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20 分钟

使用AD74115H、ADP1034和STM32F103RB连接和控制各种类型的传感器和执行器

从模拟信号到数字命令:AD-SWIO塑造您的控制

AD-SWIO 3 Click with Nucleo 64 with STM32F103RB MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

AD-SWIO 3 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F103RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F103RB

在工业和自动化设置中管理和控制不同的设备,确保过程中的安全性和灵活性。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

AD-SWIO 3 Click 基于 AD74115H,这是一种具有 HART 模式的单通道软件可配置输入和输出设备,以及 ADP1034,这是一种具有七个数字隔离器和可编程电源控制的三通道隔离微功率管理单元,两者均来自 Analog Devices。AD74115H 具有单通道输入和输出,可以配置为电压输入、电流输入、电压输出、电流输出、数字输入、数字输出、2/3/4 线 RTD 测量或热电偶测量输入。它具有 16 位 Σ-Δ 模数转换器(ADC)和 14 位数模转换器(DAC),带有高精度 2.5V 片上参考电压,可用于 ADC 和 DAC。您可以将所需的负载连接到标有 I/OP 和 I/ON 的端子,用于模拟输出、模拟输入和数字输入功能。要将刺激应用于两个辅助高压感应引脚,请使用 I/O EXT1 和 

I/O EXT2 端子。电阻测量可以在这四个端子之间进行,具体取决于 RTD 的导线数量。例如,可以在 I/OP 和 I/ON 端子之间进行两线电阻测量。集成的 HART 调制解调器可以发送和接收 I/OP 端子的信号。有关更多信息,请查阅数据表。四个 LED(GPIOA、GPIOB、GPIOC、GPIOD)可以配置为多种方式,以表示数字输入、数字输出、外部或内部条件等。板载热敏电阻连接到 AD74115H,可以测量板的温度。ADP1034 为 AD74115H 提供电源和隔离。可以通过 VINP 端子施加 24V 的反激调节器电源电压。可以通过 SLEW 跳线在最慢和默认的正常速度之间控制反激调节器的转换率。还可以通过将 SLEW 引脚打开来选择最高速度。ZA9644-AED 是 Coilcraft 的

反激变压器,用于反激调节器操作。AD-SWIO 3 Click 使用 AD74115H 的标准 4 线 SPI 串行接口,通过 ADP1034 提供的隔离与主机 MCU 通信。可以通过 RST 引脚复位 AD74115H。当新的 ADC 转换序列准备好读取时,将断言 RDY 引脚。另外,当满足警报条件时,将断言 ALR 引脚。所有这些线路在通向主机 MCU 的过程中通过 ADP1034 的隔离屏障。此 Click board™ 只能在 3.3V 逻辑电压级别下运行。板必须在使用不同逻辑级别的 MCU 之前进行适当的逻辑电压级别转换。另外,此 Click board™ 配有包含易于使用功能和示例代码的库,可用于进一步开发。

AD-SWIO 3 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32F103RB MCU 提供了一种经济高效且灵活的平台,供开发者探索新想法并原型设计他们的项目。该板利用 STM32 微控制器的多功能性,使用户能够为他们的项目选择最佳的性能与功耗平衡。它配备了 LQFP64 封装的 STM32 微控制器,并包含了如用户 LED(同时作为 ARDUINO® 信号)、用户和复位按钮,以及 32.768kHz 晶体振荡器用于精确的计时操作等基本组件。Nucleo-64 板设计考虑到扩展性和灵活性,它特有的 ARDUINO® Uno

V3 扩展连接器和 ST morpho 扩展引脚头,提供了对 STM32 I/O 的完全访问,以实现全面的项目整合。电源供应选项灵活,支持 ST-LINK USB VBUS 或外部电源,确保在各种开发环境中的适应性。该板还配备了一个具有 USB 重枚举功能的板载 ST-LINK 调试器/编程器,简化了编程和调试过程。此外,该板设计旨在简化高级开发,它的外部 SMPS 为 Vcore 逻辑供电提供高效支持,支持 USB 设备全速或 USB SNK/UFP 全速,并内置加密功能,提升了项目的功效

和安全性。通过外部 SMPS 实验的专用连接器、 用于  ST-LINK 的 USB 连接器以及 MIPI® 调试连接器,提供了更多的硬件接口和实验可能性。开发者将通过 STM32Cube MCU Package 提供的全面免费软件库和示例得到广泛支持。这些,加上与多种集成开发环境(IDE)的兼容性,包括 IAR Embedded Workbench®、MDK-ARM 和 STM32CubeIDE,确保了流畅且高效的开发体验,使用户能够充分利用 Nucleo-64 板在他们的项目中的能力。

Nucleo 64 with STM32F103RB MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M3

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

20480

你完善了我!

配件

Click Shield for Nucleo-64 配备了两个专有的 mikroBUS™ 插座,使得所有的 Click board™ 设备都可以轻松地与 STM32 Nucleo-64 开发板连接。这样,Mikroe 允许其用户从不断增长的 Click boards™ 范围中添加任何功能,如 WiFi、GSM、GPS、蓝牙、ZigBee、环境传感器、LED、语音识别、电机控制、运动传感器等。您可以使用超过 1537 个 Click boards™,这些 Click boards™ 可以堆叠和集成。STM32 Nucleo-64 开发板基于 64 引脚封装的微控制器,采用 32 位 MCU,配备 ARM Cortex M4 处理器,运行速度为 84MHz,具有 512Kb Flash 和 96KB SRAM,分为两个区域,顶部区域代表 ST-Link/V2 调试器和编程器,而底部区域是一个实际的开发板。通过 USB 连接方便地控制和供电这些板子,以便直接对 Nucleo-64 开发板进行编程和高效调试,其中还需要额外的 USB 线连接到板子上的 USB 迷你接口。大多数 STM32 微控制器引脚都连接到了板子左右边缘的 IO 引脚上,然后连接到两个现有的 mikroBUS™ 插座上。该 Click Shield 还有几个开关,用于选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平和 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器,使用任何 Click board™,无论 Click board™ 是否在 3.3V 或 5V 逻辑电压电平下运行。一旦将 STM32 Nucleo-64 开发板与我们的 Click Shield for Nucleo-64 连接,您就可以访问数百个工作于 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的 Click boards™。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
Reset / ID SEL
PC12
RST
SPI Select / ID COMM
PB12
CS
SPI Clock
PB3
SCK
SPI Data OUT
PB4
MISO
SPI Data IN
PB5
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Ready Output
PC8
PWM
Alert Interrupt
PC14
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
NC
NC
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

原理图

AD-SWIO 3 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Nucleo 64 with STM32F103RB MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32F401RE MCU front image hardware assembly
LTE IoT 5 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
LTE IoT 5 Click complete accessories setup image hardware assembly
Nucleo-64 with STM32XXX MCU Access MB 1 Mini B Conn - 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
Clicker 4 for STM32F4 HA 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

通过调试模式的应用程序输出

1. 一旦代码示例加载完成,按下 "DEBUG" 按钮将启动构建过程,并将其编程到创建的设置上,然后进入调试模式。

2. 编程完成后,IDE 中将出现一个带有各种操作按钮的标题。点击绿色的 "PLAY" 按钮开始读取通过 Click board™ 获得的结果。获得的结果将在 "Application Output" 标签中显示。

DEBUG_Application_Output

软件支持

库描述

该库包含 AD-SWIO 3 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • adswio3_get_voltage_input - 此功能读取原始ADC值,并将其转换为由I/OP和I/ON螺丝端子之间的电压测量的比例电压水平。

  • adswio3_get_diag_res - 此功能用于读取所需的诊断转换结果。

  • adswio3_set_adc_cnv - 此功能用于控制必须执行的ADC转换。

开源

代码示例

这个示例可以在 NECTO Studio 中找到。欢迎下载代码,或者您也可以复制下面的代码。

/*!
 * @file main.c
 * @brief AD-SWIO 3 Click example
 *
 * # Description
 * This library contains API for the AD-SWIO 3 Click driver 
 * for measurements of the analog output, analog input, digital input, 
 * resistance temperature detector (RTD), and thermocouple measurements.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initialization of SPI and log UART.
 * After driver initialization, the app executes a default configuration 
 * that enables and sets it to measure IOP/ION voltage input from 0V to 12V, 
 * with 4.8k SPS and enabled four diagnostics measurements (AVDD, VASS, VACC and LVIN).
 *
 * ## Application Task
 * This example demonstrates the use of the AD-SWIO 3 Click board. 
 * The demo application reads and displays the voltage level input, 
 * measured by the voltage between the I/OP and I/ON screw terminals 
 * and NTC thermistor temperature in degrees Celsius.
 * Results are being sent to the UART Terminal, where you can track their changes.
 *
 * @author Nenad Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "adswio3.h"

static adswio3_t adswio3;
static log_t logger;

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    adswio3_cfg_t adswio3_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.
    adswio3_cfg_setup( &adswio3_cfg );
    ADSWIO3_MAP_MIKROBUS( adswio3_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( SPI_MASTER_ERROR == adswio3_init( &adswio3, &adswio3_cfg ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( ADSWIO3_ERROR == adswio3_default_cfg ( &adswio3 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    Delay_ms( 100 );

    for ( uint8_t n_cnt = ADSWIO3_GPIO_CONFIG_SEL_A; n_cnt <= ADSWIO3_GPIO_CONFIG_SEL_D; n_cnt ++ )
    {
        if ( ADSWIO3_ERROR == adswio3_set_gpio_config( &adswio3, n_cnt, 
                                                              ADSWIO3_GPIO_CONFIG_GPO_DATA_HIGH, 
                                                              ADSWIO3_GPIO_CONFIG_GP_WK_PD_DIS, 
                                                              ADSWIO3_GPIO_CONFIG_MODE_OUT ) )
        {
            log_error( &logger, " Set GPIO configuration" );
            for ( ; ; );
        }
        Delay_ms( 100 );
    }

    float diag_vtg = 0;
    log_printf( &logger, "_________________________\r\n" );
    log_printf( &logger, " > Diagnostic Voltages <\r\n" );
    if ( ADSWIO3_OK == adswio3_get_diag_vtg( &adswio3, ADSWIO3_DIAG_RESULT_SEL_0, &diag_vtg ) )
    {
        log_printf( &logger, " AVDD: %.2f V\r\n", diag_vtg );
        Delay_ms( 100 );
    }

    if ( ADSWIO3_OK == adswio3_get_diag_vtg( &adswio3, ADSWIO3_DIAG_RESULT_SEL_1, &diag_vtg ) )
    {
        log_printf( &logger, " VASS: %.2f V\r\n", diag_vtg );
        Delay_ms( 100 );
    }

    if ( ADSWIO3_OK == adswio3_get_diag_vtg( &adswio3, ADSWIO3_DIAG_RESULT_SEL_2, &diag_vtg ) )
    {
        log_printf( &logger, " VACC: %.2f V\r\n", diag_vtg );
        Delay_ms( 100 );
    }

    if ( ADSWIO3_OK == adswio3_get_diag_vtg( &adswio3, ADSWIO3_DIAG_RESULT_SEL_3, &diag_vtg ) )
    {
        log_printf( &logger, " LVIN: %.2f V\r\n", diag_vtg );
        Delay_ms( 100 );
    }
    log_printf( &logger, "_________________________\r\n" );
    Delay_ms( 1000 );
}

void application_task ( void )
{
    float ntc_temp = 0, iop_ion_vtg = 0;
    if ( ADSWIO3_OK == adswio3_get_ntc_temp( &adswio3, ADSWIO3_DIAG_RESULT_SEL_3, &ntc_temp ) )
    {
        log_printf( &logger, " NTC Temperature: %.2f degC\r\n", ntc_temp );
        
        Delay_ms( 100 );
    }
    
    if ( ADSWIO3_OK == adswio3_get_voltage_input( &adswio3, 0, &iop_ion_vtg ) )
    {
        log_printf( &logger, "IOP/ION Voltage: %.3f V\r\n", iop_ion_vtg );
        Delay_ms( 100 );
    }
    log_printf( &logger, "_________________________\r\n" );
    Delay_ms( 1000 );
}

void main ( void )
{
    application_init( );

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

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

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