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使用 MAX399 和 ${MCU} 彻底改变数据采集和远程监控应用

一个 UART,四个 RS-232 朋友:CMOS MUX 奇迹!

UART MUX 2 Click with Nucleo-64 with STM32L073RZ MCU

已发布 6月 26, 2024

点击板

UART MUX 2 Click

开发板

Nucleo-64 with STM32L073RZ MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32L073RZ

通过实施我们的CMOS模拟多路复用器来优化您的UART接口并简化串行数据通信,该多路复用器允许四个远程RS-232收发器高效共享单个UART连接。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

UART MUX 2 Click基于MAX399,这是一款精确的CMOS模拟多路复用器,可实现来自Analog Devices的伪多路RS232传输。此多路复用器允许多个通道(在本例中为四个)共享单个UART接口。它提供快速的切换速度,转换时间小于250ns,导通电阻小于100Ω,同时保持CMOS逻辑输入兼容性和快速切换。双四对一多路复用器允许MAX3221收发器与连接到Click板™上部标记为UART0-UART3的四个远程收发器形成网络。电路的电源电压范围(3V至5.5V)使其兼容3V和5V逻辑。MAX399直接从MAX3221的电源端子接收电源,其±5.5V输出来自内部电荷泵。多路复用器处

理轨到轨信号,因此从MAX3221获取电源可确保RS232信号无论幅度如何都能直接通过。UART MUX Click通过MAX3221使用UART接口与MCU通信进行数据传输。MAX3221可以以高达250 kbps的数据速率运行,同时保持符合RS232的输出电平。通道选择通过一组特定的GPIO引脚执行,这些引脚标记为A0和A1,分别路由到mikroBUS™插座的CS和RST引脚。例如,选择通道1使得MAX3221可以与UART0通信,而不被UART1至UART3加载。远程收发器内的下拉电阻将未选择的接收器输出强制到已知状态。除了通道选择之外,该Click板™还具有自动关机功

能,当ON和OFF引脚为高电平时可以关闭,该引脚路由到mikroBUS™插座的PWM和AN引脚。此外,它使用mikroBUS™的中断引脚标记为INV作为无效指示器,使与RS232的接口变得简单易用,指示是否存在有效的RS232信号。此Click板™可以通过VCC SEL跳线选择在3.3V或5V逻辑电压水平下工作。这样,具有3.3V和5V能力的MCU都可以正确使用通信线路。此外,该Click板™配有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。

UART MUX 2 Click top side image
UART MUX 2 Click bottom side 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

Force OFF
PC0
AN
UART Channel Selection
PC12
RST
UART Channel Selection
PB12
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Force ON
PC8
PWM
Valid RS232 Signal Indication
PC14
INT
UART TX
PA2
TX
UART RX
PA3
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

UART MUX 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 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

该库包含 UART MUX 2 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • uartmux2_set_operation_mode - UART MUX 2 设置操作模式函数

  • uartmux2_set_channel - UART MUX 2 设置通道函数

  • uartmux2_send_data - UART MUX 2 数据写入函数

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 UART MUX 2 Click Example.
 *
 * # Description
 * This library contains API for UART MUX 2 Click driver.
 * This example transmits/receives and processes data from UART MUX 2 clicks.
 * The library initializes and defines the UART bus drivers 
 * to transmit or receive data. 
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes driver and set UART channel module.
 *
 * ## Application Task
 * Transmitter/Receiver task depend on uncommented code.
 * Receiver logging each received byte to the UART for data logging,
 * while transmitted send messages every 2 seconds.
 *
 * ## Additional Function
 * - static void uartmux2_clear_app_buf ( void ) - Function clears memory of app_buf.
 * - static err_t uartmux2_process ( void ) - The general process of collecting presponce
 * that a module sends.
 *
 * @author Nenad Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "uartmux2.h"

#define PROCESS_BUFFER_SIZE 200

#define TRANSMITTER
// #define RECIEVER

static uartmux2_t uartmux2;
static log_t logger;
static uint8_t uart_ch;
static char app_buf[ PROCESS_BUFFER_SIZE ] = { 0 };
static int32_t app_buf_len = 0;
static int32_t app_buf_cnt = 0;

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

/**
 * @brief UART MUX 2 clearing application buffer.
 * @details This function clears memory of application buffer and reset it's length and counter.
 * @note None.
 */
static void uartmux2_clear_app_buf ( void );

/**
 * @brief UART MUX 2 data reading function.
 * @details This function reads data from device and concats data to application buffer.
 *
 * @return @li @c  0 - Read some data.
 *         @li @c -1 - Nothing is read.
 *         @li @c -2 - Application buffer overflow.
 *
 * See #err_t definition for detailed explanation.
 * @note None.
 */
static err_t uartmux2_process ( void );

void application_init ( void ) {
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    uartmux2_cfg_t uartmux2_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_printf( &logger, "\r\n Application Init \r\n" );

    // Click initialization.

    uartmux2_cfg_setup( &uartmux2_cfg );
    UARTMUX2_MAP_MIKROBUS( uartmux2_cfg, MIKROBUS_1 );
    err_t init_flag  = uartmux2_init( &uartmux2, &uartmux2_cfg );
    if ( init_flag == UART_ERROR ) {
        log_error( &logger, " Application Init Error. " );
        log_info( &logger, " Please, run program again... " );

        for ( ; ; );
    }

    uartmux2_default_cfg ( &uartmux2 );
    app_buf_len = 0;
    app_buf_cnt = 0;
    log_printf( &logger, "\r\n Application Task \r\n" );
    log_printf( &logger, "------------------\r\n" );
    Delay_ms( 500 );
    
    #ifdef TRANSMITTER
    
        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 RECIEVER

        uart_ch = UARTMUX2_CHANNEL_0;
        log_printf( &logger, "   Receive data  \r\n" );
        log_printf( &logger, "      UART%u \r\n", ( uint16_t ) uart_ch );
        uartmux2_set_channel( &uartmux2, uart_ch );
        Delay_ms( 2000 );
    
    #endif
        
    log_printf( &logger, "------------------\r\n" );
}

void application_task ( void ) {
    #ifdef TRANSMITTER
    
    for ( uart_ch = UARTMUX2_CHANNEL_0; uart_ch <= UARTMUX2_CHANNEL_3; uart_ch++ ) {
        uartmux2_set_channel( &uartmux2, uart_ch );
        Delay_ms( 100 );
        uartmux2_send_data( &uartmux2, demo_message );
        log_printf( &logger, "  UART%u : ", ( uint16_t ) uart_ch ); 
    
        for ( uint8_t cnt = 0; cnt < 9; cnt ++ ) {
            log_printf( &logger, "%c", demo_message[ cnt ] );
            Delay_ms( 100 );
        }     
    }
    
    log_printf( &logger, "------------------\r\n" );
    Delay_ms( 100 );
    
    
    #endif
    
    #ifdef RECIEVER
    
    uartmux2_process( );

    if ( app_buf_len > 0 ) {
        log_printf( &logger, "%s", app_buf );
        uartmux2_clear_app_buf(  );
    }
    
    #endif
}

void main ( void ) {
    application_init( );

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

static void uartmux2_clear_app_buf ( void ) {
    memset( app_buf, 0, app_buf_len );
    app_buf_len = 0;
    app_buf_cnt = 0;
}

static err_t uartmux2_process ( void ) {
    int32_t rx_size;
    char rx_buff[ PROCESS_BUFFER_SIZE ] = { 0 };

    rx_size = uartmux2_generic_read( &uartmux2, rx_buff, PROCESS_BUFFER_SIZE );

    if ( rx_size > 0 ) {
        int32_t buf_cnt = 0;

        if ( app_buf_len + rx_size >= PROCESS_BUFFER_SIZE ) {
            uartmux2_clear_app_buf(  );
            return -2;
        } else {
            buf_cnt = app_buf_len;
            app_buf_len += rx_size;
        }

        for ( int32_t rx_cnt = 0; rx_cnt < rx_size; rx_cnt++ ) {
            if ( rx_buff[ rx_cnt ] != 0 ) {
                app_buf[ ( buf_cnt + rx_cnt ) ] = rx_buff[ rx_cnt ];
            } else {
                app_buf_len--;
            }

        }
        return 0;
    }
    return -1;
}

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

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