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使用LTC4332和STM32F410RB轻松实现长距离数据传输

SPI跨越更远距离:为工业成功延伸通信

SPI Extend Click with Nucleo 64 with STM32F410RB MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

SPI Extend Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F410RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F410RB

揭示我们 SPI 扩展解决方案的简单性和高效性,提供了一种可访问且有效的方式来实现长距离数据传输,彻底改变您的连接和通信方式。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

SPI Extend Click 基于 LTC4332,这是一款为高噪声工业环境设计的 2MHz 点对点 SPI 总线扩展器,由 Analog Devices 提供。SPI 总线通过±60V 故障保护差分收发器延伸到两对双绞线。LTC4332 扩展的 25V 共模电压范围使其能够跨越不同的接地电位桥接。此 Click board™ 具有三个扩展从选择 (SS1, SS2, SS3),具有独立的可编程 SPI 模式,并支持链路上的外部隔离。SS1 从选择输出引脚在 SPI 通信中用作标准 CS 引脚,而另外两个引脚 SS2 和 SS3 在本地侧作为 mikroBUS 标准的 GPIO 输出引脚。为了实现此 Click board™ 的完整功能,有必要使用带 RJ45 连接器的交叉双绞线电缆,这些电缆与以太网设备使用的电

缆相同。除了扩展功能外,此 Click board™ 还支持本地到远程控制和中断功能。通过集成的高性能差分收发器进行链路通信,本地 SPI 主机可以使用差分对类型电缆访问远程从设备,最远可达 1200 米。由于 SPI Extend Click 的双重功能,用户需要设置 Click board™ 的工作模式,通过将板载 MODE SEL 开关设置为适当位置来调整(设置为低以用于本地 SPI 从模式或设置为高以用于 SPI 主模式)。SPI Extend Click 使用 SPI 串行接口与 MCU 通信,仅支持 SPI 模式(0,0)和(1,1),最大 SPI 频率为 2 MHz。LTC4332 提供单独的从选择引脚 SSC,允许用户访问内部控制接口进行配置和监控。它还具有一个中

断引脚 (INT),在本地模式下作为开漏输出,在远程模式下作为输入。在远程侧,INT 是一个输入引脚,可以连接到远程 SPI 设备,而在本地侧,INT 作为开漏输出,可以连接到共享的本地中断线上。除了模式选择外,SPEED SEL 跳线用于选择链路波特率和远程 SCK 时序参数,链路状态 LED 指示灯在设备成功建立本地和远程侧之间的链路通信时激活。此 Click board™ 可以在 3.3V 或 5V 逻辑电压水平下工作,通过 VCC SEL 跳线选择。这样,3.3V 和 5V 的 MCU 都可以正确使用通信线。此外,该 Click board™ 配备了一个包含易于使用的功能和示例代码的库,可以用作进一步开发的参考。

SPI Extend Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32F410RB 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 STM32C031C6 MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

32768

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

Slave Select 3
PC0
AN
Slave Select 2
PC12
RST
SPI Chip Select
PB12
CS
SPI Clock
PB3
SCK
SPI Data OUT
PB4
MISO
SPI Data IN
PB5
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Control Interface Select
PC8
PWM
Interrupt
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

SPI Extend 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 STM32F410RB 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
Board mapper by product8 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 SPI Extend Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • spiextend_get_config - 获取 LTC4332 SPI 扩展器在 SPI Extend Click 上的坚固差分链路配置的功能

  • spiextend_set_config - 设置 LTC4332 SPI 扩展器在 SPI Extend Click 上的坚固差分链路配置的功能

  • spiextend_get_status - 获取 LTC4332 SPI 扩展器在 SPI Extend Click 上的坚固差分链路状态的功能

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 main.c
 * @brief SPIExtend Click example
 *
 * # Description
 *  In this example, if the connection is established, we read Accel axis of the connected
 * Accel 14 Click boards to the SPI Extend Click ( Remote Mode ) which is connected by a LAN cable to 
 * SPI Extend Click ( Local Mode ) placed in the mikroBUS 1. Results are being sent to the Usart Terminal where you can track their
 * changes. All data logs write on USB uart changes for every 1 sec.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes SPI, sets INT pin as input and AN, RST, CS nad PWM pins as outputs and begins to write log.
 * Also, initialization driver enables - SPI, set default configuration of the Accel 14 Click
 * connected to the SPI Extend Click ( Remote Mode ).
 *
 * ## Application Task
 * If the click is connected properly then the status becomes active and the X-axis coordinate is printed first on the UART terminal, 
 * then Y and finally Z. After 1s the process is repeated. 
 * In case an error has occurred, printed "LINK is not established" on UART Terminal.
 * 
 * Additional Functions :
 *  - void spiextend_accel14_get_axis ( uint8_t axis_out_reg ) - SPI Extend reading axis function.
 *  - void spiextend_display_status ( uint8_t check_status ) - SPI Extend check display status function.
 *
 * @author Jelena Milosavljevic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "spiextend.h"

static spiextend_t spiextend;
static log_t logger;

static int16_t axis;
spiextend_status_data_t spiextend_status;

/**
 * @brief SPI Extend reading axis function.
 * @details This function is used for reading axis.
 * @param[in] axis_out_reg : Data from the register.
 * @return Nothing. 
 */
void spiextend_accel14_get_axis ( uint8_t axis_out_reg );

/**
 * @brief SPI Extend check display status function.
 * @details This function is used for check display status.
 * @param[in] check_status : Display data.
 * @return Nothing.
 */
void spiextend_display_status ( uint8_t check_status );

void application_init ( void ) {
    
    log_cfg_t log_cfg;                /**< Logger config object. */
    spiextend_cfg_t spiextend_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 \r\n" );

    // Click initialization.

    spiextend_cfg_setup( &spiextend_cfg );
    SPIEXTEND_MAP_MIKROBUS( spiextend_cfg, MIKROBUS_1 );
    err_t init_flag  = spiextend_init( &spiextend, &spiextend_cfg );
    if ( SPI_MASTER_ERROR == init_flag ) {
       
        log_error( &logger, " Application Init Error. \r\n" );
        log_info( &logger, " Please, run program again... \r\n" );

        for ( ; ; );
    }
    spiextend_default_cfg( &spiextend);
    log_printf( &logger, "---------------------\r\n" );
    log_printf( &logger, "   SPI Extend Click  \r\n" );
    log_printf( &logger, "---------------------\r\n" );
    Delay_ms ( 100 );
    
    spiextend_get_status( &spiextend, &spiextend_status );
    log_printf( &logger, " LINK        : " ); 
    
    spiextend_display_status( spiextend_status.nlink );
    log_printf( &logger, " INT         : " );
    
    spiextend_display_status( spiextend_status.nint );
    log_printf( &logger, " Remote INT  : " );
    spiextend_display_status( spiextend_status.rmt_nint );
    
    log_printf( &logger, " Speed Index : %d\r\n", ( uint16_t ) spiextend_status.speed_idx );
    log_printf( &logger, "---------------------\r\n" );
    Delay_ms ( 100 );
    
    log_printf( &logger, "  >>> Accel 14 <<<   \r\n" );
    log_printf( &logger, " Set default config. \r\n" );
    spiextend_rmt_write ( &spiextend, SPIEXTEND_ACCEL14_REG_CTRL1_XL | SPIEXTEND_ACCEL14_SPI_WRITE,     
                                      SPIEXTEND_ACCEL14_CTRL1_XL_POWER_UP | 
                                      SPIEXTEND_ACCEL14_CTRL1_XL_HIGH_RES_FS | 
                                      SPIEXTEND_ACCEL14_CTRL1_XL_GSEL_4G, 
                          SPIEXTEND_SLAVE_SELECT_SS1 );
    Delay_ms ( 100 );
    
    spiextend_rmt_write ( &spiextend, SPIEXTEND_ACCEL14_REG_CTRL3_C | SPIEXTEND_ACCEL14_SPI_WRITE, 
                                      SPIEXTEND_ACCEL14_CTRL3_C_BOOT_NORMAL | 
                                      SPIEXTEND_ACCEL14_CTRL3_C_BDU_READ_UPDATE | 
                                      SPIEXTEND_ACCEL14_CTRL3_C_INT_ACTIVE_HIGH | 
                                      SPIEXTEND_ACCEL14_CTRL3_C_PP_OD_PUSH_PULL | 
                                      SPIEXTEND_ACCEL14_CTRL3_C_SIM_SPI_4_WIRE | 
                                      SPIEXTEND_ACCEL14_CTRL3_C_IF_INC_ENABLE | 
                                      SPIEXTEND_ACCEL14_CTRL3_C_SW_RESET_DIS, 
                                      SPIEXTEND_SLAVE_SELECT_SS1 );
    Delay_ms ( 100 );
    
    log_printf( &logger, "---------------------\r\n" );
    log_printf( &logger, "  Acceleration data: \r\n" );
    log_printf( &logger, "---------------------\r\n" );
    Delay_ms ( 100 );
    
    log_info( &logger, " Application Task \r\n" );
}

void application_task ( void ) {
    
    //  Task implementation.
    
    spiextend_get_status( &spiextend, &spiextend_status );
    
    if ( spiextend_status.nlink == SPIEXTEND_STATUS_ACTIVE ) {
        
        spiextend_accel14_get_axis( SPIEXTEND_ACCEL14_REG_OUTX_L_A );
        Delay_ms ( 10 );
        log_printf( &logger, "  Accel X : %d \r\n", axis );
        
        spiextend_accel14_get_axis( SPIEXTEND_ACCEL14_REG_OUTY_L_A );
        Delay_ms ( 10 );
        log_printf( &logger, "  Accel Y : %d \r\n", axis );

        spiextend_accel14_get_axis( SPIEXTEND_ACCEL14_REG_OUTZ_L_A );
        Delay_ms ( 10 );
        log_printf( &logger, "  Accel Z : %d \r\n", axis );

        log_printf( &logger, "---------------------\r\n" );
        Delay_ms ( 1000 );
    }
    else {
        
        log_printf( &logger, " LINK not established\r\n" );
        log_printf( &logger, "---------------------\r\n" );
        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 spiextend_accel14_get_axis ( uint8_t axis_out_reg ) {
  
    uint16_t rx_val;
    uint8_t lbs;
    uint8_t mbs; 
    
    lbs = spiextend_rmt_read( &spiextend, axis_out_reg| SPIEXTEND_ACCEL14_SPI_READ, 
                                                        SPIEXTEND_SLAVE_SELECT_SS1 );

    axis_out_reg++;
    mbs = spiextend_rmt_read( &spiextend, axis_out_reg | SPIEXTEND_ACCEL14_SPI_READ,    
                                                         SPIEXTEND_SLAVE_SELECT_SS1 );
    rx_val = mbs;
    rx_val <<= 8;
    rx_val |= lbs;

    axis = ( int16_t ) rx_val;
}

void spiextend_display_status ( uint8_t check_status ) {
    
    if ( check_status == SPIEXTEND_STATUS_ACTIVE ) {
       log_printf( &logger, " ON \r\n" );
    } else {
        log_printf( &logger, " OFF \r\n" );
    }
}

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

额外支持

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