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30 分钟

高效调节负电压,使用MCP16331和STM32F446RE

释放电压的灵活性

MCP16331 INV Click with Nucleo 64 with STM32F446RE MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

MCP16331 INV Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F446RE MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F446RE

享受将输入电压高效转换为所需的负电平的过程,同时受益于动态降压-升压能力,确保稳定性和准确性,从而实现在各种应用中的可靠操作。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

MCP16331 INV Click基于Microchip的MCP16331,这是一款降压(buck)开关稳压器。然而,借助几个外部元件,MCP16331 INV Click可以调节比输入电压更低和更高的电压水平,充当倒置升压-降压电压稳压器。MCP16331 INV click设计为相对于GND输出负电压。在模拟电子领域中,负电压通常用于为需要正负电压的设备供电。一个很好的例子是操作放大器(运放),它放大交流信号。信号在相对于GND的正负方向上都存在。使用单一电压源处理这种信号很困难,需要使用电容器、充电泵和虚拟GND等解决方案。使用对称电源减少了所需的元件并简化了设计。必须添加几个额外的元件,如ADM8828电压逆变器IC和LM318,双运算放大器,以提供负电压。ADM8828电压逆变器IC提供了用于LM318双运放的对称电源的负分量。LM318 IC中的一个集成运放被用于反转来自DAC的输出。LM318 IC中的另一个运放被用于反转

位于MCP16331输出轨上的电压分压器的输出,以便可以被MCU使用,MCU使用单一电压电源。为了设置MCP16331 INV click的输出电压,使用MCP4921 - 一款低功耗12位双电压输出DAC - 在反馈回路中。如前所述,必须反转此信号,因为MCP4921是由单电压电源供电的,不能将信号降至GND以下。由于MCP16331工作在负电压领域,因此应用于该IC的FB引脚的反馈电压也需要相对于GND为负电压。LM318的一个集成运放,配置为单位增益反转器,用于反转DAC输出电压。由于DAC驱动MCP16331 IC的FB引脚,因此设置DAC到特定值就足以控制click board™的输出电压。与MCP4921 DAC的通信通过SPI接口进行。MCP4921的SPI总线引脚被路由到mikroBUS™,便于与主MCU进行简单安全的连接。mikroBUS™的AN引脚被路由到输出的电压分压器的中间点。该电压分压器用于降低输出电压,使主MCU的ADC能够成功转换它。分压器上的

电压也必须反转,因为它来自负电压领域。LM318 IC的第二个运放,也作为单位增益反转器,用于实现此目的。如果需要,此值可用于监视和校正输出电压。MCP16331开关稳压器的EN引脚被路由到mikroBUS™的RST引脚。通过将此引脚拉到高电平,启用稳压器的内部部分。EN引脚内部拉到高电平,因此即使此引脚悬空,设备也会被启用。因此,必须使用正确的启动顺序以避免不良影响(参见下面的注意事项)。虽然它被设计为负电源,但MCP16331INV click也可以用于驱动常规负载,将其正输入端连接到click board™的GND,并使用MCP16331INV click的负输出作为GND。MCP16331 INV Click配有两个螺钉端子,用于连接输入和输出电压轨。这个click board™仅使用mikroBUS™的+5V电源。提供的库演示了MCP16331 INV click的功能,并提供了一种简单易行的设置方法。

MCP16331 INV 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

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Voltage Sense
PC0
AN
Output Enable
PC12
RST
SPI Chip Select
PB12
CS
SPI Clock
PB3
SCK
NC
NC
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

MCP16331 INV 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

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

这个库包含了MCP16331 INV Click驱动程序的API。

关键函数:

  • mcp16331inv_enable_vin - 此函数启用或禁用内部VIN拉起

  • mcp16331inv_set_dac_vout - 此函数确定DAC输出电压值

  • mcp16331inv_generic_transfer - 用于发送和接收数据包的通用SPI传输

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 Mcp16331Inv Click example
 * 
 * # Description
 * This application enables usage of this click as a buck-boost voltage regulator.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Initializes click driver and enables VIN Pull Up.
 * 
 * ## Application Task  
 * Sets DAC output voltage on 3500mV, when gain is set up on 1x VREF,
 * on 4s delay time, and then sets DAC output voltage on 5000mV, when gain is now set up on 2x VREF,
 * on also 4s delay time. VIN Pull Up voltage must be greater than 4V.
 * 
 * 
 * \author MikroE Team
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "mcp16331inv.h"

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

static mcp16331inv_t mcp16331inv;
static log_t logger;

// ------------------------------------------------------ APPLICATION FUNCTIONS

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    mcp16331inv_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.

    mcp16331inv_cfg_setup( &cfg );
    MCP16331INV_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );

    Delay_ms( 100 );

    mcp16331inv_init( &mcp16331inv, &cfg );

    Delay_ms( 100 );

    mcp16331inv_enable_vin( &mcp16331inv, MCP16331INV_ENABLE_VIN_PULL_UP );
}

void application_task ( void )
{
    //  Task implementation.

    mcp16331inv_set_dac_vout( &mcp16331inv, MCP16331INV_3500_MV_1X_GAIN, MCP16331INV_GAIN_1X_VREF, MCP16331INV_ACTIVE_MODE );
    Delay_ms( 4000 );
    mcp16331inv_set_dac_vout( &mcp16331inv, MCP16331INV_5000_MV_2X_GAIN, MCP16331INV_GAIN_2X_VREF, MCP16331INV_ACTIVE_MODE );
    Delay_ms( 4000 );
}

void main ( void )
{
    application_init( );

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


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

额外支持

资源

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