/**
 * @brief SPI Extend check display status function.
 * @details This function is used for check display status.
 * @param[in] check_status : Display data.
 * @return Nothing.
 */
void spiextend_display_status ( uint8_t check_status );

void application_init ( void ) {
    
    log_cfg_t log_cfg;                /**< Logger config object. */
    spiextend_cfg_t spiextend_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 \r\n" );

    // Click initialization.

    spiextend_cfg_setup( &spiextend_cfg );
    SPIEXTEND_MAP_MIKROBUS( spiextend_cfg, MIKROBUS_1 );
    err_t init_flag  = spiextend_init( &spiextend, &spiextend_cfg );
    if ( SPI_MASTER_ERROR == init_flag ) {
       
        log_error( &logger, " Application Init Error. \r\n" );
        log_info( &logger, " Please, run program again... \r\n" );

        for ( ; ; );
    }
    spiextend_default_cfg( &spiextend);
    log_printf( &logger, "---------------------\r\n" );
    log_printf( &logger, "   SPI Extend Click  \r\n" );
    log_printf( &logger, "---------------------\r\n" );
    Delay_ms ( 100 );
    
    spiextend_get_status( &spiextend, &spiextend_status );
    log_printf( &logger, " LINK        : " ); 
    
    spiextend_display_status( spiextend_status.nlink );
    log_printf( &logger, " INT         : " );
    
    spiextend_display_status( spiextend_status.nint );
    log_printf( &logger, " Remote INT  : " );
    spiextend_display_status( spiextend_status.rmt_nint );
    
    log_printf( &logger, " Speed Index : %d\r\n", ( uint16_t ) spiextend_status.speed_idx );
    log_printf( &logger, "---------------------\r\n" );
    Delay_ms ( 100 );
    
    log_printf( &logger, "  >>> Accel 14 <<<   \r\n" );
    log_printf( &logger, " Set default config. \r\n" );
    spiextend_rmt_write ( &spiextend, SPIEXTEND_ACCEL14_REG_CTRL1_XL | SPIEXTEND_ACCEL14_SPI_WRITE,     
                                      SPIEXTEND_ACCEL14_CTRL1_XL_POWER_UP | 
                                      SPIEXTEND_ACCEL14_CTRL1_XL_HIGH_RES_FS | 
                                      SPIEXTEND_ACCEL14_CTRL1_XL_GSEL_4G, 
                          SPIEXTEND_SLAVE_SELECT_SS1 );
    Delay_ms ( 100 );
    
    spiextend_rmt_write ( &spiextend, SPIEXTEND_ACCEL14_REG_CTRL3_C | SPIEXTEND_ACCEL14_SPI_WRITE, 
                                      SPIEXTEND_ACCEL14_CTRL3_C_BOOT_NORMAL | 
                                      SPIEXTEND_ACCEL14_CTRL3_C_BDU_READ_UPDATE | 
                                      SPIEXTEND_ACCEL14_CTRL3_C_INT_ACTIVE_HIGH | 
                                      SPIEXTEND_ACCEL14_CTRL3_C_PP_OD_PUSH_PULL | 
                                      SPIEXTEND_ACCEL14_CTRL3_C_SIM_SPI_4_WIRE | 
                                      SPIEXTEND_ACCEL14_CTRL3_C_IF_INC_ENABLE | 
                                      SPIEXTEND_ACCEL14_CTRL3_C_SW_RESET_DIS, 
                                      SPIEXTEND_SLAVE_SELECT_SS1 );
    Delay_ms ( 100 );
    
    log_printf( &logger, "---------------------\r\n" );
    log_printf( &logger, "  Acceleration data: \r\n" );
    log_printf( &logger, "---------------------\r\n" );
    Delay_ms ( 100 );
    
    log_info( &logger, " Application Task \r\n" );
}

void application_task ( void ) {
    
    //  Task implementation.
    
    spiextend_get_status( &spiextend, &spiextend_status );
    
    if ( spiextend_status.nlink == SPIEXTEND_STATUS_ACTIVE ) {
        
        spiextend_accel14_get_axis( SPIEXTEND_ACCEL14_REG_OUTX_L_A );
        Delay_ms ( 10 );
        log_printf( &logger, "  Accel X : %d \r\n", axis );
        
        spiextend_accel14_get_axis( SPIEXTEND_ACCEL14_REG_OUTY_L_A );
        Delay_ms ( 10 );
        log_printf( &logger, "  Accel Y : %d \r\n", axis );

        spiextend_accel14_get_axis( SPIEXTEND_ACCEL14_REG_OUTZ_L_A );
        Delay_ms ( 10 );
        log_printf( &logger, "  Accel Z : %d \r\n", axis );

        log_printf( &logger, "---------------------\r\n" );
        Delay_ms ( 1000 );
    }
    else {
        
        log_printf( &logger, " LINK not established\r\n" );
        log_printf( &logger, "---------------------\r\n" );
        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;
}

void spiextend_accel14_get_axis ( uint8_t axis_out_reg ) {
  
    uint16_t rx_val;
    uint8_t lbs;
    uint8_t mbs; 
    
    lbs = spiextend_rmt_read( &spiextend, axis_out_reg| SPIEXTEND_ACCEL14_SPI_READ, 
                                                        SPIEXTEND_SLAVE_SELECT_SS1 );

    axis_out_reg++;
    mbs = spiextend_rmt_read( &spiextend, axis_out_reg | SPIEXTEND_ACCEL14_SPI_READ,    
                                                         SPIEXTEND_SLAVE_SELECT_SS1 );
    rx_val = mbs;
    rx_val <<= 8;
    rx_val |= lbs;

    axis = ( int16_t ) rx_val;
}

void spiextend_display_status ( uint8_t check_status ) {
    
    if ( check_status == SPIEXTEND_STATUS_ACTIVE ) {
       log_printf( &logger, " ON \r\n" );
    } else {
        log_printf( &logger, " OFF \r\n" );
    }
}

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

额外支持

资源

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