中级
30 分钟

使用 TLP2770 和 STM32F103RB 实现高压元件与低压设备之间的稳定连接。

光耦:光与数据的完美结合。

Opto 2 Click with Nucleo 64 with STM32F103RB MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

Opto 2 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F103RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F103RB

保护敏感信号免受潜在的危害,如电气噪声或电压波动,确保它们完好无损地到达目的地并保持不变。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Opto 2 Click基于来自东芝半导体的四个TLP2770,20Mbps低功耗光耦合器。这些是快速光耦合器,其输出级受到电磁干扰的屏蔽,使它们能够在更高速度上工作,提供±20 kV/μs的共模瞬态抗扰度。内部LED元素在5V操作时以4mA驱动,或在3.3V操作时以2.6mA驱动。输入级也配备了(肖特基)二极管,防止LED元素的反向极化,从而避免了可能发生的永久损坏。光耦合器的工作原理非常简单:光发射元件 - 通常是LED,封装在芯片内部,与光敏元件一起,后者可以是光敏晶体管或光电二极管。LED和光敏元件之间进行电气隔离,使输入和输出电气网络完全独立。当LED偏置时,它会发出光,进而导致电流流过光敏元件。在

这些特殊的光耦合器中,输出级另外通过施密特触发器进行条件处理,它驱动输出晶体管形成一个坦途极输出级。拥有坦途极输出配置允许输出级同时汲取和源流。光耦合器的输入 - 内部光耦合器LED的阳极(标记为A)和阴极(标记为C),路由到螺钉端子,允许连接外部电气电路,用于触发隔离的MCU上的事件。每个光耦合器元件的阳极和阴极输入之间的电位应保持在3.3V和5V之间。光耦合器的输出路由到mikroBUS™上。mikroBUS™引脚INT、CS、RST和AN路由到光耦合器输出1、2、3和4上,分别标记为IN1、IN2、IN3和IN4。正如前面提到的,输出级通过施密特触发器电路进行条件处理,减少输入噪声敏感度和误触发。法拉第

屏蔽保护输出级免受电磁干扰,并提供±20 kV/μs的共模瞬态抗扰度。虽然这些mikroBUS™引脚标记为IN1到IN4,但它们实际上是光耦合器的输出,并且强烈建议将它们用作主机MCU上的输入引脚。Click板™配备有一个标记为LOGIC的SMD跳线,允许选择应用于光耦合器输出级的电压。该电压有效地确定了MCU引脚的逻辑电压级别。可以选择在3.3V和5V之间,从而使该Click板™可以与3.3V和5V的MCU进行接口。提供的库提供了简化和加速应用程序开发的函数。所包含的示例应用程序演示了它们的使用。该应用程序可用作自定义项目的参考。

Opto 2 Click top side image
Opto 2 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

Optocoupler 4 Output
PC0
AN
Optocoupler 3 Output
PC12
RST
Optocoupler 2 Output
PB12
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
Optocoupler 1 Output
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

Opto 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

这个库包含用于 Opto 2 Click 驱动程序的 API。

关键函数:

  • opto2_check_out1 - OUT1 检查函数

  • opto2_check_out2 - OUT2 检查函数

  • opto2_check_out3 - OUT3 检查函数

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 Opto 2 Click example
 * 
 * # Description
 * This application used to provide an optical isolation of sensitive microcontroller.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Initializes device selects the outputs (OUT1 - OUT4) which state be checked.
 * 
 * ## Application Task  
 * Performs the check procedure for selected outputs and logs the states from that
  outputs on USB UART. Repeat the check procedure every 2 seconds.

 * 
 * \author MikroE Team
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "opto2.h"

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

static opto2_t opto2;
static log_t logger;

static uint8_t sel_output;

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

void opto2_set_logger ( uint8_t sel_out1, uint8_t sel_out2, uint8_t sel_out3, uint8_t sel_out4 )
{
    
    if ( sel_out1 > 1 )
    { 
        sel_out1 = 1;
    }
    if ( sel_out2 > 1 )
    {
        sel_out2 = 1;
    }
    if ( sel_out3 > 1 )
    {
        sel_out3 = 1;
    }
    if ( sel_out4 > 1 )
    {
        sel_out4 = 1;
    }

    sel_output = 0;
    sel_output |= sel_out1;
    sel_output |= sel_out2 << 1;
    sel_output |= sel_out3 << 2;
    sel_output |= sel_out4 << 3;
}

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    opto2_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 );

    opto2_cfg_setup( &cfg );
    OPTO2_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
    opto2_init( &opto2, &cfg );

    log_info( &logger, "---- Application Init ----" );

    opto2_set_logger( 1, 1, 0, 0 );
    log_printf( &logger, "OPTO 2 is initialized \r\n" );
    log_printf( &logger, "" );
    Delay_ms( 200 );
}

void application_task ( void )
{
    uint8_t check_output;
    uint8_t cnt;
    uint8_t tmp;

    tmp = 1;

    for ( cnt = 0; cnt < 4; cnt++ )
    {
        switch ( sel_output & tmp )
        {
            case 0x01 :
            {
                check_output = opto2_check_out1( &opto2 );

                if ( check_output == 0 )
                {
                    log_printf( &logger, "OUT1 is low\r\n" );
                }
                else
                {
                    log_printf( &logger, "OUT1 is high\r\n" );
                }
                break;
            }
            case 0x02 :
            {
                check_output = opto2_check_out2( &opto2 );

                if ( check_output == 0 )
                {
                    log_printf( &logger, "OUT2 is low\r\n" );
                }
                else
                {
                    log_printf( &logger, "OUT2 is high\r\n" );
                }
                break;
            }
            case 0x04 :
            {
                check_output = opto2_check_out3( &opto2 );

                if ( check_output == 0 )
                {
                    log_printf( &logger, "OUT3 is low\r\n" );
                }
                else
                {
                    log_printf( &logger, "OUT3 is high\r\n" );
                }
                break;
            }
            case 0x08 :
            {
                check_output = opto2_check_out4( &opto2 );

                if ( check_output == 0 )
                {
                    log_printf( &logger, "OUT4 is low\r\n" );
                }
                else
                {
                    log_printf( &logger, "OUT4 is high\r\n" );
                }
                break;
            }
            default :
            {
                break;
            }
        }

        tmp <<= 1;
    }

    Delay_ms( 2000 );
}

void main ( void )
{
    application_init( );

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

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

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资源

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