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使用TCUT1800X01和STM32F446RE确保您的运动跟踪和控制系统中的可靠且一致的运动数据

旋转编码的新纪元

Opto Encoder 3 Click with Nucleo 64 with STM32F446RE MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

Opto Encoder 3 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F446RE MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F446RE

体验实时高分辨率运动反馈的优势。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Opto Encoder 3 Click基于Vishay Semiconductor的TCUT1800X01,这是一种带有光电晶体管输出的高顶四通道透射光学传感器。该传感器配备一个波长为950nm的红外LED和四个光电晶体管。这些光电晶体管位于传感器的小缝隙后面,与LED相对。它们形成四个独立的通道。当光电晶体管被LED照亮时,它们变得导电。这些晶体管的集电极连接到同一个引脚,而它们的发射极则分别连接到TCUT1800X01的单独输出引脚 - E1、E2、E3和E4。这使得主机MCU可以单独检测每个通道的活动。由于这些输出通

道的信号不足以驱动主机MCU的引脚,Click板™采用了两个额外的缓冲IC - 德州仪器的SN74LVC125A。E1、E2、E3和E4引脚被路由到缓冲IC的输入引脚。这些引脚通过下拉电阻被拉到低电平,以避免悬空。缓冲IC的输出引脚分别连接到mikroBUS™的AN、RST、INT和PWM引脚。信号编码本身由主机MCU完成。由于具有四个光学传感通道,Opto Encoder 3 Click具有速度和方向编码的能力。最常见的用法是步进电机位置编码:一个带有缝隙的圆柱体物理上安装在传感器上方,以便LED只能通过这些缝隙照亮光电

晶体管。通过旋转这个圆柱体,光束会周期性地被阻挡。单个传感器输出将是一个脉冲序列,而圆柱体在旋转。由于两个光电传感器物理上相隔一小段距离,第一个传感器的脉冲信号相对于第二个传感器的脉冲信号可能会延迟或加快,具体取决于旋转方向。通过添加两个传感器,位置读取的分辨率和可靠性进一步提高。此Click板™只能在5V逻辑电压水平下运行。在使用具有不同逻辑电平的MCU之前,板子必须进行适当的逻辑电压电平转换。此外,它还配有一个库,包含函数和示例代码,可用作进一步开发的参考。

Opto Encoder 3 Click top side image
Opto Encoder 3 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

Encoder Output 1
PC0
AN
Encoder Output 2
PC12
RST
Enable
PB12
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Encoder Output 4
PC8
PWM
Encoder Output 3
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 Encoder 3 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
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

此库包含Opto Encoder 3 Click驱动程序的API。

关键功能:

  • optoencoder3_cnt - 读取滑动次数的功能

  • optoencoder3_enable - 设置Click状态的功能

  • optoencoder3_read_all_pins - 设置所有引脚状态的功能

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 
 * \brief Opto Encoder 3 Click example
 * 
 * # Description
 * The demo application displays the counter value or displays the status of each O pins.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Configures the driver and logger, and selects the demo application mode.
 * 
 * ## Application Task  
 * Depending on the demo application mode set in the application init it:
 *    - Measures and displays the value of the counter - DEMO_CNT mode; or
 *    - Draws the status of each O pin - DEMO_GRAPH mode.
 * 
 * \author Luka Filipovic
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "optoencoder3.h"

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

static optoencoder3_t optoencoder3;
static log_t logger;

optoencoder3_pins_t pins;
static uint8_t example_setter;
static uint8_t old_state = 0xFF;
static uint8_t state = 0;

// ------------------------------------------------------------------ MACRO

#define DEMO_CNT    1
#define DEMO_GRAPH  2

// ------------------------------------------------------- ADDITIONAL FUNCTIONS

void draw_pins_status( void )
{
    optoencoder3_read_all_pins( &optoencoder3, &pins );

    state = pins.pin_o1 | ( pins.pin_o2 << 1 ) | ( pins.pin_o3 << 2 ) | ( pins.pin_o4 << 3 );
    
    if ( old_state != state )
    {
        log_printf( &logger, "-Pins status:\r\n" );
        
        if ( pins.pin_o1 == OPTOENCODER3_PIN_ACTIVE )
        {
            log_printf( &logger, "*  " );
        }
        else
        {
            log_printf( &logger, "o  " );
        }

        if ( pins.pin_o3 == OPTOENCODER3_PIN_ACTIVE )
        {
            log_printf( &logger, "*\r\n" );
        }
        else
        {
            log_printf( &logger, "o\r\n" );
        }

        if ( pins.pin_o2 == OPTOENCODER3_PIN_ACTIVE )
        {
            log_printf( &logger, "*  " );
        }
        else
        {
            log_printf( &logger, "o  " );
        }

        if ( pins.pin_o4 == OPTOENCODER3_PIN_ACTIVE )
        {
            log_printf( &logger, "*" );
        }
        else
        {
            log_printf( &logger, "o" );
        }

        log_printf( &logger, "\r\n" );
    }
    
    old_state = state;
}

void view_counters ( void )
{
    uint8_t cnt;
    int8_t swipe_cnt;
    
    cnt = optoencoder3_cnt( &optoencoder3 );
    swipe_cnt = optoencoder3_dir_cnt( &optoencoder3 );
    
    if ( old_state != cnt )
    {
        log_printf( &logger, "---Counter number of swipes and direction counter:\r\n" );
        log_printf( &logger, "* Counter : %d \r\n", ( uint16_t ) cnt );
        log_printf( &logger, "* Direction counter : %d \r\n", ( int16_t ) swipe_cnt );
        log_printf( &logger, " _________________________________\r\n\r\n\r\n" );
    }
    
    old_state = cnt;
}

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

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    optoencoder3_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.

    optoencoder3_cfg_setup( &cfg );
    OPTOENCODER3_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
    optoencoder3_init( &optoencoder3, &cfg );

    optoencoder3_enable ( &optoencoder3, OPTOENCODER3_ENABLE );
    
    example_setter = DEMO_CNT;
}

void application_task ( void )
{
    if ( example_setter == DEMO_GRAPH )
    {
        draw_pins_status(  );
    }
    else if ( example_setter == DEMO_CNT )
    {
        view_counters(  );
    }
}

void main ( void )
{
    application_init( );

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


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

额外支持

资源

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