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使用PN7150和STM32F446RE实现设备间的即时数据共享

NFC:智能、快速生活的秘密成分

NFC 2 Click with Nucleo 64 with STM32F446RE MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

NFC 2 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F446RE MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F446RE

释放 NFC 的力量,探索它为您的数字生活带来的无限创新和便利,从即时共享到安全交易。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

NFC 2 Click 基于 NXP Semiconductor 的 PN7150,这是一款高性能全 NFC 解决方案,具有集成固件和 I2C 接口,专为 13.56 MHz 的非接触通信设计。该板完全符合 NFC Forum 规范,这意味着您将能够充分利用 NFC 的潜力。它是快速集成 NFC 技术的理想解决方案,特别适用于运行 Linux 和 Android 等操作系统环境的应用。嵌入的 NFC 固件提供所有 NFC 协议作为预集成功能,加上超低功耗,减少了尺寸和成本。PN7150 嵌入了一个 ARM Cortex-M0 微控制器核心,加载了集成固件。它提供了简便的集成和验证周期,因为所有 NFC 实时约束、协议和设备发现都在内部处理。主机可以配置 PN7150 以通知卡片或对等

设备检测并开始与其通信。PN7150 的核心微控制器芯片可以在没有任何外部时钟的情况下运行(基于内部振荡器)。然而,13.56MHz RF 场载波精度要求与使用内部振荡器不兼容。PN7150 有一个外部晶体振荡器连接到其 XTAL 引脚。PN7150 具有四种电源状态:监控、硬电源关闭 (HPD)、待机和活动。PN7150 将在应用级别连续在不同的电源状态之间切换,以优化电流消耗。PN7150 设计允许主控制器完全控制其操作,从而控制 PN7150 的功耗并可能限制 PN7150 功能的部分。有关这些模式的更多信息,用户可以在附带的数据表中找到。NFC 2 Click 使用标准 I2C 双线接口与 MCU 通信,标准模式下时钟频率

最高为 100kHz,快速模式下最高为 400kHz,高速模式下最高为 3.4MHz。PN7150 还允许通过将标记为 ADDR SEL 的 SMD 跳线定位到标记为 0 和 1 的适当位置来选择其 I2C 从地址的最低有效位 (LSB)。为了在 PN7150 和主控制器之间启用并确保数据流控制,提供了一个专用中断线,标记为 INT,以便可以编程活动状态。它还包含复位功能和用于通过 RF 与标签(卡片)、读写器或对等设备通信的 RF 天线。该 Click 板™ 只能在 3.3V 逻辑电压水平下工作。在使用不同逻辑电平的 MCU 之前,必须执行适当的逻辑电压电平转换。此外,它配备了包含函数和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

NFC 2 Click top side image
NFC 2 Click bottom side 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

NC
NC
AN
Reset
PC12
RST
NC
NC
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
Interrupt
PC14
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
PB8
SCL
I2C Data
PB9
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

NFC 2 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Nucleo-64 front 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 front image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32F401RE MCU front image hardware assembly
EEPROM 13 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
Nucleo-64 with STM32XXX MCU 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 NFC 2 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • nfc2_hw_reset - 硬件复位功能

  • nfc2_core_set_protocol_config - 设置协议配置功能

  • nfc2_cmd_card_disconnected - 卡片断开连接命令功能

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 NFC2 Click example
 *
 * # Description
 * This is an example which demonstrates the usage of NFC 2 Click board.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initialization driver enables - I2C,
 * hw reset, reseteting and initialize core, disabling standby mode, 
 * starting test procedure, set configuration and start discovery, also write log.
 *
 * ## Application Task
 * NFC 2 Click board can be used for detection of RFiD tag
 * and displays it's value via USART terminal.
 * All data logs write on USB uart changes for every 1 sec.
 *
 * Additional Functions :
 *  -void display_packet ( control_packet_t *ctrl_pck ) - Display packet log data.
 *  -void display_nfc_data ( control_packet_t *ctrl_pck ) - Display packet log data.
 *  -void nfc2_read_nfc_data ( nfc2_t *ctx, control_packet_t *ctrl_pck ) - Read nfc data function.
 *  -void nfc2_test_antenna ( nfc2_t *ctx, control_packet_t *ctrl_pck ) - Testing Antenna function.
 * 
 * @author Stefan Ilic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "nfc2.h"

static nfc2_t nfc2;
static log_t logger;
uint8_t n_cnt;

control_packet_t ctrl_pck_data;

/**
 * @brief NFC 2 display packet function.
 * @details This function displays data values.
 */
void display_packet ( control_packet_t *ctrl_pck );

/**
 * @brief NFC 2 display nfc data function.
 * @details This function displays nfc data values.
 */
void display_nfc_data ( control_packet_t *ctrl_pck );

/**
 * @brief NFC 2 read nfc data function.
 * @details This function reads nfc data and displays data.
 */
void nfc2_read_nfc_data ( nfc2_t *ctx, control_packet_t *ctrl_pck );

/**
 * @brief NFC 2  test antena function.
 * @details This function tests antenna and displays data.
 */
void nfc2_test_antenna ( nfc2_t *ctx, control_packet_t *ctrl_pck );

void application_init ( void ) {
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    nfc2_cfg_t nfc2_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.
    nfc2_cfg_setup( &nfc2_cfg );
    NFC2_MAP_MIKROBUS( nfc2_cfg, MIKROBUS_1 );
    err_t init_flag = nfc2_init( &nfc2, &nfc2_cfg );
    if ( I2C_MASTER_ERROR == init_flag ) {
        log_error( &logger, " Application Init Error. " );
        log_info( &logger, " Please, run program again... " );

        for ( ; ; );
    }

    log_printf( &logger, "        HW Reset       \r\n" );
    nfc2_hw_reset( &nfc2 );
    Delay_ms( 100 );

    log_printf( &logger, "-----------------------\r\n" );
    log_printf( &logger, " Reset and Init. Core  \r\n" );
    nfc2_cmd_core_reset( &nfc2 );
    Delay_ms( 100 );

    nfc2_read_ctrl_packet_data( &nfc2, &ctrl_pck_data );
    Delay_ms( 100 );

    nfc2_cmd_core_init( &nfc2 );
    Delay_ms( 100 );

    nfc2_read_ctrl_packet_data( &nfc2, &ctrl_pck_data );
    Delay_ms( 100 );
    display_packet( &ctrl_pck_data );

    while ( nfc2_check_irq( &nfc2 ) == NFC2_IRQ_STATE_HIGH );

    log_printf( &logger, "-----------------------\r\n" );
    log_printf( &logger, " Disabling Standby Mode \r\n" );
    nfc2_cmd_disable_standby_mode( &nfc2 );
    Delay_ms( 100 );

    nfc2_read_ctrl_packet_data( &nfc2, &ctrl_pck_data );
    Delay_ms( 100 );
    display_packet( &ctrl_pck_data );

    nfc2_test_antenna( &nfc2, &ctrl_pck_data );

    log_printf( &logger, "-----------------------\r\n" );
    log_printf( &logger, "Starting Test Procedure\r\n" );
    nfc2_cmd_test_procedure( &nfc2 );
    Delay_ms( 100 );

    nfc2_read_ctrl_packet_data( &nfc2, &ctrl_pck_data );
    Delay_ms( 100 );
    display_packet( &ctrl_pck_data );

    nfc2_hw_reset( &nfc2 );
    Delay_ms( 100 );

    log_printf( &logger, "-----------------------\r\n" );
    log_printf( &logger, "       NFC Config.     \r\n" );
    nfc2_default_cfg ( &nfc2, &ctrl_pck_data );

    log_printf( &logger, "-----------------------\r\n" );
    log_printf( &logger, "     Discovery Start   \r\n" );
    nfc2_cmd_start_discovery( &nfc2 );
    Delay_ms( 100 );

    nfc2_read_ctrl_packet_data( &nfc2, &ctrl_pck_data );
    Delay_ms( 100 );
    display_packet( &ctrl_pck_data );

    log_printf( &logger, "-----------------------\r\n" );
    log_printf( &logger, "-------- START --------\r\n" );
    log_printf( &logger, "-----------------------\r\n" );
    Delay_ms( 500 );

    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) {
    while ( nfc2_check_irq( &nfc2 ) == NFC2_IRQ_STATE_HIGH ) {
        nfc2_read_nfc_data ( &nfc2, &ctrl_pck_data );
    }

    while ( nfc2_check_irq( &nfc2 ) == NFC2_IRQ_STATE_LOW );

    log_printf( &logger, "-----------------------\r\n" );
    Delay_ms( 1000 );
}

void main ( void ) {
    application_init( );

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

void display_packet ( control_packet_t *ctrl_pck ) {
    log_printf( &logger, "- - - - - - - - - - - -\r\n" );
    log_printf( &logger, " Message Type   = %d\r\n", ( uint16_t ) ctrl_pck->message_type );
    log_printf( &logger, " Pck Bound Flag = %d\r\n", ( uint16_t ) ctrl_pck->pck_bound_flag );
    log_printf( &logger, " Group Ident    = %d\r\n", ( uint16_t ) ctrl_pck->group_ident );
    log_printf( &logger, " Opcode Ident   = %d\r\n", ( uint16_t ) ctrl_pck->opcode_ident );
    log_printf( &logger, " Payload Length = %d\r\n", ( uint16_t ) ctrl_pck->payload_length );
    log_printf( &logger, "- - - - - - - - - - - -\r\n" );

    for ( n_cnt = 0; n_cnt < ctrl_pck_data.payload_length; n_cnt++ ) {
        log_printf( &logger, " Payload[ %.2d ]  = 0x%.2X\r\n", ( uint16_t ) n_cnt, ( uint16_t ) ( uint16_t ) ctrl_pck_data.payload[ n_cnt ]  );
    }

    log_printf( &logger, "- - - - - - - - - - - -\r\n" );
    memset( ctrl_pck_data.payload, 0x00, 255 );
}

void display_nfc_data ( control_packet_t *ctrl_pck ) {
    log_printf( &logger, "- - - - - - - - - - - -\r\n");
    log_printf( &logger, " Read Block:\r\n");

    for ( n_cnt = 1; n_cnt < ctrl_pck->payload_length - 2; n_cnt++ ) {
        log_printf( &logger, "\t 0x%.2X \r\n", ( uint16_t ) ctrl_pck->payload[ n_cnt ] );
    }
    log_printf( &logger, "\t 0x%.2X \r\n", ( uint16_t ) ctrl_pck->payload[ ctrl_pck->payload_length - 2 ] );

    log_printf( &logger, "- - - - - - - - - - - -\r\n" );
    memset( ctrl_pck->payload, 0x00, 255 );
}

void nfc2_read_nfc_data ( nfc2_t *ctx, control_packet_t *ctrl_pck ){
    nfc2_read_ctrl_packet_data( ctx, ctrl_pck );
    Delay_ms( 100 );

    nfc2_activate_rmt_mifare_card( ctx );
    Delay_ms( 100 );
    nfc2_read_ctrl_packet_data( ctx, ctrl_pck );
    Delay_ms( 10 );

    while ( nfc2_check_irq( ctx ) == NFC2_IRQ_STATE_LOW );

    nfc2_read_ctrl_packet_data( ctx, ctrl_pck );
    nfc2_cmd_authenticate_sector( ctx, 0x30 );
    Delay_ms( 100 );
    nfc2_read_ctrl_packet_data( ctx, ctrl_pck );
    Delay_ms( 10 );

    while ( nfc2_check_irq( ctx ) == NFC2_IRQ_STATE_LOW );

    nfc2_read_ctrl_packet_data( ctx, ctrl_pck );
    display_nfc_data( ctrl_pck );
    log_printf( &logger, "    Disconnect Card    \r\n" );
    nfc2_cmd_card_disconnected( ctx );
    Delay_ms( 10 );
    nfc2_read_ctrl_packet_data( ctx, ctrl_pck );
    Delay_ms( 10 );

    while ( nfc2_check_irq( ctx ) == NFC2_IRQ_STATE_LOW );

    nfc2_read_ctrl_packet_data( ctx, ctrl_pck );
    Delay_ms( 100 );
}

void nfc2_test_antenna ( nfc2_t *ctx, control_packet_t *ctrl_pck ) {
    log_printf( &logger, "-----------------------\r\n" );
    log_printf( &logger, "    Testing Antenna    " );
    nfc2_cmd_antenna_test( ctx, 0x01 );
    Delay_ms( 100 );

    nfc2_read_ctrl_packet_data( ctx, ctrl_pck );
    Delay_ms( 100 );

    nfc2_cmd_antenna_test( ctx, 0x07 );
    Delay_ms( 100 );
    nfc2_read_ctrl_packet_data( ctx, ctrl_pck );
    Delay_ms( 100 );

    nfc2_cmd_antenna_test( ctx, 0x0F );
    Delay_ms( 100 );
    nfc2_read_ctrl_packet_data( ctx, ctrl_pck );
    Delay_ms( 100 );
    display_packet( ctrl_pck );
}
// ------------------------------------------------------------------------ END

额外支持

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