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通过HMC1512和STM32F103RB探索引人入胜的磁世界

超越旋转

Magnetic rotary Click with Nucleo 64 with STM32F103RB MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

Magnetic rotary Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F103RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F103RB

了解磁性旋转传感器如何超越简单的旋转,成为创新的必备工具,推动导航系统、医疗设备等领域的进步。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Magnetic rotary Click 基于 Honeywell 的 HMC1512,这是一款磁性位移传感器。HMC1512 IC 的关键特性是其高精度的磁场感应。与市场上大多数依赖霍尔效应的磁性传感器不同,HMC1512 IC 的集成传感器使用 Honeywell 的专有各向异性磁阻 (AMR) 技术生产,提供绝对磁场位置感应,角误差仅为 ±90° 范围内的 0.05°。磁阻感应元件形成一个饱和模式惠斯通电桥,定位在 XZ 平面(与 IC 表面平行)。HMC1512 包含两个集成的电桥,桥 A 和桥 B。这些电桥位于 IC 外壳的中间,是旋转应用的最佳位置。一个电桥相对于另一个电桥物理旋转了 45°,使 HMC1512 IC 能够覆盖 ±90°(2x45°)的全范围,同时保持其感应精度。IC 输出与磁场角度相关的模拟差分电压。选定 mikroBUS™

 电源轨的电压直接应用于 HMC1512 的内部惠斯通电桥。根据结构,在没有磁场的情况下,其输出将设置为电源电压的一半(通常带有 3mV/V 的小偏移)。如果磁场相对于某个电桥定位在 0°,则不会引起该电桥磁阻元件的失衡。然而,在另一个电桥中,由于该电桥旋转了 45°,相同的磁场会使其达到峰值输出。惠斯通电桥的输出被路由到双运算放大器,作为 A/D 转换器的缓冲器。作为双运算放大器,使用了 Microchip 的 MCP6022。该运算放大器偏置到电源电压的一半,增益为 25。然后将两个缓冲信号用作 A/D 转换器的每个通道的输入。Magnetic rotary Click 使用 Microchip 的 MCP3202,这是一款具有 SPI 接口的双通道 12 位 A/D 转换器 (ADC)。该 ADC 具有高分辨率,即使对于更

高要求的应用也能使用。在 0° 时,ADC 将输出其满量程 (FS) 值的一半,当磁场方向的符号朝负方向时将向 0 摆动,当磁场方向的符号朝正方向时将向 4095 摆动。每个电桥输出都路由到单独的 ADC 输入,因此可以独立转换。MCP3202 使用电源电压作为参考电压,允许在输入信号范围内进行 ADC 转换。可以通过 SPI 接口读取转换后的输出值,接口连接到 mikroBUS™ SPI 引脚,便于与大量不同的微控制器 (MCU) 进行接口。该 Click 板可以通过 PWR SEL 跳线选择 3.3V 或 5V 逻辑电压电平。这种方式允许 3.3V 和 5V 的 MCU 正确使用通信线。此外,该 Click 板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。

Magnetic rotary Click top side image
Magnetic rotary Click bottom side 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
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

Magnetic rotary 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
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

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 Magnetic rotary Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • magnrotary_read_adc - 此函数返回 AD 转换的 12 位结果

  • magnrotary_out_volt_adc - 此函数返回 ADC 电压值(以毫伏计算),取决于电压选择

  • magnrotary_get_field_angle - 此函数返回磁场角度(以度为单位),范围从 -90 到 90 度

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 
 * \brief MagneticRotary Click example
 * 
 * # Description
 * On every 500 miliseconds reads a magnetic field angle calculated to degrees for channel A
 * in Single-Ended Mode and logs results on uart terminal. 
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Initializes peripherals, pins, SPI interface for communication with the device.
 * 
 * ## Application Task  
 * Reads a magnetic field angle calculated to degrees for channel A
 * in Single-Ended Mode and logs results on uart terminal.
 * Repeats operation every 500 milliseconds.
 * Note : The angle can be measured in the range from -90 to 90 degrees.
 * 
 *
 * \author MikroE Team
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "magneticrotary.h"

// ------------------------------------------------------------------ VARIABLES

static magneticrotary_t magneticrotary;
static log_t logger;

static double magn_angle;
// ------------------------------------------------------ APPLICATION FUNCTIONS

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    magneticrotary_cfg_t cfg;

    /** 
     * 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.

    magneticrotary_cfg_setup( &cfg );
    MAGNETICROTARY_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
    magneticrotary_init( &magneticrotary, &cfg );
    log_info(&logger, "Magnetic rotary successufully initialized!\r\n");

}

void application_task ( void )
{
    //  Task implementation.

    magn_angle = magnrotary_get_field_angle( 
                                            &magneticrotary, MAGNROTARY_CHA_POS_GND_NEG | 
                                                             MAGNROTARY_MSB_ZEROS_ORDER );
    
    log_printf( &logger, "Angle:    %.2lf \r\n ", magn_angle );
    
    Delay_ms( 500 );
}

void main ( void )
{
    application_init( );

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

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

额外支持

资源

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