中级
30 分钟

使用TDC7200和STM32F030R8将时间转化为数字洞察

记录时刻,捕捉梦想

TDC Click with Nucleo-64 with STM32F030R8 MCU

已发布 6月 25, 2024

点击板

TDC Click

开发板

Nucleo-64 with STM32F030R8 MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F030R8

在时间飞行和流量计应用中实现无与伦比的准确性,特别是在零流和低流量测量中。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

TDC Click基于德州仪器的TDC7200,这是一款用于激光雷达(LIDAR)和超声波时间飞行(ToF)应用的时间到数字转换器。这款秒表IC测量了一个称为飞行时间(在START信号上的边缘)和多个随后事件(在STOP信号上的边缘)之间的时间,这些事件被带到标记为START和STOP的板载SMA连接器上。用户还可以将此Click板™与包含TDC1000(超声波模拟前端)的外部板配对,成为用于测量水、气体和热流量计等的完整超声波传感解决方案的一部分。TDC7200具有内部自校准的时间基准,可补偿随时间和温度的漂移,用于以皮秒级准确度测量时间。当处于自主多周

期平均模式时,TDC7200可优化为低系统功耗。主机可以进入睡眠状态以节省电源,TDC可以在测量序列完成后唤醒它。TDC7200还具有外部参考时钟,用于精确校准内部时间基准。设备内部的所有数字电路也使用此参考时钟;因此,在启用设备时,时钟必须可用且稳定。出于这个原因,有可能选择连接到迷你同轴N.FL系列连接器的外部时钟,或者通过板载8MHz晶体选择内部时钟,该晶体可以通过路由到mikroBUS™插座的AN引脚上的OEN引脚激活。选择可以通过标记为CLK SEL的板载SMD跳线到适当的位置标记为EXT和INT来执行。TDC7200通过最大频率为

20MHz的标准SPI串行接口与MCU通信。此外,它还使用了几个额外的GPIO引脚,例如路由到mikroBUS™插座的RST引脚上的EN引脚,用作TDC7200中所有数字电路的复位;路由到PWM引脚的TRG引脚,用作开始测量触发器;以及INT引脚,用于确定TDC测量完成。此Click板™只能使用3.3V逻辑电压级别运行。在使用不同逻辑电平的MCU之前,板上必须执行适当的逻辑电压级别转换。但是,Click板™配备了一个包含易于使用的函数和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

TDC Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64搭载STM32F030R8 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 STM32F030R8 MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M0

MCU 内存 (KB)

64

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

8192

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

Onboard Crystal Enable
PC0
AN
TDC Enable
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
Start Measurement Trigger
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 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 STM32F030R8 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 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • tdc_cfg_setup - 配置对象初始化函数。

  • tdc_init - 初始化函数。

  • tdc_default_cfg - Click默认配置函数。

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 main.c
 * @brief Tdc Click example
 *
 * # Description
 * This library contains an API for the TDC Click driver.
 * This demo application shows the use of a TDC Click board™.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initialization of SPI module and log UART.
 * After driver initialization, the app set default settings and 
 * the configures the measurement ( set the pulse to 100 us ).
 *
 * ## Application Task
 * This is an example that shows the use of a TDC Click board™.
 * In this example, after the START signal, the app sends 3 STOP signals per 100 microseconds.
 * The application reads and displays the value of Time, Clock count and 
 * Time-of-Flight values of three performed measurements.
 * Results are being sent to the Usart Terminal where you can track their changes.
 *
 * @author Nenad Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "tdc.h"

static tdc_t tdc;
static tdc_t tdc_pulse;
static log_t logger;
static uint16_t pulse_us;
static uint8_t count_stop;
static uint8_t num_stops;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    tdc_cfg_t tdc_cfg;  /**< Click config object. */
    tdc_cfg_t tdc_cfg1;
    static uint8_t cal_periods;
    static uint8_t avg_cycles;
    static uint8_t sel_mode;

    /** 
     * 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.

    tdc_cfg_setup( &tdc_cfg );
    TDC_MAP_MIKROBUS( tdc_cfg, MIKROBUS_1 );
    tdc_cfg_setup( &tdc_cfg1 );
    TDC_MAP_MIKROBUS( tdc_cfg1, MIKROBUS_2 );
    err_t init_flag  = tdc_init( &tdc, &tdc_cfg );
    init_flag  |= tdc_init( &tdc_pulse,  &tdc_cfg1 );
    if ( SPI_MASTER_ERROR == init_flag ) 
    {
        log_error( &logger, " Application Init Error. " );
        log_info( &logger, " Please, run program again... " );

        for ( ; ; );
    }
    
    tdc_default_cfg ( &tdc );
    log_info( &logger, " Application Task " );
    Delay_ms( 100 );
    
    cal_periods = 10;
    avg_cycles = 1;
    num_stops = 3;
    sel_mode = 1;
    pulse_us = 100;
    count_stop = 1;
    tdc_setup_measurement( &tdc, cal_periods, avg_cycles, num_stops, sel_mode );
    log_printf( &logger, "---------------------------\r\n" );
    Delay_ms( 100 );
}

void application_task ( void ) 
{
    static uint32_t p_time[ 5 ];
    static uint32_t p_clock_count[ 5 ];
    static uint32_t p_tof[ 5 ];
    
    tdc_start_measurement( &tdc );

    while ( tdc_get_trg( &tdc ) == 0 );
   
    tdc_gen_pulse( &tdc_pulse, pulse_us, num_stops );
   
    while ( tdc_get_interrupt( &tdc ) == 1 );
   
    tdc_get_measurement( &tdc, TDC_MCU_CLOCK_MODE_168_MHZ, count_stop, p_time, p_clock_count, p_tof );
    
    log_printf( &logger, " Time[ 0 ]        = %lu\r\n", p_time[ 0 ] ); 
    log_printf( &logger, " Time[ 1 ]        = %lu\r\n", p_time[ 1 ] ); 
    log_printf( &logger, " Time[ 2 ]        = %lu\r\n", p_time[ 2 ] );
    log_printf( &logger, "- - - - - - - - - - - - - -\r\n" );
    
    log_printf( &logger, " Clock count[ 0 ] = %lu\r\n", p_clock_count[ 0 ] );
    log_printf( &logger, " Clock count[ 1 ] = %lu\r\n", p_clock_count[ 1 ] );
    log_printf( &logger, " Clock count[ 2 ] = %lu\r\n", p_clock_count[ 2 ] );
    log_printf( &logger, "- - - - - - - - - - - - - -\r\n" );

    log_printf( &logger, " TOF[ 0 ]         = %u us\r\n", p_tof[ 0 ] ); 
    log_printf( &logger, " TOF[ 1 ]         = %u us\r\n", p_tof[ 1 ] );  
    log_printf( &logger, " TOF[ 2 ]         = %u us\r\n", p_tof[ 2 ] );    
    log_printf( &logger, "---------------------------\r\n" );
    Delay_ms( 1000 );
}

void main ( void ) 
{
    application_init( );

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

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

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