初学者
10 分钟

使用 MAX1471 和 STM32F446RE 实现远距离实时数据交换

彻底改变您的无线世界:探索 sub-GHz RF 技术的强大功能!

ISM RX Click with Nucleo 64 with STM32F446RE MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

ISM RX Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F446RE MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F446RE

我们的次GHz ISM RF接收器为物联网设备提供无缝的长距离通信,弥补了其他设备不足的空白。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

ISM RX Click基于MAX1471,这是一款低功耗CMOS超外差接收器,用于来自Analog Devices的ASK和FSK数据,无需重新配置。它包括所有的有源元件,如低噪声放大器、图像抑制混频器、完全集成的PLL、10.7MHz中频限幅放大器接收信号强度指示器、低噪声FM解调器和3V电压调节器。MAX1471可以实现高达33kbps的数据速率,使用Manchester编码(66kbps的非返回到零),具体取决于信号功率和组件选择。正如前面提到的,此Click板™可以同时接收ASK和FSK数据。MAX1471的这一特性可以通过标记为DMOD SEL的开关实现和选择,该开关允

许在ASK和FSK数据之间进行选择。MAX1471以433.92MHz接收二进制FSK或ASK数据,根据所使用的组件进行设置。ASK调制使用载波幅度的差异来表示逻辑0和逻辑1数据,而FSK使用载波频率的差异。针对FSK和ASK模拟基带数据恢复,提供了差分峰值检测数据解调器。MAX1471包括一种间断接收模式,用于低功耗操作,通过串行接口配置。此模式还允许自我轮询,其中MAX1471可以在睡眠模式下停留长达八分钟,并唤醒系统MCU,提供额外的节能。在消耗方面,它在关断模式下的电流小于1.1µA,在接收模式下只有7mA。ISM RX Click通过标准

SPI接口与MCU通信,并具有50Ω阻抗的SMA天线连接器。此Click板™可以使用Mikroe提供的适当天线,以改善范围和接收信号强度。此Click板™仅使用来自mikroBUS™插座的5V逻辑电压。但是,MAX1471电源提供了使用通过HVIN SEL跳线选择的3V和5V逻辑电压水平的可能性。请注意,所有跳线必须放置在同一侧,否则Click板™可能会失去响应。此外,此Click板™配有一个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。

ISM RX Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32F446RE 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 STM32F446RE MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

512

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

131072

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

这款右角433MHz橡胶天线拥有433MHz的频率范围,确保在此频谱内实现最佳性能。具有50欧姆的阻抗,有助于实现高效的信号传输。天线的垂直极化增强了特定方向的信号接收。具有1.5dB的增益,可在一定程度上提高信号强度。天线可以处理最大输入功率为50W,使其适用于各种应用。其紧凑的50mm长度最小化了空间需求。配备SMA母连接器,可轻松与兼容设备进行接口连接。对于垂直极化至关重要的无线通信需求,该天线是一种灵活的解决方案。

ISM RX Click accessories image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
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
NC
NC
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

ISM RX 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 STM32F446RE 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

应用程序输出

此款Click板可通过两种方式进行接口连接和监控:

  • Application Output - 在调试模式下,使用“Application Output”窗口进行实时数据监控。按照本教程正确设置它。

软件支持

库描述

该库包含 ISM RX Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • ismrx_generic_write - ISM RX数据写入函数。

  • ismrx_master_reset - 发送命令以重置设备。

  • ismrx_get_data - 获取ISM RX MISO引脚状态。

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 ISMRX Click example
 *
 * # Description
 * This application shows capability of ISM RX Click board.
 * It sets default configuration, and collects and processes
 * data from signal that received from ISM TX Click board.
 * It can collect and process data from 2 type of the signal
 * modulation( FSK and ASK ).
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initialization of log and communication, set's signal
 * modulation(FSK/ASK), recive mode(continuous/discontinuous),
 * default configuration for selected modulation, and
 * reinitializes device for receiving mode.
 *
 * ## Application Task
 * Collects samples of data from data line(MISO) when buffer
 * is full converts samples to manchester encoded data,
 * and checks for preamble(sync) data. If data is valid
 * decodes data and converts bits to valid data and logs
 * result of received decoded data.
 *
 * ## Additional Function
 * - static void clear_buffers ( void )
 * - static void wait_for_data ( void )
 * - static void man_to_hex_array ( void )
 *
 * @author Luka Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "ismrx.h"

static ismrx_t ismrx;
static log_t logger;

#define MAN_BUF_SIZE                    300
#define DATA_BUF_SIZE                   50

#define PREAMBLE_STRING                 "0101010101010101"

static uint8_t manchester_buf[ MAN_BUF_SIZE ];
static uint8_t data_buf[ DATA_BUF_SIZE ];

static uint16_t manchester_cnt          = 0;
static uint16_t data_cnt                = 0;

/**
 * @brief Clears app buffers.
 * @details This function clears application buffer and resets counters.
 * @return Nothing.
 */
static void clear_buffers ( void );

/**
 * @brief Waits for data start sequence.
 * @details This function waits for data start sequence.
 * @return Nothing.
 */
static void wait_for_data ( void );

/**
 * @brief Converts manchester_buf to data_buf hex array.
 * @details This function converts manchester_buf to data_buf hex array.
 * @return Nothing.
 */
static void man_to_hex_array ( void );

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    ismrx_cfg_t ismrx_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.
    ismrx_cfg_setup( &ismrx_cfg );
    ISMRX_MAP_MIKROBUS( ismrx_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( SPI_MASTER_ERROR == ismrx_init( &ismrx, &ismrx_cfg ) )
    {
        log_error( &logger, " Application Init Error. " );
        log_info( &logger, " Please, run program again... " );
        for ( ; ; );
    }
    Delay_ms ( 1000 );

    ismrx_master_reset( &ismrx );

    ismrx.modulation = ISMRX_MODULATION_FSK;
    ismrx.receive_mode = ISMRX_RECEIVE_MODE_RX;

    if ( ismrx_default_cfg ( &ismrx ) < 0 )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration error. " );
        log_info( &logger, " Please, select signal modulation and/or receive mode... " );
        for ( ; ; );
    }

    if ( ismrx_task_init( &ismrx, &ismrx_cfg ) < 0 )
    {
        log_error( &logger, " Application Task Error. " );
    }

    log_info( &logger, " Application Task " );

    if ( ISMRX_RECEIVE_MODE_DRX == ismrx.receive_mode )
    {
       ismrx_start_drx( &ismrx );
    }
}

void application_task ( void )
{
    uint8_t transition = 0;
    
    clear_buffers ( );
    wait_for_data ( );
    Delay_50us ( );

    while ( manchester_cnt < MAN_BUF_SIZE )
    {
        transition = ismrx_get_data ( &ismrx );
        while ( transition == ismrx_get_data ( &ismrx ) );
        
        if ( transition )
        {
            manchester_buf[ manchester_cnt++ ] = '1';
            manchester_buf[ manchester_cnt++ ] = '0';
        }
        else
        {
            manchester_buf[ manchester_cnt++ ] = '0';
            manchester_buf[ manchester_cnt++ ] = '1';
        }
        Delay_500us ( );
        Delay_50us ( );
    }
    
    man_to_hex_array ( );
    
    for ( uint16_t byte_cnt = 0; byte_cnt < data_cnt; byte_cnt++ )
    {
        log_printf( &logger, "%.2X ", ( uint16_t ) data_buf[ byte_cnt ] );
    }

    if ( data_cnt )
    {
        log_printf( &logger, "\r\n%s\r\n", &data_buf[ 2 ] );
    }
}

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;
}

static void clear_buffers ( void )
{
    memset( manchester_buf, 0, MAN_BUF_SIZE );
    manchester_cnt = 0;
    memset( data_buf, 0, DATA_BUF_SIZE );
    data_cnt = 0;
}

static void wait_for_data ( void )
{
    uint16_t timeout_cnt = 0;
    while ( timeout_cnt < 30 )
    {
        if ( ismrx_get_data ( &ismrx ) )
        {
            timeout_cnt++;
        }
        else
        {
            timeout_cnt = 0;
        }
        Delay_50us ( );
    }
    while ( ismrx_get_data ( &ismrx ) );
}

static void man_to_hex_array ( void )
{
    uint16_t num_bytes_left = 0;
    uint16_t byte_cnt = 0;
    uint16_t bit_cnt = 0;
    uint8_t * __generic_ptr cmd_start;
    cmd_start = strstr( manchester_buf, PREAMBLE_STRING );
    memset ( data_buf, 0, sizeof ( data_buf ) );
    data_cnt = 0;
    if ( cmd_start )
    {
        num_bytes_left = ( manchester_cnt - ( cmd_start - manchester_buf ) );

        for ( byte_cnt = 0; ( ( byte_cnt < 2 ) && ( byte_cnt < DATA_BUF_SIZE ) ); byte_cnt++ )
        {
            for ( bit_cnt = 0; ( ( bit_cnt < 8 ) && ( num_bytes_left >= 2 ) ); bit_cnt++ )
            {
                if ( ( '0' == cmd_start[ byte_cnt * 16 + bit_cnt * 2 ] ) && 
                     ( '1' == cmd_start[ byte_cnt * 16 + bit_cnt * 2 + 1 ] ) )
                {
                    data_buf[ byte_cnt ] |= ( 1 << bit_cnt );
                }
                num_bytes_left -= 2;
            }
            data_cnt++;
        }
        
        for ( byte_cnt = 0; ( ( byte_cnt < data_buf[ 1 ] ) && ( ( byte_cnt + 2 ) < DATA_BUF_SIZE ) ); byte_cnt++ )
        {
            for ( bit_cnt = 0; ( ( bit_cnt < 8 ) && ( num_bytes_left >= 2 ) ); bit_cnt++ )
            {
                if ( ( '0' == cmd_start[ ( byte_cnt + 2 ) * 16 + bit_cnt * 2 ] ) && 
                     ( '1' == cmd_start[ ( byte_cnt + 2 ) * 16 + bit_cnt * 2 + 1 ] ) )
                {
                    data_buf[ byte_cnt + 2 ] |= ( 1 << bit_cnt );
                }
                num_bytes_left -= 2;
            }
            data_cnt++;
        }
    }
}

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

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