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通过使用SC16IS740和STM32F103RB实现数据通信现代化

连接传统与现代:RS232到I2C/SPI解决方案

UART I2C/SPI Click with Nucleo 64 with STM32F103RB MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

UART I2C/SPI Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F103RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F103RB

体验我们的解决方案带来的数据转换能力,无缝地将RS232总线数据转换为您选择的I2C或SPI串行接口。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

UART I2C/SPI Click基于NXP的SC16IS740,这是一款I2C/SPI到UART接口芯片,具有64字节的发送和接收FIFO以及内置的IrDA SIR支持。该IC在两种接口之间桥接数据通信,提供了许多附加功能,如自动硬件和软件流控制支持、RS-485支持以及UART的软件重置。SC16IS740可以通过SPI或I2C接口进行配置,通过向与16C450兼容的一组寄存器写入值来实现。保持与广受欢迎的16C450异步通信元件(ACE)的向后兼容性,这使得软件可以轻松编写或从其他平台移植。第二个IC提供了RS-232通信的物理电平转换,以及±15kV范围内的ESD保护。由于SC16IS740仅使用TTL/CMOS逻辑电平操作,因此需要另一个IC来在硬件层面提供适当的信号转换。RS-232信号的电压电平可以在-15V和+15V之间变化(当线路未断言时为-3V至-15V,断言时为+3V至+15V)。使用了Maxim Integrated的低功耗

真正RS-232收发器MAX3237,用于将SC16IS740的CMOS/TTL电平UART信号调理为适当的RS-232信号。所有UART线路都通过此IC驱动,包括RXD、TXD、CTS和RTS线路。在转换为RS-232信号电平后,这些信号通过标准RS232连接器(DE-9)可用。Click板™配备了许多SMD跳线。有五个跳线在COMM SEL标签下分组,用于选择两个可用接口之一:SPI和I2C。通过将所有跳线移动到所需位置,用户可以选择与主机MCU通信的接口。建议一次移动所有跳线到左(SPI)或右(I2C)位置。#RESET引脚执行SC16IS740 IC的硬件重置。除了硬件重置外,此设备还支持软件重置,通过向SRESET寄存器写入值来实现。电源重置后或通过#RESET引脚发送重置脉冲后,建议等待外部时钟振荡器稳定。提供的外部时钟振荡器以1.8432 MHz工作,稳定时间最长为3ms。#RESET引脚路由到mikroBUS™ 

RST引脚,并且为低电平有效。#INT允许主机MCU接收来自SC16IS740的中断。此引脚允许七个不同的中断源生成中断信号。这样可以编写更优化的软件(固件),因为主机MCU不必连续轮询LSR寄存器以查看是否需要服务任何中断。然而,软件不必使用中断,因为每个中断源都将在线路状态寄存器(LSR)中指示。A0/#CS线有两个用途:当SC16IS740 IC处于SPI模式时,此引脚执行常规的SPI芯片选择功能。当处于I2C模式时,此引脚确定设备的I2C地址。因此,可以通过对该引脚施加特定逻辑电平来轻松更改SC16IS740 IC的I2C地址。SC16IS740的数据手册提供了有关使用和配置SC16IS740 IC的更多信息。然而,Click板™由mikroSDK库支持,提供简化原型和固件开发的功能。此Click板™仅在3.3V下运行。为了能够与使用5V逻辑电平通信线的MCU一起使用,应使用适当的电平转换电路。

UART I2C/SPI Click top side image
UART I2C/SPI Click bottom side image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32F103RB 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 STM32F103RB MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M3

MCU 内存 (KB)

128

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

DB9母对母(2米)电缆是建立设备之间可靠串行数据连接的必备品。这条电缆两端均带有DB9母头连接器,使其能够在计算机、路由器、交换机及其他串行设备之间实现无缝连接。电缆长度为2米,提供了灵活的布线方案,而不会影响数据传输质量。精心制作的这条电缆确保了稳定和可靠的数据交换,非常适合工业应用、办公环境和家庭设置。无论是配置网络设备、访问控制台端口,还是使用串行外设,这条电缆的耐用结构和坚固连接器都能保证稳定的连接。简化您的数据通信需求,使用这条2米DB9母对母电缆,这是一种高效解决方案,旨在轻松高效地满足您的串行连接需求。

UART I2C/SPI Click accessories image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
Reset
PC12
RST
SPI Chip Select / I2C Address Selection
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
NC
NC
PWM
Interrupt
PC14
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
PB8
SCL
I2C Data
PB9
SDA
NC
NC
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

UART I2C/SPI 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 STM32F103RB 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UART I2C/SPI Click驱动程序的 API。

关键功能:

  • uarti2cspi_advanced_init - 高级初始化功能。

  • uarti2cspi_uart_write_text - UART写入文本功能。

  • uarti2cspi_uart_read - 读取Click模块的一个字节功能。

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 UARTI2CSPI Click example
 * 
 * # Description
 * This example showcases how to initialize, configure and use the UART I2C/SPI Click module. 
 * The Click is a I2C/SPI to UART bridge interface. It requires a RS232/485 cable in order to be 
 * connected to other Click module or an adapter.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Initializes the driver, configures UART, and enables UART interrupts. 
 * 
 * ## Application Task  
 * Depending on the selected mode, it reads all the received data or sends the desired message
 * every 2 seconds.
 * 
 * \author MikroE Team
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "uarti2cspi.h"

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

// #define DEMO_APP_TRANSMITTER
#define DEMO_APP_RECEIVER

#define TEXT_TO_SEND    "MikroE - UART I2C/SPI Click\r\n"

static uarti2cspi_t uarti2cspi;
static log_t logger;

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

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    uarti2cspi_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.

    uarti2cspi_cfg_setup( &cfg );
    UARTI2CSPI_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
    uarti2cspi_init( &uarti2cspi, &cfg );
    Delay_ms ( 1000 );

    uarti2cspi_advanced_init( &uarti2cspi, 115200, UARTI2CSPI_UART_8_BIT_DATA, 
                                                   UARTI2CSPI_UART_NOPARITY,
                                                   UARTI2CSPI_UART_ONE_STOPBIT );
    Delay_ms ( 100 );
    uarti2cspi_interrupt_enable( &uarti2cspi, UARTI2CSPI_RXD_INT_EN | UARTI2CSPI_THR_EMPTY_INT_EN );

    Delay_ms ( 100 );

#ifdef DEMO_APP_TRANSMITTER
    log_info( &logger, "---- TRANSMITTER MODE ----" );
#endif
#ifdef DEMO_APP_RECEIVER
    log_info( &logger, "---- RECEIVER MODE ----" );
#endif
    Delay_ms ( 1000 );
}

void application_task ( void )
{
#ifdef DEMO_APP_TRANSMITTER
    uarti2cspi_uart_write_text( &uarti2cspi, TEXT_TO_SEND );
    log_info( &logger, "---- The message has been sent ----" );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
#endif
#ifdef DEMO_APP_RECEIVER
    if ( uarti2cspi_uart_data_ready( &uarti2cspi ) )
    {
        uint8_t rx_data = uarti2cspi_uart_read( &uarti2cspi );
        log_printf( &logger, "%c", rx_data );
    }
#endif
}

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;
}

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

额外支持

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