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30 分钟

使用AS6500和STM32F446RE以激光精度追踪时间

同步起来——时间不等人

TDC 2 Click with Nucleo 64 with STM32F446RE MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

TDC 2 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F446RE MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F446RE

释放这款高性能时间数字转换器的无限可能。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

TDC 2 Click 基于 AS6500,这是一款来自 ScioSense 的高分辨率时间数字转换器,具有 CMOS 输入、高测量性能和高数据吞吐量。AS6500 可以在所有四个 STOP 通道上以 10ps 的分辨率测量低至 5ns 的时间间隔,采样率高达 1.5Ms/s。它具有高度的配置灵活性、0 到 16s 的宽测量范围,以及通过校准结果实现的简单数据后处理。它计算相对于应用的参考时钟的校准停止测量。这款 Click board™ 非常适合光学应用,包括一维、二维和三维的通用激光距离测量、速度控制、对象识别、飞行时间光谱等。施加在 STOP 端子(1-4)上的停止信号的正沿相对于前面的参考时钟沿进行测量。参考时钟可以

通过中间端子的 CLR 引脚外部引入,也可以来自板载 8MHz 石英振荡器。此功能可通过软件寄存器设置选择。参考时钟代表所有时间测量的框架,并作为通用时间基准。TDC 连续测量时钟脉冲作为 STOP 脉冲和内部参考周期的时间参考点。STOP 事件的测量始终参考前面的参考时钟。参考时钟连续计数,实际计数作为参考索引分配给 STOP 脉冲。TDC 2 Click 通过标准 SPI 接口与主机 MCU 通信,以读取数据和配置前端,支持高达 50MHz 的高时钟速度和最常见的 SPI 模式,SPI 模式 1。SPI 引脚还使用中断引脚,向主机 MCU 指示数据已准备好处理。AS6500 使用 mikroBUS™ 插座上的几个信号进行成功

的时间测量。使用 RIR 引脚,将参考索引的内部计数器重新设置为零,简化输出数据流中参考索引的概览。接下来,将标记为 DIS 的禁用引脚设置为高逻辑状态,禁用所有四个停止通道的测量。另一方面,参考时钟不受影响,内部参考测量继续。除了 mikroBUS™ 插座外,这些信号还可以在中间接头上找到,与参考时钟引脚分组。此 Click board™ 只能在 3.3V 逻辑电压水平下运行。在使用具有不同逻辑电平的 MCU 之前,板必须进行适当的逻辑电压电平转换。此外,该 Click board™ 配备了包含易于使用的函数和示例代码的库,可作为进一步开发的参考。

TDC 2 Click hardware overview 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

Reference Index Reset
PC0
AN
NC
NC
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
STOP Disable
PC8
PWM
Interrupt
PC14
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
NC
NC
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

TDC 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 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
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 TDC 2 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • tdc2_read_results - TDC 2 结果数据读取功能

  • tdc2_start_measuring - TDC 2 开始测量功能

  • tdc2_set_resolution - TDC 2 设置分辨率功能

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 TDC 2 Click example
 *
 * # Description
 * This library contains API for TDC 2 Click driver. 
 * The library initializes and defines the SPI bus drivers to 
 * write and read data from registers, as well as the default 
 * configuration for a reading time between two STOP signals.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the driver after that resets the device and 
 * performs default configuration and sets the device in read mode.

 *
 * ## Application Task
 * This example demonstrates the use of the TDC 2 Click board by 
 * measuring the time between two STOP signals. This example is set up to
 * generate stop signals until FIFO fil's up which is indicated by interrupt pin going to low state.
 * After that FIFO buffer is completely emptied by reading, and that data is used to calculate 
 * the time between STOP signals.
 *
 * @note
 * In order to test this example, you will need to connect STOP1 with the DIS pin. Disable pin is 
 * disabled by software and it isn't going to affect the working state of the TDC 2 Click Bord.
 *
 * @author Stefan Ilic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "tdc2.h"

static tdc2_t tdc2;
static log_t logger;

/**
 * @brief Dev generate stop signal function.
 * @details This function generates the stop signal by toggling DIS pin.
 * @param[out] cfg : Click configuration structure.
 * See #tdc2_cfg_t object definition for detailed explanation.
 * @return Nothing.
 * @note DIS pin ( Disable STOP channels) is disabled by software and isn't affecting the example.
 */
void dev_generate_stop( tdc2_t *ctx );

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    tdc2_cfg_t tdc2_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.
    tdc2_cfg_setup( &tdc2_cfg );
    TDC2_MAP_MIKROBUS( tdc2_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( SPI_MASTER_ERROR == tdc2_init( &tdc2, &tdc2_cfg ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( TDC2_ERROR == tdc2_default_cfg ( &tdc2 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    
    tdc2_start_measuring ( &tdc2 );
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void )
{
    uint32_t reference_index [ 18 ] = { 0 };
    uint32_t stop_result [ 18 ] = { 0 };
    uint8_t cnt = 0;
    
    tdc2_reset_index( &tdc2 );
    Delay_ms( 10 );
    
    while ( tdc2_get_int_state( &tdc2 ) == 1 )
    {
        dev_generate_stop( &tdc2 );
        Delay_ms( 100 );
    }
    
    while ( tdc2_get_int_state( &tdc2 ) == 0 )
    {
        tdc2_read_results( &tdc2, TDC2_REG_INDEX_CH1_BYTE3, &reference_index[ cnt ], &stop_result[ cnt ] );
        
        log_printf( &logger, "CH1: Reference Index[%d]: %lu, Stop Result[%d]: %lu \r\n", ( uint16_t ) cnt, 
                    reference_index[ cnt ], ( uint16_t ) cnt, stop_result[ cnt ] ); 
        Delay_ms( 10 ); 
        
        if ( cnt )
        {
            uint32_t time = 0;
            tdc2_get_time_between_stops ( &tdc2, stop_result[ cnt - 1 ], reference_index[ cnt - 1 ],
                                          stop_result[ cnt ], reference_index[ cnt ], &time );
            log_printf( &logger, "Time between STOP %d and STOP %d is %lu ms \r\n", 
                        ( uint16_t ) ( cnt - 1 ), ( uint16_t ) cnt, time / TDC2_uS_TO_mS ); 
            Delay_ms( 10 );
        }
        cnt++;
    }
    log_printf( &logger, "---------------------------------------------- \r\n" ); 
}

void main ( void )
{
    application_init( );

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

void dev_generate_stop( tdc2_t *ctx )
{
    digital_out_high( &ctx->dis );
    Delay_ms( 1 );
    digital_out_low( &ctx->dis );
}

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

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资源

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