初学者
10 分钟

使用FT232RL和ATmega328实现数据转换和隔离,以增强安全性

弥合USB和UART之间的差距

USB UART 4 Click with Arduino UNO Rev3

已发布 6月 25, 2024

点击板

USB UART 4 Click

开发板

Arduino UNO Rev3

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

ATmega328

使用我们的隔离UART转换,将您的USB通信提升到全新的水平,保护您的设备免受电气干扰的影响。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

USB UART 4 Click基于FTDI的FT232RL,这是一款USB到UART接口IC。整个USB协议由IC本身处理,因此不需要进行USB特定的固件编程。FTDI为所有主要操作系统提供了免版税的虚拟串口(VCP)和直接(D2XX)驱动程序,可用于个人计算机上使用。FT232RL还包含一个集成的1024位内部EEPROM,用于存储USB VID、PID、序列号、产品描述字符串和CBUS I/O配置。波特率发生器从48MHz参考时钟提供16倍的时钟输入到UART控制器。它由一个14位预分频器和3个寄存器位组成,用于对波特率进行微调 - 用于除以一个数字加上一个分数。这确定了UART的波特率,可编程从183波特到3 Mbaud。还支持非标准波特率。波特率由FTDI驱动程序自动计算,因此只需将所需的波特率简单地转发给驱动程序,通常通过PC终端应用程序的GUI界面选择波特率即可。安装操作系统驱动程序后,设备即可准备好使用。插入后,它将创建一个虚拟COM端

口。之后,可以将其与包含在每个mikroE编译器中的USART终端应用程序一起使用。它可用于MCU和主机计算机之间的数据交换。该设备还具有可配置的CBUS引脚,可用于多种不同的有用功能,例如 - 用于驱动微控制器的可配置时钟输出、数据LED驱动、USB休眠、PWR状态等。默认情况下,CBUS3和CBUS4引脚被配置为电源使能和休眠选项,并分别路由到mikroBUS™的PWM和RST引脚。有关配置CBUS引脚的更多信息,请参阅FT232RL数据表。在USB挂起模式期间,CBUS3输出引脚(mikroBUS™的PWM引脚)将设置为低逻辑状态,可用于关闭外部电路或类似用途。设备被USB配置后,CBUS4输出引脚(mikroBUS™的RST引脚)将在USB挂起模式期间设置为低逻辑状态。这也可以用于关闭/节能,通过关闭不需要的外部电路。此设备还支持两个附加信号 - RTS(请求发送)和CTS(清除发送),在需要硬件流控时可使用。

USB UART click还具有一个小型低噪声LDO,用于提供逻辑电压电平参考。 LDO的输入电压来自USB或mikroBUS™的5V电源。从LDO输出的3.3V电源通过SMD跳线引出。它允许选择FT232RL逻辑部分的参考电压,从而使USB UART click能够接口到3.3V和5V的MCU。UART通信由两个LED指示,红色表示TX(在UART到USB方向发送数据),黄色表示RX(在USB到UART方向接收数据)。这些LED用于提供可视指示,以指示是否有任何数据传输正在进行。值得一提的一个特点是此Click board™的特殊形状 - 它被设计成可直接插入USB Type A端口。它没有传统的USB连接器,而是PCB被设计成可以将USB追踪线连接到USB端口。由于FT232RL支持独特的序列号功能,因此这使其非常适用于开发各种数据保护设备和硬件锁。但是,它也可以以传统方式使用。

USB UART 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

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
Sleep / CBUS4
PD2
RST
UART CTS
PB2
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Power Enable / CBUS3
PD6
PWM
UART RTS
PC3
INT
UART TX
PD0
TX
UART RX
PD1
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

USB UART 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
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USB UART 4 Click驱动程序的API。

关键函数:

  • usbuart4_pwr_ctrl - 此函数设置点击板的开关状态。

  • usbuart4_set_cts - 此函数设置CTS引脚。

  • usbuart4_send_command - 此函数用于发送命令。

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 UART 4 Click Example.
 *
 *# Description
 * This example reads and processes data from USB UART 4 clicks.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Initializes driver and power module.
 * 
 * ## Application Task  
 * Reads data and echos it back to device and logs it to board.
 *
 * @author Stefan Ilic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "usbuart4.h"
#include "string.h"

#define PROCESS_BUFFER_SIZE 500

static usbuart4_t usbuart4;
static log_t logger;

static char app_buf[ PROCESS_BUFFER_SIZE ] = { 0 };
static int32_t app_buf_len = 0;

void application_init ( void ) {
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    usbuart4_cfg_t usbuart4_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 " );
    Delay_ms( 100 );

    // Click initialization.

    usbuart4_cfg_setup( &usbuart4_cfg );
    USBUART4_MAP_MIKROBUS( usbuart4_cfg, MIKROBUS_1 );
    
    err_t init_flag  = usbuart4_init( &usbuart4, &usbuart4_cfg );
    if ( UART_ERROR == init_flag ) {
        log_error( &logger, " Application Init Error. " );
        log_info( &logger, " Please, run program again... " );

        for ( ; ; );
    }

    app_buf_len = 0;
    
    usbuart4_pwr_ctrl( &usbuart4, USBUART4_POWER_ON );
    usbuart4_set_cts( &usbuart4, USBUART4_CTS_NO_ACTIVE );
    usbuart4_set_mode( &usbuart4, USBUART4_MODE_NORMAL );
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) {
    app_buf_len = usbuart4_generic_read( &usbuart4, app_buf, PROCESS_BUFFER_SIZE );
    
    if ( app_buf_len > 0 ) {
        log_printf( &logger, "%s", app_buf );
        memset( app_buf, 0, PROCESS_BUFFER_SIZE );
    }
}

void main ( void ) {
    application_init( );

    for ( ; ; ) {
        application_task( );
    }
}

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

额外支持

资源

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