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10 分钟

使用MAX22196和STM32F103RB将高压工业信号转换为逻辑电平

高性能八通道工业下沉/源数字输入

DIGI IN 2 Click with Nucleo 64 with STM32F103RB MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

DIGI IN 2 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F103RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F103RB

安全地与高压工业信号接口,并将其转换为逻辑电平,用于控制机械和流程。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

DIGI IN 2 Click基于Analog Devices的MAX22196,这是一款高性能的八路工业型沉/源数字输入IC。该IC将通道1至8的八个高电压(8V-24V)工业输入转换为标准逻辑电平输出。它集成了串行接口,通过SPI以序列化格式配置和读取数据。每个输入通道可以单独设置为沉(P型)或源(N型)操作,内置的电流限制器可减少功耗,同时符合IEC 61131-2标准。这个Click board™非常适用于各种应用,包括可编程逻辑控制器(PLC)、工厂自动化和过程控制系统。MAX22196的一个显着特点是它能够使用单个电阻器(R7)设置为12kΩ来满足IEC 61131-2 Type 1/3或Type 2数字输入要求。该设备通过允许用户关闭电流沉或源提供了灵活性。此外,每个输入通道都具有可定制的毛刺/去抖滤波器和可选的16位向下计数器,用于增强输入信号处理。MAX22196可以从8V到24V的现场供

电中提取电源,包括一个绿色LED(VOK),用于指示稳定的现场供电的存在。另一个MAX22196的特点是其芯片内的5V线性稳压器,能够向VA头部提供最多20mA的负载电流,该头部未连接。通过FUNC SEL "R"跳线将其位置从OFF设置为ON状态,可以启用芯片内部稳压器。当处于OFF位置时,VA端子呈现5V线性稳压器输出,而处于ON位置时,呈现由mikroBUS电源轨(3.3V或5V)供电的供应输入。关于通信,DIGI IN 2 Click通过SPI与主机MCU进行接口连接,以执行输入数据读取、诊断数据采集和寄存器配置,速度可达12MHz。1-8输入端子的电压与内部参考电压进行比较,以确定字段二进制输出传感器是否为ON(逻辑1)或OFF(逻辑0)。所有八个输入都同时由锁存器LTC或CS引脚的断言进行锁存,并以串行形式通过SPI提供数据。值得注意的是,

MAX22196可以使用ADDR SEL跳线直接访问共享SPI总线上的四个设备,并通过FUNC SEL "D"跳线支持级联。MAX22196还具有故障指示器(FLT引脚),用于向主机MCU传达各种操作错误,包括电源供应欠压、过温条件和CRC错误。READY RDY信号确认了MAX22196已经上电并且正在运行。CRC错误检测默认启用以增强数据完整性,在可寻址和级联SPI配置中尤其有益。为了直观显示其数字输入的状态,该板配有一个3x3的黄色LED驱动器十字架矩阵。位于左下角的第九个LED与VOK LED的功能相同,为板的运行状态提供了快速的视觉参考。此Click board™可以通过VCC SEL跳线选择3.3V或5V逻辑电压电平运行。这样,既支持3.3V又支持5V的MCU可以正确地使用通信线路。此外,此Click board™配备了一个包含易于使用的函数和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

DIGI IN 2 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

Device Ready
PC0
AN
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
SPI Data Latch
PC8
PWM
Fault Interrupt
PC14
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

DIGI IN 2 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

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 IN 2 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • digiin2_get_flt_pin - 此函数用于获取FLT引脚的状态。

  • digiin2_write_reg - 此函数用于使用SPI串行接口将数据写入所选寄存器。

  • digiin2_read_reg - 此函数使用SPI串行接口从所选寄存器读取数据字节。

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 IN 2 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of DIGI IN 2 Click board by reading and
 * displaying the state of the channels.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the driver, performs the click default configuration.
 *
 * ## Application Task
 * Reads and displays on the USB UART the channel state every second.
 *
 * @author Stefan Ilic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "digiin2.h"

static digiin2_t digiin2;
static log_t logger;

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    digiin2_cfg_t digiin2_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.
    digiin2_cfg_setup( &digiin2_cfg );
    DIGIIN2_MAP_MIKROBUS( digiin2_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( SPI_MASTER_ERROR == digiin2_init( &digiin2, &digiin2_cfg ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( DIGIIN2_ERROR == digiin2_default_cfg ( &digiin2 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void )
{    
    uint8_t channel_data = 0;

    digiin2_pulse_latch( &digiin2 );

    if ( DIGIIN2_OK == digiin2_read_reg( &digiin2, DIGIIN2_REG_DISTATE, &channel_data ) )
    {
        if ( channel_data & DIGIIN2_CHANNEL_1_MASK )
        {
            log_printf( &logger, "Channel 1 counter: HIGH \r\n" );
        }
        else
        { 
            log_printf( &logger, "Channel 1 counter: LOW \r\n" );
        }
        if ( channel_data & DIGIIN2_CHANNEL_2_MASK )
        {
            log_printf( &logger, "Channel 2 counter: HIGH \r\n" );
        }
        else
        { 
            log_printf( &logger, "Channel 2 counter: LOW \r\n" );
        }
        if ( channel_data & DIGIIN2_CHANNEL_3_MASK )
        {
            log_printf( &logger, "Channel 3 counter: HIGH \r\n" );
        }
        else
        { 
            log_printf( &logger, "Channel 3 counter: LOW \r\n" );
        }
        if ( channel_data & DIGIIN2_CHANNEL_4_MASK )
        {
            log_printf( &logger, "Channel 4 counter: HIGH \r\n" );
        }
        else
        { 
            log_printf( &logger, "Channel 4 counter: LOW \r\n" );
        }
        if ( channel_data & DIGIIN2_CHANNEL_5_MASK )
        {
            log_printf( &logger, "Channel 5 counter: HIGH \r\n" );
        }
        else
        { 
            log_printf( &logger, "Channel 5 counter: LOW \r\n" );
        }
        if ( channel_data & DIGIIN2_CHANNEL_6_MASK )
        {
            log_printf( &logger, "Channel 6 counter: HIGH \r\n" );
        }
        else
        { 
            log_printf( &logger, "Channel 6 counter: LOW \r\n" );
        }
        if ( channel_data & DIGIIN2_CHANNEL_7_MASK )
        {
            log_printf( &logger, "Channel 7 counter: HIGH \r\n" );
        }
        else
        { 
            log_printf( &logger, "Channel 7 counter: LOW \r\n" );
        }
        if ( channel_data & DIGIIN2_CHANNEL_8_MASK )
        {
            log_printf( &logger, "Channel 8 counter: HIGH \r\n" );
        }
        else
        { 
            log_printf( &logger, "Channel 8 counter: LOW \r\n" );
        }
        log_printf( &logger, "- - - - - - - - - - - - - -\r\n" );
    }
    else
    {
        log_error( &logger, " Read error." );
    }
    
    if ( DIGIIN2_PIN_STATE_HIGH == digiin2_get_flt_pin( &digiin2 ) )
    {
        uint8_t flt_data = 0;
        digiin2_read_reg( &digiin2, DIGIIN2_REG_FAULT, &flt_data );
        log_printf( &logger, "Fault1 data: 0x%.2X \r\n", ( uint16_t ) flt_data );
        digiin2_read_reg( &digiin2, DIGIIN2_REG_FAULT2, &flt_data );
        log_printf( &logger, "Fault2 data: 0x%.2X \r\n", ( uint16_t ) flt_data );
        log_printf( &logger, "- - - - - - - - - - - - - -\r\n" );
    }

    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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资源

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