初学者
10 分钟

使用SN75HVD12和STM32L073RZ在TTL电平UART和RS485通信之间创建桥梁

帮助电子系统在长距离和噪音环境中进行通信

RS485 Click 3.3V with Nucleo-64 with STM32L073RZ MCU

已发布 6月 26, 2024

点击板

RS485 Click 3.3V

开发板

Nucleo-64 with STM32L073RZ MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32L073RZ

在各种应用中提供 TTL 级 UART 和 RS485 总线设备之间的可靠且远距离通信。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

RS485 Click 3.3V 基于德州仪器的 SN75HVD12,这是一款 RS-485 收发器。它是一个三态差分线驱动器和差分输入线接收器,旨在作为物理层设备使用,通常称为 PHY,为 MCU TTL 级 UART 线路与 RS422/485 总线提供物理接口。它非常适合通过使用双绞差分信号对传输较小的数据块至远距离,允许半双工异步通信。SN75HVD12 收发器由单独的驱动器和接收器部分组成,使用驱动器使能和接收器使能引脚来启用相应的部分。驱动器部分将 UART RX 线路接收到的信号驱动至 RS422/485 总线,而接收器部分将总线上的数据通过 UART TX 线路返回给 MCU。RS422/485 标准仅规定了发射器和接收器的电气特性,并未规定或推荐任何通信协议,只规定了物理层。可以使用顶层通信协议,例如 MODBUS 或类似的协议。因此,RS485 Click 3.3V 提供了 UART RX 和 TX 引脚,这些引脚被路由到相应的 mikroBUS™ 

TX 和 RX UART 引脚。MCU 使用这些引脚按用户协 议确定的形式向 RS485 总线发送数据。SN75HVD12 IC 允许信号数据速率高达 32Mbps。然而,总线长度决定了最大传输速度:更长的总线线路将导致传输速度降低。RS422/RS485 总线需要在两端用与所用电缆的特性阻抗相等的电阻进行终端(所谓的并联终端),以防止线路反射。RS485 标准规定使用双绞线作为数据总线。双绞线倾向于消除共模噪声,并取消由每条线上的电流产生的磁场,从而减少线对的有效电感。此 Click 板™ 配备了一个跳线,可用于在总线线路之间配置 120Ω 的终端电阻。它还配备了另外两个标记为 BIAS ENABLE 的跳线。这些跳线通过在总线差分线与 VCC/GND 之间使用上拉和下拉电阻启用总线偏置,以防止在总线上没有启用驱动器时的某些故障情况,此外还有现有的 IC 保护。RS485 Click 3.3V 使用标准的 2 线 UART 接口与主机 MCU 通

信,常用的 UART RX 和 TX 线。SN75HVD12 的接收器输出使能(RE)和驱动器输出使能(DE)引脚已连接在一起,并路由到 mikroBUS™ 插座的 R/T 引脚。当悬空时,下拉电阻决定了这些引脚的状态,因此您必须通过写入高逻辑状态来启用设备。注意 DE 和 RE 引脚使用相反的信号极性作为激活状态,使得可以用单个 MCU 引脚驱动它们。当 R/T 引脚应用高逻辑电平时,发射器被激活,同时接收器被停用——反之亦然。在此配置中,R/T 引脚充当通信方向引脚。此 Click 板™ 只能在 3.3V 逻辑电压水平下操作。在使用具有不同逻辑水平的 MCU 之前,板必须执行适当的逻辑电压水平转换。此外,这个 Click 板™ 配备了一个库,其中包含易于使用的功能和示例代码,可以用作进一步开发的参考。

RS485 Click 3.3V hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64搭载STM32L073RZ MCU提供了一个经济实惠且灵活的平台,供开发人员探索新的想法并原型化其设计。该板利用了STM32微控制器的多功能性,使用户能够为其项目选择性能和功耗之间的最佳平衡。它采用LQFP64封装的STM32微控制器,并包括一些必要的组件,例如用户LED,可以同时作为ARDUINO®信号使用,以及用户和复位按钮,以及用于精准定时操作的32.768kHz晶体振荡器。设计时考虑了扩展性和灵活性,Nucleo-64板具有ARDUINO® 

Uno V3扩展连接器和ST morpho扩展引脚标头,为全面项目集成提供了对STM32 I/O的完全访问权限。电源选项具有适应性,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。该板还配备了一个内置的ST-LINK调试器/编程器,具有USB重新枚举功能,简化了编程和调试过程。此外,该板还设计了外部SMPS,以实现有效的Vcore逻辑供电,支持USB设备全速或USB SNK/UFP全速,以及内置的加密功能,增强了项目的功耗效率和安全性。通过专用

连接器提供了额外的连接性,用于外部SMPS实验、ST-LINK的USB连接器和MIPI®调试连接器,扩展了硬件接口和实验的可能性。开发人员将通过STM32Cube MCU软件包中全面的免费软件库和示例得到广泛的支持。这与与各种集成开发环境(IDE)的兼容性相结合,包括IAR Embedded Workbench®、MDK-ARM和STM32CubeIDE,确保了平稳高效的开发体验,使用户能够充分发挥Nucleo-64板在其项目中的功能。

Nucleo 64 with STM32L073RZ MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M0

MCU 内存 (KB)

192

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

NC
NC
AN
NC
NC
RST
NC
NC
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Receive/Transmit
PC8
PWM
NC
NC
INT
UART TX
PA2
TX
UART RX
PA3
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
NC
NC
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

RS485 Click 3.3V 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 STM32L073RZ 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

此库包含 RS485 Click 3.3V 驱动程序的 API。

关键功能:

  • rs4853v3_generic_read - 此函数通过使用 UART 串行接口读取所需数量的数据字节。

  • rs4853v3_send_command - 此函数通过使用 UART 串行接口发送命令。

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 RS485 3V3 Click Example.
 *
 * # Description
 * This example reads and processes data from RS485 3.3V clicks.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes driver and wake-up module.
 *
 * ## Application Task
 * Reads the received data and parses it.
 *
 * ## Additional Function
 * - static void rs4853v3_clear_current_rsp_buf ( void ) - The general process of clearing buffer.
 * - static void rs4853v3_process ( void ) - The general process of collecting the received data.
 * @author Stefan Ilic
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "rs4853v3.h"
#include "string.h"

#define PROCESS_COUNTER 10
#define PROCESS_RX_BUFFER_SIZE 100
#define PROCESS_PARSER_BUFFER_SIZE 100

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

#define DEMO_APP_RECEIVER
// #define DEMO_APP_TRANSMITTER

static rs4853v3_t rs4853v3;
static log_t logger;

static char current_rsp_buf[ PROCESS_PARSER_BUFFER_SIZE ];
static uint8_t send_data_cnt = 0; 

unsigned char demo_message[ 9 ] = { 'M', 'i', 'k', 'r', 'o', 'E', 13, 10, 0 };
// ------------------------------------------------------- ADDITIONAL FUNCTIONS

static void rs4853v3_clear_current_rsp_buf ( void ) {
    memset( current_rsp_buf, 0, PROCESS_PARSER_BUFFER_SIZE );
}

static void rs4853v3_process ( void ) {
    int16_t rsp_size;
    uint16_t rsp_cnt = 0;

    char uart_rx_buffer[ PROCESS_RX_BUFFER_SIZE ] = { 0 };
    uint8_t check_buf_cnt;
    uint8_t process_cnt = PROCESS_COUNTER;

    // Clear parser buffer
    memset( current_rsp_buf, 0 , PROCESS_PARSER_BUFFER_SIZE ); 

    while( process_cnt != 0 ) {
        rsp_size = rs4853v3_generic_read( &rs4853v3, &uart_rx_buffer, PROCESS_RX_BUFFER_SIZE );

        if ( rsp_size > 0 ) {  
            // Validation of the received data
            for ( check_buf_cnt = 0; check_buf_cnt < rsp_size; check_buf_cnt++ ) {
                if ( uart_rx_buffer[ check_buf_cnt ] == 0 ) {
                    uart_rx_buffer[ check_buf_cnt ] = 13;
                }
            }
            // Storages data in parser buffer
            rsp_cnt += rsp_size;
            if ( rsp_cnt < PROCESS_PARSER_BUFFER_SIZE ) {
                strncat( current_rsp_buf, uart_rx_buffer, rsp_size );
            }
            
            // Clear RX buffer
            memset( uart_rx_buffer, 0, PROCESS_RX_BUFFER_SIZE );
        } 
        else {
            process_cnt--;
            
            // Process delay 
            Delay_ms( 100 );
        }
    }
}

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

void application_init ( void ) {
    log_cfg_t log_cfg;
    rs4853v3_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 );

    //  Click initialization.

    rs4853v3_cfg_setup( &cfg );
    RS4853V3_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
    rs4853v3_init( &rs4853v3, &cfg );
    log_info( &logger, " Application Task " );
    Delay_ms( 100 );
    
#ifdef DEMO_APP_TRANSMITTER
    log_printf( &logger, "------------------\r\n" );
    log_printf( &logger, "    Send data:    \r\n" );
    log_printf( &logger, "      MikroE      \r\n" );
    log_printf( &logger, "------------------\r\n" );
    log_printf( &logger, "  Transmit data   \r\n" );
    Delay_ms( 1000 );

#endif
    
#ifdef DEMO_APP_RECEIVER 
    log_printf( &logger, "------------------\r\n" );

    log_printf( &logger, "   Receive data  \r\n" );
#endif
    
    log_printf( &logger, "------------------\r\n" );
}

void application_task ( void ) {  
#ifdef DEMO_APP_RECEIVER 
    rs4853v3_process( );
    if ( current_rsp_buf > 0 ) {
        log_printf( &logger, "%s", current_rsp_buf );
        rs4853v3_clear_current_rsp_buf( );
    }
#endif 

#ifdef DEMO_APP_TRANSMITTER
    rs4853v3_send_command( &rs4853v3, &demo_message[ 0 ] );
    log_printf( &logger, "\t%s",  &demo_message[ 0 ] );
    Delay_ms( 2000 );
    log_printf( &logger, "------------------\r\n" ); 
#endif   
}

void main ( void ) {
    application_init( );

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

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

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资源

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