中级
30 分钟

使用LLC解决方案和STM32F031K6弥合I2C设备之间的电压差距

提升逻辑水平:精确的I2C信号转换!

LLC-I2C Click with Nucleo 32 with STM32F031K6 MCU

已发布 10月 01, 2024

点击板

LLC-I2C Click

开发板

Nucleo 32 with STM32F031K6 MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F031K6

为您的项目提供在 I2C 设备之间无缝转换逻辑电平的能力,优化通信,减少兼容性问题,并简化具有不同电压阈值的组件的集成。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

LLC-I2C Click 不使用集成电路 (IC),如前所述。完全避免使用 IC 带来了一些好处:LLC 电路的整体成本大大降低,更稳健的 MOSFET 解决方案降低了故障率,断电时,低电压侧和高电压侧彼此隔离(通过非导电的 MOSFET)。这种电路有时称为电平转换电路,当 I2C 从设备(通常是传感器 IC)在 I2C 通信中使用不同的逻辑电压电平时,通常需要这种电路。电路转换是双向的,使其适用于 I2C 通信协议。I2C 协议由 NXP Semiconductors(前身为 Philips Semiconductors)于 1982 年首次引入。他们还发布了一份应用说明,详细解释了 LLC

 电路的操作。电路分为低侧和高侧部分,尽管电路是对称的,可用于双向。当没有通信时,MOSFET 的栅极和源极都被拉到其特定的参考电压水平。这将关闭两个 MOSFET,因为没有栅源电压差(例如,VG=VS=VSL)。由于 I2C 通过将其总线线断言为低电平逻辑来操作,当 MOSFET 一侧(例如高侧)的源极端子被驱动到低电平逻辑时,其 VGS 电位将上升,因为栅极电压是固定的。当 VGS 达到阈值电压(用于所用晶体管通常为 1.2V)时,MOSFET 将导通,通过另一侧(低侧)MOSFET 的体二极管导电,后者将变为直接偏置。该机制可用于在

所用 MOSFET 的整个工作范围内双向转换信号电平。高侧的参考电压可以通过标记为 VCC SEL 的 SMD 跳线选择。高侧的上拉电压可以从 mikroBUS™ 电源轨选择,因此可以是 3.3V 或 5V。对于低侧,可以将任意参考电压应用于 J1 接头的 VSL 引脚,尊重最大电压额定值。J1 是标准的 2.54mm 针脚接头。低侧 I2C 总线引脚也连接到 J1 接头,允许外部设备连接(使用标准导线跳线)。如前所述,低侧实际上可以使用比主设备更高的电压电平,但在大多数使用场景中,它将低于主设备,因此采用了这种术语。

LLC-I2C Click top side image
LLC-I2C Click bottom side image

功能概述

开发板

Nucleo 32开发板搭载STM32F031K6 MCU,提供了一种经济且灵活的平台,适用于使用32引脚封装的STM32微控制器进行实验。该开发板具有Arduino™ Nano连接性,便于通过专用扩展板进行功能扩展,并且支持mbed,使其能够无缝集成在线资源。板载集成

ST-LINK/V2-1调试器/编程器,支持通过USB重新枚举,提供三种接口:虚拟串口(Virtual Com port)、大容量存储和调试端口。该开发板的电源供应灵活,可通过USB VBUS或外部电源供电。此外,还配备了三个LED指示灯(LD1用于USB通信,LD2用于电源

指示,LD3为用户可控LED)和一个复位按钮。STM32 Nucleo-32开发板支持多种集成开发环境(IDEs),如IAR™、Keil®和基于GCC的IDE(如AC6 SW4STM32),使其成为开发人员的多功能工具。

Nucleo 32 with STM32F031K6 MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M0

MCU 内存 (KB)

32

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

32

RAM (字节)

4096

你完善了我!

配件

Click Shield for Nucleo-32是扩展您的开发板功能的理想选择,专为STM32 Nucleo-32引脚布局设计。Click Shield for Nucleo-32提供了两个mikroBUS™插座,可以添加来自我们不断增长的Click板™系列中的任何功能。从传感器和WiFi收发器到电机控制和音频放大器,我们应有尽有。Click Shield for Nucleo-32与STM32 Nucleo-32开发板兼容,为用户提供了一种经济且灵活的方式,使用任何STM32微控制器快速创建原型,并尝试各种性能、功耗和功能的组合。STM32 Nucleo-32开发板无需任何独立的探针,因为它集成了ST-LINK/V2-1调试器/编程器,并随附STM32全面的软件HAL库和各种打包的软件示例。这个开发平台为用户提供了一种简便且通用的方式,将STM32 Nucleo-32兼容开发板与他们喜欢的Click板™结合,应用于即将开展的项目中。

Click Shield for Nucleo-32 accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
NC
NC
RST
NC
NC
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
NC
NC
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
PB6
SCL
I2C Data
PB7
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

LLC-I2C Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Nucleo-144 front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Nucleo 32 with STM32F031K6 MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-144 front image hardware assembly
Nucleo 144 with STM32L4A6ZG MCU front image hardware assembly
Stepper 22 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
Stepper 22 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
STM32 M4 Clicker HA MCU/Select 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 LLC-I2C Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • llci2c_generic_write - 此函数向所需寄存器写入数据

  • llci2c_generic_read - 此函数从所需寄存器读取数据

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 LlcI2c Click example
 * 
 * # Description
 * This Click can be utilized as the level converter for logic signals. The topology of this 
 * logic level conversion (LLC) circuit is perfectly suited for the bi-directional I2C communication.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Initialization driver init
 * 
 * ## Application Task  
 * Reads the temperature from the Thermo 7 Click board and logs data to UART.
 * 
 * *note:* 
 * <pre>
 * Connection between Thermo 7 and I2C-LLC is made through I2C interface.
 * You can connect a Thermo 7 Click and I2C-LLC Click with the wires to make connection between Click boards.
 * We use the Thermo 7 Click to demonstrate the functions of the I2C-LLC Click.
 * </pre> 
 * 
 * \author MikroE Team
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "llci2c.h"

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

static llci2c_t llci2c;
static log_t logger;

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

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    llci2c_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.

    llci2c_cfg_setup( &cfg );
    LLCI2C_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
    llci2c_init( &llci2c, &cfg );
}

void application_task ( void )
{
    // Thermo 7 measurement Temperature
    uint8_t write_reg = 0x00;
    uint8_t read_reg[ 2 ] = { 0 };
    
    float temp_msb;
    uint8_t temp_lsb;

    llci2c_generic_read ( &llci2c, write_reg, read_reg, 2 );
    
    temp_msb = read_reg[ 0 ];
    temp_lsb = read_reg[ 1 ] & 0xF0;

    if ( temp_lsb & 0x80 ) temp_msb += 0.50;
    if ( temp_lsb & 0x40 ) temp_msb += 0.25;
    if ( temp_lsb & 0x20 ) temp_msb += 0.125;
    if ( temp_lsb & 0x10 ) temp_msb += 0.0625;

    log_info( &logger, " Ambient temperature : %.2f C", temp_msb );
    Delay_ms ( 1000 );
}

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

资源

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