初学者
10 分钟

使用nPM1300和STM32G071RB为电子设备提供充电和电源管理的基本功能

用于可充电应用的高级电源管理集成电路(PMIC)

PMIC Click with Nucleo 64 with STM32G071RB MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

PMIC Click

开发板

Nucleo 64 with STM32G071RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G071RB

优化电池寿命和性能,以确保在物联网应用和其他便携式电子设备中实现更长的运行时间

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

PMIC Click 基于 Nordic Semiconductor 的 nPM1300,这是一款专为可充电应用设计的先进电源管理集成电路 (PMIC)。nPM1300 集成了多种电源和系统管理功能,提供了一个紧凑且高效的解决方案,用于管理设备中的电源。它支持锂离子(Li-ion)、锂聚合物(Li-poly)和磷酸铁锂(LiFePO4)电池的充电,使用灵活的电源调节系统。nPM1300 封装在节省空间的 QFN32 封装中,具有高效率,并可通过 I2C 接口进行全面配置,使其成为可穿戴设备、外围设备、资产跟踪、互动娱乐、物联网应用等的理想选择。nPM1300 具有集成的 800mA 线性电池充电器,通过遵循 JEITA 标准,确保安全高效的充电。该标准根据温度调整充电过程,以保护电池并延长其使用寿命。电池可以连接到板右上角的连接器,该连接器支持集成 NTC 热敏电阻以实现精确的电池温度监控。如果使用的电池包已经包含 NTC,BATTERY 连接器上的 NTC 端子可以保持未连接。对于使用没有 NTC 热敏电阻的电池的情况,板提供了使用板上电阻器绕过此需求的选项。默认情况下,集成了一个 10K 电阻,或者您可以通过空的电阻焊盘(R7 0603)自定义值以满足特定需求。此功能可以通过板上的 NTC Bypass 跳线进行选择。除了电池充电器外,nPM1300 还集成了两个 200mA 降压稳压器和两个 100mA 负载开关或 50mA 低压差稳压器 (LDO)。这些负载开关提供了灵活的电源分配管理,可以通过 I2C 寄存器或 GPIO 引脚进行控制,使电源配置可以

根据应用的需求进行定制。一个显著的功能是可以通过 LSIN2 跳线选择第二个负载开关的输入源,允许您在两个降压稳压器的输出电压(VOUT1 或 VOUT2)之间进行选择。稳压输出 VOUT1 和 VOUT2 当前配置为输出 1.8V 和 3.3V。这些配置通过特定的电阻设置实现 - R8 控制 VOUT1,R9 控制 VOUT2,其中 VOUT1 可以在 0V 到 2.7V 范围内调节,而 VOUT2 可以根据选择的电阻值在 0V 到 3.3V 之间调节。非稳压输出 VBUSOUT 直接连接到 VBUS 输入,提供一个非稳压电源源,可用于其他系统需求,而 VSYS 则是从系统总电源派生的另一个非稳压输出。nPM1300 PMIC 的主要电源由 VBUS 连接提供,这是一个专用的 USB Type-C 输入。除了 VBUS,辅助电源是 VBAT,它也作为电池充电器的输出,确保连接的电池在充电的同时维持系统的稳定电源。此外,nPM1300 还通过看门狗提高系统可靠性,在系统无响应时重置系统,启动失败恢复以维护系统完整性,以及智能断电警告以防止数据丢失或故障。PMIC Click 使用标准的 2 线 I2C 接口与主机 MCU 通信,在标准模式下支持高达 400kHz 的时钟频率。除了接口引脚外,板上还具有一个中断 (INT) 引脚,为主机系统提供实时警报以便立即采取行动。为了管理电源状态,PMIC Click 包含一个 SHPHLD 按钮,用于退出 Ship 和 Hibernation 模式 - 这是两个可用的最低静态电流状态。这些模式会将电池与系统断开连接,降低静态电流以延长电池寿命。特别是 Hibernation 模式,可以

在正常操作中使用,因为设备可以在预设的超时后自动唤醒,从而最大化电池效率。SHPHLD 按钮还允许用户重置或电源循环 nPM1300。此外,板还配备了一个 GPIO0 按钮,用于直接管理 nPM1300 的 GPIO0 引脚。三个 LED 指示灯提供视觉反馈:一个红色 ERR LED 表示操作期间的错误,一个绿色 CHG LED 表示充电状态,黄色 HOST LED 显示主机活动。这些 LED 提供了清晰且立即的视觉提示,使监控板状态和排除故障变得更加容易。两个接头,J1 和 J2,提供对电源和控制功能的便捷访问。J1 接头允许访问 PMIC 的电压输出 VOUT1 和 VOUT2,以及通过 VBUS 引脚的 USB VBUS 电压和 nPM1300 的 VBUSOUT,允许直接从主 IC 为外部设备供电。J2 接头具有多种用途,主要用于连接到 PMIC GPIO 引脚,这些引脚位于右列。默认情况下,这些 GPIO 配置为输入,具有弱下拉功能,可用于自定义工作流程、标准 GPIO 功能,或用作板上降压稳压器和负载开关的控制引脚。此外,J2 接头支持外部 LED 的连接,并包括前述的 VSYS 引脚,这是一个系统电压输出。此 Click board™ 可以通过 VDDIO SEL 跳线选择使用 3.3V 或由 VOUT2 稳压 PMIC 输出提供的 3.3V。这样,3.3V 和 5V 兼容的 MCU 都可以正确使用通信线路。此外,这款 Click board™ 配备了包含易用功能的库和示例代码,可作为进一步开发的参考。

PMIC Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32G071RB 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 STM32G071RB MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M0

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

36864

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

Li-Polymer电池是需要可靠且持久电源供应的设备的理想解决方案,同时强调了便携性。其与mikromedia板的兼容性确保了易于集成,无需额外修改。电池的电压输出为3.7V,符合许多电子设备的标准要求。此外,凭借2000mAh的容量,该电池可以储存大量能量,提供长时间的持续电力,减少了频繁充电或更换的需求。总体而言,Li-Polymer电池是一种可靠且自主的电源,非常适合需要稳定且持久能源解决方案的设备。

PMIC Click accessories 2 image

这是一款两端均为USB Type C公头的USB 3.1线缆。该线缆附带一个USB Type C母头到USB Type A公头的适配器,使其也兼容USB 2.0和USB 3.0主机接口。线缆长度为1.5米,并兼容任何USB Type C开发工具。

PMIC Click accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
NC
NC
RST
ID COMM
PB12
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
NC
NC
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

PMIC 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 STM32G071RB 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 PMIC Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • pmic_get_vbat - 此函数以毫伏为单位读取VBAT测量结果。

  • pmic_get_vbus - 此函数以毫伏为单位读取VBUS测量结果。

  • pmic_get_vsys - 此函数以毫伏为单位读取VSYS测量结果。

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 PMIC Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of PMIC click board by enabling battery charging and
 * displaying the charging status.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the driver and performs the click default configuration which enables charging.
 *
 * ## Application Task
 * Reads and displays the VBAT, VBUS, and VSYS voltage and the battery charging status on the USB UART
 * approximately once per second.
 *
 * @note
 * A charged battery or a USB at VBUS must be connected to communicate with the click board.
 *
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "pmic.h"

static pmic_t pmic;
static log_t logger;

/**
 * @brief PMIC display charger status function.
 * @details This function reads and parses the battery charger status register.
 * @param[in] ctx : Click context object.
 * See #pmic_t object definition for detailed explanation.
 * @return None.
 * @note None.
 */
void pmic_display_charger_status ( pmic_t *ctx );

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    pmic_cfg_t pmic_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.
    pmic_cfg_setup( &pmic_cfg );
    PMIC_MAP_MIKROBUS( pmic_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( I2C_MASTER_ERROR == pmic_init( &pmic, &pmic_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( PMIC_ERROR == pmic_default_cfg ( &pmic ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }

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

void application_task ( void ) 
{
    uint16_t vbat = 0, vbus = 0, vsys = 0;
    if ( PMIC_OK == pmic_get_vbat ( &pmic, &vbat ) )
    {
        log_printf( &logger, " VBAT : %u mV\r\n", vbat );
    }
    if ( PMIC_OK == pmic_get_vbus ( &pmic, &vbus ) )
    {
        log_printf( &logger, " VBUS : %u mV\r\n", vbus );
    }
    if ( PMIC_OK == pmic_get_vsys ( &pmic, &vsys ) )
    {
        log_printf( &logger, " VSYS : %u mV\r\n\n", vsys );
    }
    pmic_display_charger_status ( &pmic );
    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;
}

void pmic_display_charger_status ( pmic_t *ctx )
{
    uint8_t charge_status = 0;
    if ( PMIC_OK == pmic_reg_read_byte ( &pmic, PMIC_REG_BCHARGER_BCHGCHARGESTATUS, &charge_status ) )
    {
        log_printf( &logger, " --- Battery Charge status ---\r\n" );
        if ( charge_status & PMIC_CHARGE_STATUS_BATTERYDETECTED )
        {
            log_printf( &logger, " Battery is connected\r\n" );
        }
        if ( charge_status & PMIC_CHARGE_STATUS_COMPLETED )
        {
            log_printf( &logger, " Charging completed (Battery Full)\r\n" );
        }
        if ( charge_status & PMIC_CHARGE_STATUS_TRICKLECHARGE )
        {
            log_printf( &logger, " Trickle charge\r\n" );
        }
        if ( charge_status & PMIC_CHARGE_STATUS_CONSTANTCURRENT )
        {
            log_printf( &logger, " Constant Current charging\r\n" );
        }
        if ( charge_status & PMIC_CHARGE_STATUS_CONSTANTVOLTAGE )
        {
            log_printf( &logger, " Constant Voltage charging\r\n" );
        }
        if ( charge_status & PMIC_CHARGE_STATUS_RECHARGE )
        {
            log_printf( &logger, " Battery re-charge is needed\r\n" );
        }
        if ( charge_status & PMIC_CHARGE_STATUS_DIETEMPHIGHCHGPAUSED )
        {
            log_printf( &logger, " Charging stopped due Die Temp high.\r\n" );
        }
        if ( charge_status & PMIC_CHARGE_STATUS_SUPPLEMENTACTIVE )
        {
            log_printf( &logger, " Supplement Mode Active\r\n" );
        }
        log_printf( &logger, " -----------------------------\r\n" );
    }
}
// ------------------------------------------------------------------------ END

额外支持

资源

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