初学者
10 分钟

使用DCL540C01和STM32F410RB实现精确的电气隔离和信号调理

探索工业自动化的未来及其更广泛的应用

DIGI Isolator Click with Nucleo 64 with STM32F410RB MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

DIGI Isolator Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F410RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F410RB

完美解决方案,适用于在工业自动化、电机控制、逆变器等领域不断突破的开发人员。体验在关键领域增强的 SPI 和 UART 接口隔离。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

DIGI Isolator Click 基于东芝半导体的两个 DCL540C01 高速四通道数字隔离器。东芝采用磁耦合结构和 CMOS 技术实现了高增强隔离。隔离线分为两组电气连接的组。第一组以 8 个螺钉端子的形式出现,第二组则形成经典的 10 针公头排,便于使用跳线。两组连接器具有相同的功能,并且标记相同。您可以将电源 VDD2 和 GND2 线与数

据线区分开来:四个 SPI、UART TX/RX 和两个数字 IO 线。隔离器可以在 2.25V 到 5.5V 的电源电压下工作。DIGI Isolator Click 使用标准的 4 线 SPI 串行接口线、标准 UART TX/RX 接口线以及来自 mikroBUS™ 插座的两个附加 GP 线,分别标记为 D2 和 D1。SPI 和 UART 引脚按照标准接口标记进行标记。这八条线通过 DCL540C01 连接到

端子和接头,从而将主 MCU 与连接设备隔离开来。此 Click board™ 可以通过 VCC SEL 开关选择使用 3.3V 或 5V 逻辑电压水平。这样,3.3V 和 5V 的 MCU 都可以正确使用通信线路。此外,这款 Click board™ 配备了包含易于使用功能和示例代码的库,可用于进一步开发。

DIGI Isolator Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32F410RB 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 STM32C031C6 MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

32768

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

General-Purpose I/O
PC0
AN
NC
NC
RST
SPI Chip Select
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
NC
NC
PWM
General-Purpose I/O
PC14
INT
UART TX
PA2
TX
UART RX
PA3
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

DIGI Isolator 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 STM32F410RB 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
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
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

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 DIGI Isolator Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • digiisolator_spi_transfer - DIGI Isolator SPI 传输功能。

  • digiisolator_uart_write - DIGI Isolator UART 数据写入功能。

  • digiisolator_get_d1_pin_voltage - DIGI Isolator 读取 D1 引脚电压水平功能。

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 DIGI Isolator Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of the DIGI Isolator Click board 
 * by reading and writing data by using SPI and UART serial interface 
 * and reading results of AD conversion.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initialization of SPI, UART and ADC module and log UART.
 *
 * ## Application Task
 * At the start, the demo application reads and checks the manufacturer ID and 
 * device ID of the connected Flash 11 Click board by using SPI serial interface. 
 * After that, sends a "MikroE" message, reads the received data, 
 * and parses it by using UART serial interface in loopback mode. 
 * And finally, the demo app reads the results of the AD conversion of the D1 (AN) pin. 
 * Results are being sent to the UART Terminal, where you can track their changes.
 *
 * @author Nenad Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "digiisolator.h"

#define FLASH11_CMD_GET_ID         0x90, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00
#define FLASH11_MANUFACTURER_ID    0x1F
#define FLASH11_DEVICE_ID          0x15
#define DEMO_MESSAGE               "\r\nMikroE\r\n"
#define PROCESS_BUFFER_SIZE        200

static digiisolator_t digiisolator;
static log_t logger;

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    digiisolator_cfg_t digiisolator_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.
    digiisolator_cfg_setup( &digiisolator_cfg );
    DIGIISOLATOR_MAP_MIKROBUS( digiisolator_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( SPI_MASTER_ERROR == digiisolator_init( &digiisolator, &digiisolator_cfg ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
    log_printf( &logger, " -----------------------\r\n" );
    Delay_ms ( 100 );
}

void application_task ( void )
{
    static uint8_t cmd_get_id[ 6 ] = { FLASH11_CMD_GET_ID };
    static uint8_t read_id[ 6 ] = { 0 };
    static char app_buf[ PROCESS_BUFFER_SIZE ] = { 0 };
    static float voltage = 0;
    
    if ( DIGIISOLATOR_OK == digiisolator_spi_transfer( &digiisolator, &cmd_get_id[ 0 ], &read_id[ 0 ], 6 ) )
    {
        if ( ( FLASH11_MANUFACTURER_ID == read_id[ 4 ] ) && ( FLASH11_DEVICE_ID == read_id[ 5 ] ) )
        {
            log_printf( &logger, " SPI\r\n" );
            log_printf( &logger, " Manufacturer ID: 0x%.2X\r\n", ( uint16_t ) read_id[ 4 ] );
            log_printf( &logger, " Device ID: 0x%.2X    \r\n", ( uint16_t ) read_id[ 5 ] );
            log_printf( &logger, " -----------------------\r\n" );
            Delay_ms ( 1000 );
            Delay_ms ( 1000 );
        }
    }
    
    if ( 0 < digiisolator_uart_write( &digiisolator, DEMO_MESSAGE, strlen( DEMO_MESSAGE ) ) )
    {
        if ( 0 < digiisolator_uart_read( &digiisolator, app_buf, strlen( DEMO_MESSAGE ) ) )
        {
            log_printf( &logger, " UART\r\n" );
            log_printf( &logger, "%s", app_buf );
            memset( app_buf, 0, PROCESS_BUFFER_SIZE );
            log_printf( &logger, " -----------------------\r\n" );
            Delay_ms ( 1000 );
            Delay_ms ( 1000 );
        }
    }
    
    if ( DIGIISOLATOR_OK == digiisolator_get_d1_pin_voltage ( &digiisolator, &voltage ) ) 
    {
        log_printf( &logger, " ADC\r\n" );
        log_printf( &logger, " Voltage : %.3f[V]\r\n", voltage );
        log_printf( &logger, " -----------------------\r\n" );
        Delay_ms ( 1000 ); 
        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;
}

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

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