初学者
10 分钟

使用CP2110和STM32F446RE简化USB与UART设备之间的数据传输

瞬间完成从USB到UART的转换!

USB UART 5 Click with Nucleo 64 with STM32F446RE MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

USB UART 5 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F446RE MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F446RE

通过 USB 转 UART 魔术革新您的数据通信项目 – 这是一种紧凑高效的解决方案,能够快速且无缝地连接您的设备。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

USB UART 5 Click 基于 CP2110,这是一款来自 Silicon Labs 的单芯片 HID USB 到 UART 桥接控制器。CP2110 中的 USB 功能控制器是符合 USB 2.0 标准的全速设备,集成了 USB 收发器、一次性可编程 ROM 和异步串行数据总线 (UART),集成在一个紧凑的封装中。CP2110 的 UART 功能包括支持 300 到 1Mbps 的波特率、硬件流控制、RS-485 支持以及用户定义的用于状态和控制信息的 GPIO 信号。USB 功能控制器管理 USB 和 UART 之间的所有数据传输、USB 主控制器生成的命令请求以及用于控制 UART 和 GPIO 引脚功能的命令。CP2110 使用标准的 USB HID 设备类,大多数操作系统原生支

持。此设备无需安装自定义驱动程序。此外,CP2110 还支持用于电源管理目的的 USB 挂起和恢复模式。当在 mikroBUS™ 插座的 SPD 引脚上检测到挂起信号时,CP2110 进入挂起模式。进入挂起模式时,SPD 信号被断言,但在复位条件(RST 引脚)之后,直到 USB 枚举期间设备配置完成,也可以断言 SPD 信号。SPD 引脚在设备处于挂起状态时检测到高电平逻辑,在设备处于正常模式时检测到低电平逻辑,这也通过标记为 CONNECTED 的红色 LED 进行视觉指示。此 Click board™ 还具有 8 个 GPIO 信号,位于未填充的引脚排上,用户定义用于状态和控制信息。四个 GPIO 信号支持备用功能,

包括从 24MHz 到 47kHz 的可配置时钟输出 (CLK)、RS-485 收发器控制以及 TX 和 RX LED 切换功能。此外,由于 CP2110 能够在 USB 总线电压的帮助下通过内部稳压器为其所有部分提供足够的电源,USB UART 5 Click 可以在 USB 供电配置中工作。要选择这种工作模式,必须将跳线 PWR SEL 切换到标记为 VBUS 的位置。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。

USB UART 5 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

Suspend Mode
PC0
AN
Reset
PC12
RST
UART RTS
PB12
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
UART CTS
PC14
INT
UART TX
PA2
TX
UART RX
PA3
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
NC
NC
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

USB UART 5 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 USB UART 5 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • usbuart5_generic_write - USB UART 5 数据写入功能

  • usbuart5_generic_read - USB UART 5 数据读取功能

  • usbuart5_reset_device - USB UART 5 重置设备功能

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 USB UART 5 Click Example.
 *
 * # Description
 * This example reads and processes data from USB UART 5 Click board™.
 * 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, wake-up module, and performs the default configuration.
 *
 * ## Application Task
 * Any data which the host PC sends via HidUartExample 
 * will be sent over USB to the click board and then it will be read and 
 * echoed back by the MCU to the PC where the terminal program will display it.
 * Results are being sent to the UART Terminal, where you can track their changes.
 *
 * @note 
 * Make sure to download and install 
 * CP2110/4 Software package for Windows/Mac/Linux on the host PC.
 *
 * @author Nenad Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "usbuart5.h"

static usbuart5_t usbuart5;
static log_t logger;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    usbuart5_cfg_t usbuart5_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.
    usbuart5_cfg_setup( &usbuart5_cfg );
    USBUART5_MAP_MIKROBUS( usbuart5_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( UART_ERROR == usbuart5_init( &usbuart5, &usbuart5_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }

    usbuart5_default_cfg ( &usbuart5 );
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    char rx_data = 0;
    if ( usbuart5_generic_read ( &usbuart5, &rx_data, 1 ) )
    {
        if ( usbuart5_generic_write ( &usbuart5, &rx_data, 1 ) )
        {
            log_printf( &logger, "%c", rx_data );
        }
    }
}

void main ( void ) 
{
    application_init( );

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

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

额外支持

资源

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