中级
30 分钟

使用AS6500和ATmega328以激光精度追踪时间

同步起来——时间不等人

TDC 2 Click with Arduino UNO Rev3

已发布 6月 25, 2024

点击板

TDC 2 Click

开发板

Arduino UNO Rev3

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

ATmega328

释放这款高性能时间数字转换器的无限可能。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

TDC 2 Click 基于 AS6500,这是一款来自 ScioSense 的高分辨率时间数字转换器,具有 CMOS 输入、高测量性能和高数据吞吐量。AS6500 可以在所有四个 STOP 通道上以 10ps 的分辨率测量低至 5ns 的时间间隔,采样率高达 1.5Ms/s。它具有高度的配置灵活性、0 到 16s 的宽测量范围,以及通过校准结果实现的简单数据后处理。它计算相对于应用的参考时钟的校准停止测量。这款 Click board™ 非常适合光学应用,包括一维、二维和三维的通用激光距离测量、速度控制、对象识别、飞行时间光谱等。施加在 STOP 端子(1-4)上的停止信号的正沿相对于前面的参考时钟沿进行测量。参考时钟可以

通过中间端子的 CLR 引脚外部引入,也可以来自板载 8MHz 石英振荡器。此功能可通过软件寄存器设置选择。参考时钟代表所有时间测量的框架,并作为通用时间基准。TDC 连续测量时钟脉冲作为 STOP 脉冲和内部参考周期的时间参考点。STOP 事件的测量始终参考前面的参考时钟。参考时钟连续计数,实际计数作为参考索引分配给 STOP 脉冲。TDC 2 Click 通过标准 SPI 接口与主机 MCU 通信,以读取数据和配置前端,支持高达 50MHz 的高时钟速度和最常见的 SPI 模式,SPI 模式 1。SPI 引脚还使用中断引脚,向主机 MCU 指示数据已准备好处理。AS6500 使用 mikroBUS™ 插座上的几个信号进行成功

的时间测量。使用 RIR 引脚,将参考索引的内部计数器重新设置为零,简化输出数据流中参考索引的概览。接下来,将标记为 DIS 的禁用引脚设置为高逻辑状态,禁用所有四个停止通道的测量。另一方面,参考时钟不受影响,内部参考测量继续。除了 mikroBUS™ 插座外,这些信号还可以在中间接头上找到,与参考时钟引脚分组。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。

TDC 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

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

Reference Index Reset
PC0
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
STOP Disable
PD6
PWM
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

TDC 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 TDC 2 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • tdc2_read_results - TDC 2 结果数据读取功能

  • tdc2_start_measuring - TDC 2 开始测量功能

  • tdc2_set_resolution - TDC 2 设置分辨率功能

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 TDC 2 Click example
 *
 * # Description
 * This library contains API for TDC 2 Click driver. 
 * The library initializes and defines the SPI bus drivers to 
 * write and read data from registers, as well as the default 
 * configuration for a reading time between two STOP signals.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the driver after that resets the device and 
 * performs default configuration and sets the device in read mode.

 *
 * ## Application Task
 * This example demonstrates the use of the TDC 2 Click board by 
 * measuring the time between two STOP signals. This example is set up to
 * generate stop signals until FIFO fil's up which is indicated by interrupt pin going to low state.
 * After that FIFO buffer is completely emptied by reading, and that data is used to calculate 
 * the time between STOP signals.
 *
 * @note
 * In order to test this example, you will need to connect STOP1 with the DIS pin. Disable pin is 
 * disabled by software and it isn't going to affect the working state of the TDC 2 Click Bord.
 *
 * @author Stefan Ilic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "tdc2.h"

static tdc2_t tdc2;
static log_t logger;

/**
 * @brief Dev generate stop signal function.
 * @details This function generates the stop signal by toggling DIS pin.
 * @param[out] cfg : Click configuration structure.
 * See #tdc2_cfg_t object definition for detailed explanation.
 * @return Nothing.
 * @note DIS pin ( Disable STOP channels) is disabled by software and isn't affecting the example.
 */
void dev_generate_stop( tdc2_t *ctx );

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    tdc2_cfg_t tdc2_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.
    tdc2_cfg_setup( &tdc2_cfg );
    TDC2_MAP_MIKROBUS( tdc2_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( SPI_MASTER_ERROR == tdc2_init( &tdc2, &tdc2_cfg ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( TDC2_ERROR == tdc2_default_cfg ( &tdc2 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    
    tdc2_start_measuring ( &tdc2 );
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void )
{
    uint32_t reference_index [ 18 ] = { 0 };
    uint32_t stop_result [ 18 ] = { 0 };
    uint8_t cnt = 0;
    
    tdc2_reset_index( &tdc2 );
    Delay_ms ( 10 );
    
    while ( tdc2_get_int_state( &tdc2 ) == 1 )
    {
        dev_generate_stop( &tdc2 );
        Delay_ms ( 100 );
    }
    
    while ( tdc2_get_int_state( &tdc2 ) == 0 )
    {
        tdc2_read_results( &tdc2, TDC2_REG_INDEX_CH1_BYTE3, &reference_index[ cnt ], &stop_result[ cnt ] );
        
        log_printf( &logger, "CH1: Reference Index[%d]: %lu, Stop Result[%d]: %lu \r\n", ( uint16_t ) cnt, 
                    reference_index[ cnt ], ( uint16_t ) cnt, stop_result[ cnt ] ); 
        Delay_ms ( 10 ); 
        
        if ( cnt )
        {
            uint32_t time = 0;
            tdc2_get_time_between_stops ( &tdc2, stop_result[ cnt - 1 ], reference_index[ cnt - 1 ],
                                          stop_result[ cnt ], reference_index[ cnt ], &time );
            log_printf( &logger, "Time between STOP %d and STOP %d is %lu ms \r\n", 
                        ( uint16_t ) ( cnt - 1 ), ( uint16_t ) cnt, time / TDC2_uS_TO_mS ); 
            Delay_ms ( 10 );
        }
        cnt++;
    }
    log_printf( &logger, "---------------------------------------------- \r\n" ); 
}

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 dev_generate_stop( tdc2_t *ctx )
{
    digital_out_high( &ctx->dis );
    Delay_ms ( 1 );
    digital_out_low( &ctx->dis );
}

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

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